CN113179138B - 收发器和收发器校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种收发器和收发器校准方法，所述收发器包括：校准信号生成单元，在增益校准模式下，生成第一测试信号和第二测试信号并发送至传输单元；所述传输单元，用于根据所述第一测试信号、所述第二测试信号和传输增益值来生成组合信号；自混合器，用于对所述组合信号进行自混合并生成自混合信号；接收单元，用于根据所述自混合信号生成接收信号；第一傅里叶转换器，用于计算所述接收信号在特定频率的功率；以及增益校准单元，用于在所述增益校准模式下根据所述特定频率的功率来调整所述传输增益值。

Description

收发器和收发器校准方法
技术领域
本发明内容涉及收发器，尤其涉及一种能够自我校准的收发器和相关收发器校准方法。
背景技术
通讯系统可能存在IQ不平衡的问题，因此需要针对传输器的同相路径和正交路径进行相位和振幅的不匹配校准，一般来说，进行IQ校准时，传输器和接收器的增益都会被设定在默认值，然而可能因为制程、电压和温度等的改变而导致传输器和接收器的增益生成变化，影响线性度及/或信噪比，进而导致IQ校准结果受影响，因此需要一种增益的校准方式来解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种收发器，包括：校准信号生成单元，在增益校准模式下，生成第一测试信号和第二测试信号并发送至传输单元；该传输单元，用于根据该第一测试信号、该第二测试信号和传输增益值来生成组合信号；自混合器，用于对该组合信号进行自混合并生成自混合信号；接收单元，用于根据该自混合信号生成接收信号；第一傅里叶转换器，用于计算该接收信号在特定频率的功率；以及增益校准单元，用于在该增益校准模式下根据该特定频率的功率来调整该传输增益值。
本发明提供一种收发器校准方法，包括：在增益校准模式下，生成第一测试信号和第二测试信号；根据该第一测试信号、该第二测试信号和传输增益值来生成组合信号；对该组合信号进行自混合并生成自混合信号；根据该自混合信号生成接收信号；计算该接收信号在特定频率的功率；以及在该增益校准模式下根据该特定频率的功率来调整该传输增益值。
本发明的收发器和收发器校准方法能够校准增益，在不影响线性度的情况下提高信噪比。
附图说明
在阅读了下文具体实施方式以及附图时，能够更好地理解本发明。应注意到，根据本领域的标准作业习惯，附图中的各种特征并未依比例绘制。事实上，为了能够清楚地进行描述，可能会刻意地放大或缩小某些特征的尺寸。
图1为本发明的收发器的实施例的示意图。
图2为本发明的收发器操作在校准模式下的实施例的示意图。
图3为本发明的收发器操作在一般模式下的实施例的示意图。
图4为校准模式下组合信号的频谱分析图。
图5为校准模式下自混合信号的频谱分析图。
图6为本发明的校准方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1为本发明的收发器的实施例的示意图。收发器100能够在增益校准模式下，调整传输单元105的传输增益值TG和接收单元115的接收增益值RG，并在IQ校准模式下，基于校准过的传输增益值TG和接收增益值RG来进行IQ不平衡校准，再进入一般模式。应注意的是，在该增益校准模式下，仅会使用部分的传输单元105和接收单元115，如图2所示，使用到的组件以深色表示，浅色的组件则不被使用，例如可以关闭浅色的组件，或不关闭浅色的组件但通过选择器(未在图中示出)切换信号的来源；而图3则示出在该一般模式下收发器100的操作情况，同样地，使用到的组件以深色表示，浅色的组件则不被使用。以下将针对收发器100的校准进行说明。
