CN113259286A - 一种发射机及其iq失衡和直流偏置的补偿方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种发射机及其IQ失衡和直流偏置的补偿方法和装置,该补偿方法包括:在第x次循环中,通过平方电路获得第x调制信号的包络特征;根据第x调制信号的包络特征,对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,并得到第x补偿系数;采用第x补偿系数,对IQ失衡和直流偏置进行第x次补偿,x为正整数。本发明实施例中,用平方电路获得调制信号的包络特征,再对IQ失衡和直流偏置参数进行估计以得到补偿系数,再对IQ失衡和直流偏置进行预补偿。该方法成本低、功耗低,无需额外增加补偿组件,可以满足不同应用场景,且随着循环次数的增多,补偿精度更加准确、有效,可以提升发射机系统的性能和稳定性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域,尤其涉及一种发射机及其IQ失衡和直流偏置的补偿方法和装置。
背景技术
在电子通信系统中,IQ失衡的校正是关系到信号峰均比和解调比特误率Ber(Biterror rate)的关键因素。在发射机中,由于载波相位可能存在的失衡,导致系统可能存在直流失衡,功放和其它器件可能存在的增益失衡,导致发射信号不正交,继而使信号峰均比和解调比特误率Ber降低。对此,业界提出了很多种IQ失衡的估算和补偿技术,以此提高信号发射质量。
目前,业界普遍应用的IQ失衡的估算和补偿技术大部分是工作在OFDM环境中的,因其自带FFT模块,对于要求芯片面积小成本低、功耗低、无FFT模块的应用场景不适合。对于低功耗的应用场景,一般采用查找表的方法进行校正,精度较低。
发明内容
本发明实施例提供一种发射机及其IQ失衡和直流偏置的补偿方法和装置,以提高补偿精度。
本发明实施例提供了一种IQ失衡和直流偏置的补偿方法,包括:
在第x次循环中,通过平方电路获得第x调制信号的包络特征;
根据所述第x调制信号的包络特征,对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,并得到第x补偿系数;
采用所述第x补偿系数,对所述IQ失衡和直流偏置进行第x次补偿,x为正整数。
本发明实施例还提供了一种IQ失衡和直流偏置的补偿装置,包括:
包络检测模块,用于在第x次循环中,通过平方电路获得第x调制信号的包络特征;
IQ估算模块,用于根据所述第x调制信号的包络特征,对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,并得到第x补偿系数;
IQ预补偿模块,用于采用所述第x补偿系数,对所述IQ失衡和直流偏置进行第x次补偿,x为正整数。
本发明实施例还提供了一种发射机,包括如上所述的补偿装置。
本发明实施例提供的发射机IQ失衡和直流偏置估计与补偿方法,用一个平方电路来获得调制信号的包络特征,通过包络特征对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,通过估计算法得到补偿系数,再对IQ失衡和直流偏置进行预补偿。该方法成本低、功耗低,无需额外增加补偿组件,可以满足不同应用场景,且随着循环次数的增多,补偿精度更加准确、有效。适用于开机阶段对发射机的IQ失衡和直流偏置进行准确估计,并在数字端进行补偿,提升了发射机系统的性能和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例,对于本领域的技术人员来说,可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构,驱动方法和制造方法的基本概念,拓展和延伸到其它的结构和附图,毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。
图1是本发明实施例提供的一种IQ失衡和直流偏置的补偿方法的示意图;
图2是本发明实施例提供的一种IQ失衡和直流偏置补偿装置的示意图;
图3是本发明实施例提供的另一种IQ失衡和直流偏置补偿装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,以下将参照本发明实施例中的附图,通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例所揭示和提示的基本概念,本领域的技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的IQ失衡和直流偏置的补偿方法,适用于以对称的IQ失衡模型为基础的IQ失衡和直流偏置的补偿,也适用于以非对称的IQ失衡模型为基础的IQ失衡和直流偏置的补偿。
本实施例中,IQ失衡模型中IQ信号可以表示为下式:
-ϕTx=ϕ,
其中,ε是幅度失真,-ϕTx是相位失真。
1)对于IQ失衡模型为对称模型的情况:
如果考虑载波信号为cos(w0t)和-sin(w0t),IQ信号可以表示为下式,
可得,IQ失衡矩阵可以表示为下式,
则,IQ失衡补偿矩阵可以表示为下式,
2)对于IQ失衡模型为非对称模型的情况:
其中,η=1+(ε/2),
可得,IQ失衡矩阵可以表示为下式,
则,IQ失衡补偿矩阵可以表示为下式,
其中,IQ失衡模型至少包括IQ失衡矩阵和IQ失衡补偿矩阵。
基于上述任意一种IQ失衡模型,本发明实施例提供一种IQ失衡和直流偏置的补偿方法。参考图1所示,为本发明实施例提供的一种IQ失衡和直流偏置的补偿方法的示意图,如图1所示该补偿方法包括如下步骤:
步骤S1、在第x次循环中,通过平方电路获得第x调制信号的包络特征;
步骤S2、根据第x调制信号的包络特征,对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,并得到第x补偿系数;
步骤S3、采用第x补偿系数,对IQ失衡和直流偏置进行第x次补偿,x为正整数。
可以理解,本发明实施例提供的一种IQ失衡和直流偏置的补偿方法可以通过IQ失衡和直流偏置补偿装置来执行,该IQ失衡和直流偏置补偿装置采用软件和/或硬件的方式实现,并配置在发射机中,可选该发射机为射频发射机,但不限于此,适用于宽带无线通信技术领域的任意一种发射机。
参考图2所示,为本发明实施例提供的一种IQ失衡和直流偏置补偿装置的示意图,如图2所示该补偿装置包括:IQ预补偿模块1、IQ失衡模块2和包络检测模块3,其中,包络检测模块3包括平方电路和数模转换电路ADC。
本实施例中,一次循环中,通过包络检测模块3获得调制信号的包络特征后,通过包络特征对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,通过估算算法可以得到当前一次循环的补偿系数,将IQ预补偿模块1中的补偿系数更新为最新一次循环得到的补偿系数,并采用该新的补偿系数对输入信号Vd的幅度和相位进行预补偿,实现对IQ失衡和直流偏置的预补偿。然后针对补偿后的调制信号进行下一次包络特征提取、估算补偿系数和预补偿操作。
本发明实施例提供的IQ失衡和直流偏置补偿方法能够精确求得幅度、相位和直流失衡的值,并予以补偿。
以上是本发明实施例的主要思想,以下将通过具体实施例对补偿方法进行详细说明。
可选的在第x次循环中,通过平方电路获得第x调制信号的包络特征,包括:
获取第x次循环发射信号,按照公式(1)计算第x次循环测试信号,
其中,i=1,2,…,N,k=1,…,K,θi=2πi/N,第x次循环发射信号具有NK个发射信号,该NK个发射信号具有K个不同幅度值Vdk且Vdk具有N个不同相位值θi,第x次循环测试信号包括NK个测试信号S[(k-1)N+i],k、i、N和K均为正整数,N大于或等于2且K大于或等于2;
对第x次循环测试信号进行包络检测,从测试信号S[(k-1)N+i]中采集长度为Rx_Len的包络特征Zn。
可选x=1时,第1次循环发射信号的K个不同幅度值为预设的Vd1至VdK,每个Vdk的N个不同相位值为预设的θ1至θN;
x>1时,第x次循环发射信号的K个不同幅度值为采用第x-1补偿系数进行补偿后的Vd1至VdK,每个Vdk的N个不同相位值为采用第x-1补偿系数进行补偿后的θ1至θN。
可以理解,每一次循环中,发射信号包括NK个,其中,包括K个幅度值,每个幅度值具有N个相位值,以K=2,N=8为例,则每次循环中发射信号包括16个。
若x=1,则设定第1次循环的发射信号。
设定向IQ预补偿模块的输入端输入K个不同的幅度值Vd1至VdK,每个幅度值Vdk具有N个不同的相位值θ1至θN。可选IQ预补偿模块的输入端接收的Vd1至VdK以及θ1至θN固定不变。则IQ预补偿模块接收的输入信号包括16个,分别为Vd1(θ1)、Vd1(θ2)、Vd1(θ3)、Vd1(θ4)、Vd1(θ5)、Vd1(θ6)、Vd1(θ7)、Vd1(θ8)、Vd2(θ1)、Vd2(θ2)、Vd2(θ3)、Vd2(θ4)、Vd2(θ5)、Vd2(θ6)、Vd2(θ7)和Vd2(θ8)。
发射信号可以理解为是IQ预补偿模块对输入信号进行补偿后其输出端的输出信号。第1次循环中,IQ预补偿模块中的补偿系数为1或不补偿,则第1次循环中IQ预补偿模块输出的16个发射信号与接收的16个信号相同。则第1次循环的发射信号包括16个,分别为Vd1(θ1)、Vd1(θ2)、Vd1(θ3)、Vd1(θ4)、Vd1(θ5)、Vd1(θ6)、Vd1(θ7)、Vd1(θ8)、Vd2(θ1)、Vd2(θ2)、Vd2(θ3)、Vd2(θ4)、Vd2(θ5)、Vd2(θ6)、Vd2(θ7)和Vd2(θ8)。
若x>1,则获得第x次循环的发射信号。
第1次循环的发射信号在IQ失衡和直流偏置补偿装置中经过一次循环后,可以得到第1补偿系数,该第1补偿系数被更新在IQ预补偿模块中,则每一次循环后,IQ预补偿模块中的补偿系数被更新为上一次循环得到的补偿系数。然后,IQ预补偿模块采用更新后的补偿系数对输入端接收的16个输入信号进