校准信号生成单元101用于在该校准模式下，生成测试信号s1、s2并发送至传输单元105，而在该IQ校准模式和该一般模式下，则会利用其他的信号生成单元(未在图中示出)来生成同相信号和正交信号，其中该同相信号和该正交信号具有相同的频率且彼此之间的相位差为90度。传输单元105中，数字模拟转换器1021、传输增益单元1041和升频器1061为同相信号传输路径；数字模拟转换器1022、传输增益单元1042和升频器1062为正交信号传输路径。接收单元115中，降频器1181、接收增益单元1201、模拟数字转换器1221和傅里叶转换器1241为同相信号接收路径；降频器1182、接收增益单元1202、模拟数字转换器1222和傅里叶转换器1242为正交信号接收路径。
数字模拟转换器1021和1022分别对输入的数字信号进行数字模拟转换并转换为模拟信号sa1和sa2(以下简称信号sa1和sa2)，例如在该校准模式下，该数字信号为测试信号s1和s2(在图2中示出)；在该IQ校准模式和该一般模式下，该数字信号为同相信号和正交信号(未在图3中示出)。传输增益单元1041和1042根据传输增益值TG分别对信号sa1和sa2提供增益以生成增益后信号sg1和sg2(以下简称信号sg1和sg2)。升频器1061和1062根据载波角频率ωc分别将信号sg1和sg2升频为升频信号sc1和sc2(以下简称信号sc1和sc2)，而组合器108将信号sc1和sc2合并为组合信号sm。
在该一般模式下，放大器110放大组合信号sm并由天线112转为发射信号，例如无线射频信号，接收单元115的天线116则接收来自对端收发器的发射信号，并经由降频器1181和1182将该发射信号从载波角频率ωc卸除，并发送至同相信号接收路径和正交信号接收路径，如图3所示。
在该增益校准模式下，如图2所示，自混合器114对组合信号sm进行自混合并生成自混合信号ss，并另外借用接收单元115的同相信号接收路径或正交信号接收路径的部分来形成内部回路返回(即，组合信号sm并不通过天线传输出去而是返回内部进行增益校准)。例如，接收增益单元1201根据接收增益值RG对自混合信号ss提供增益以生成增益后自混合信号ssg，再经由模拟数字转换器1221对增益后自混合信号ssg进行模拟数字转换并转换为接收信号sr，傅里叶转换器1241便可计算接收信号sr在特定频率的功率，而增益校准单元126在该增益校准模式下会根据该特定频率的功率来调整传输增益单元1041和1042的传输增益值TG以及接收增益单元1201的接收增益值RG。
校准信号生成单元101生成的测试信号s1、s2能使组合信号sm具有双音(two-tone)主信号S，如图4所示，载波角频率ωc的两旁为双音主信号S，其角频率分别为ωc+ωbb和ωc-ωbb，功率为PS。若传输增益单元1041和1042的传输增益值TG太大，造成信号sg1和sg2线性度失真，则会使组合信号sm生成互调变失真(IMD)信号，IMD信号中功率最大的为双音三阶IMD(IMD3)信号，其角频率分别为ωc+3ωbb和ωc-3ωbb，功率为PIMD3；IMD信号中功率次大的为双音五阶IMD(IMD5)信号，其角频率分别为ωc+5ωbb和ωc-5ωbb，依此类推。图2中虽以角频率为单位，但也可和频率互为转换。本发明对于测试信号s1、s2的内容不多做限制，只要能生成双音主信号S即可，例如可以将测试信号s1、s2其中一个设为同相信号cos(ωbb·t)或正交信号sin(ωbb·t)，以及将测试信号s1、s2其中的另一个设为0。
图5为该校准模式下自混合信号ss的频谱分析图，可以看到在角频率为两倍的载波角频率ωbb(即2ωbb)处有第一参考信号SR1，其功率P1约为PS2+2PSPIMD3；在六倍的载波频率ωbb(即6ωbb)处有第二参考信号SR2，其功率P2为PIMD32(请注意，以上针对功率P1和P2的表示，仅简要地列出IMD信号中功率最大的IMD3信号的功率以方便说明)。当调高传输增益单元1041和1042的增益TG时，双音主信号S的功率PS会上升，使第一参考信号SR1的功率PS2+2PSPIMD3明显地上升，但若增益TG过高造成传输增益单元1041和1042的线性度变差时，IMD信号的功率会上升，使第二参考信号SR2的功率PIMD32明显地上升。因此本发明利用第一参考信号SR1和第二参考信号SR2来当作增益校准的指标，具体而言，增益校准单元126的目的在提高第一参考信号SR1的功率，同时又不能使第二参考信号SR2的功率太大。
以下将针对增益校准单元126控制传输增益单元1041和1042以及接收增益单元1201的方式进行详细的说明。图6为本发明的校准方法的实施例的流程图。首先，步骤202中，将传输增益值TG设为第一预设增益、将接收增益值RG设为第二预设增益。在步骤204中，校准信号生成单元101生成测试信号s1和s2，数字模拟转换器1021和1022分别对信号s1和s2进行数字模拟转换并转换为信号sa1和sa2，传输增益单元1041和1042根据传输增益值TG分别对信号sa1和sa2提供增益以生成信号sg1和sg2，升频器1061和1062根据载波角频率ωc分别将信号sg1和sg2升频为信号sc1和sc2，组合器108将信号sc1和sc2合并为组合信号sm。接着，自混合器114对组合信号sm进行自混合并生成自混合信号ss，接收增益单元1201根据接收增益值RG对自混合信号ss提供增益以生成增益后自混合信号ssg，再经由模拟数字转换器1221对增益后自混合信号ssg进行模拟数字转换并转换为接收信号sr。
在步骤206中，傅里叶转换器122计算接收信号sr中，两倍的载波角频率ωbb处的第一参考信号SR1的功率P1以及六倍的载波角频率ωbb处的第二参考信号SR2的功率P2。若功率P1不大于预设的特定下限LB，则表示双音主信号S功率不够，此时进入步骤208以提高传输增益单元1041和1042的传输增益值TG，之后再重复步骤204～206；若功率P1大于特定下限LB，且若功率P1不小于预设的特定上限UB，则表示双音主信号S功率过大，此时进入步骤210以降低传输增益单元1041和1042的传输增益值TG，之后再重复步骤204～206；若功率P1大于特定下限LB、功率P1小于特定上限UB，且功率P2不小于特定临界值TH，则表示双音主信号S功率适当但线性度不佳，此时进入步骤212以提高接收增益单元1201的接收增益值RG，之后再重复步骤204～206，由于接收增益值RG已被提高，因此在重复步骤204～206之后，传输增益值TG便可相对应地降低，以改善因传输增益值TG过大造成传输增益单元1041和1042线性度不佳的问题。若功率P1大于特定下限LB、功率P1小于特定上限UB、且功率P2小于特定临界值TH，则该增益校准模式的增益校准完成。
接下来，收发器100可进入该IQ校准模式，例如在步骤214中，基于增益校准完成后的传输增益值TG和接收增益值RG进行IQ不平衡校准，以校准同相信号传输路径和正交信号传输路径之间及/或同相信号接收路径和正交信号接收路径之间的相位及/或振幅的不匹配，之后，收发器100便可进入该一般模式。由于在该IQ校准模式之前先进行了该增益校准模式，可以使收发器100的线性度及信噪比都在预设的范围之内，因此可提升IQ不平衡校准的效果。
上文的叙述简要地提出了本发明某些实施例的特征，而使得本发明所属技术领域的本领域技术人员能够更全面地理解本发明。本发明所属技术领域的本领域技术人员明白，其可轻易地利用本发明内容作为基础，来设计或改动其他制程与结构，以实现与实施方式相同的目的和/或达到相同的技术优点。本发明所属技术领域的技术人员应当明白，这些等同的实施方式仍属于本发明的精神与范围，且其可进行各种变更、替代与更动，而不会背离本发明的精神与范围。
【符号说明】
100 收发器
101 校准信号生成单元
1021、1022 数字模拟转换器
1041、1042 传输增益单元
105 传输单元
1061、1062 升频器
108 组合器
110 放大器
112 天线
114 混合器
115 接收单元
116 天线
1181、1182 降频器
1201、1202 接收增益单元
1221、1222 模拟数字转换器
1241、1242 傅里叶转换器
126 增益校准单元
s1、s2 测试信号
sa1、sa2 模拟信号
sg1、sg2 增益后信号
sc1、sc2 升频信号
sm 组合信号
ss 自混合信号
ssg 增益后自混合信号
sr 接收信号
TG 传输增益值
RG 接收增益值
202～214 步骤

Claims (7)

1.一种收发器，包括：
校准信号生成单元，在增益校准模式下，生成第一测试信号和第二测试信号并发送至传输单元；
所述传输单元，用于根据所述第一测试信号、所述第二测试信号和传输增益值来生成组合信号；
自混合器，用于对所述组合信号进行自混合并生成自混合信号；
接收单元，用于根据所述自混合信号生成接收信号；
第一傅里叶转换器，用于计算所述接收信号在特定频率的功率；以及
增益校准单元，用于在所述增益校准模式下根据所述特定频率的功率来调整所述传输增益值，
其中，所述传输单元包括：
第一数字模拟转换器，用于对所述第一测试信号进行数字模拟转换并转换为第一模拟信号；
第二数字模拟转换器，用于对所述第二测试信号进行数字模拟转换并转换为第二模拟信号；
第一传输增益单元，用于根据所述传输增益值对所述第一模拟信号提供增益以生成第一增益后信号；
第二传输增益单元，用于根据所述传输增益值对所述第二模拟信号提供增益以生成第二增益后信号；
第一升频器，用于根据载波频率将所述第一增益后信号升频为第一升频信号；
第二升频器，用于根据所述载波频率将所述第二增益后信号升频为第二升频信号；
组合器，用于将所述第一升频信号和所述第二升频信号合并为组合信号，
第一放大器，耦接至所述组合器；以及
第一天线，耦接至所述第一放大器，并生成发射信号，
并且其中，所述接收单元包括：
第一接收增益单元，用于根据接收增益值对所述自混合信号提供增益以生成增益后自混合信号；
第一模拟数字转换器，用于对所述增益后自混合信号进行模拟数字转换并转换为接收信号；
第二天线，用于在一般模式下，接收所述发射信号；
第一降频器，耦接至所述第二天线，所述第一接收增益单元在一般模式下接收来自所述第一降频器的信号；
第二降频器，耦接至所述第二天线；
第二接收增益单元，耦接至所述第二降频器；
第二模拟数字转换器，耦接至所述第二接收增益单元；以及
第二傅里叶转换器，耦接至第二模拟数字转换器。
2.根据权利要求1的收发器，其特征在于，在所述增益校准模式下，所述第一测试信号和所述第二测试信号使所述组合信号具有双音主信号。
3.根据权利要求2的收发器，其特征在于，所述特定频率包括两倍的所述载波频率。
4.根据权利要求3的收发器，其特征在于，若所述两倍的所述载波频率的功率不大于特定下限，所述增益校准单元将所述传输增益值调高。
5.根据权利要求4的收发器，其特征在于，若所述两倍的所述载波频率的功率不小于特定上限，所述增益校准单元另将所述传输增益值调低。
6.根据权利要求5的收发器，其特征在于，所述特定频率还包括六倍的所述载波频率，且若所述六倍的所述载波频率的功率不小于特定临界值，所述增益校准单元另将所述接收增益值调高。
7.一种收发器校准方法，所述收发器为根据权利要求1至6中任一项所述的收发器，所述方法包括：
在增益校准模式下，生成第一测试信号和第二测试信号；
根据所述第一测试信号、所述第二测试信号和传输增益值来生成组合信号；
对所述组合信号进行自混合并生成自混合信号；
根据所述自混合信号生成接收信号；
计算所述接收信号在特定频率的功率；以及
在所述增益校准模式下根据所述特定频率的功率来调整所述传输增益值。
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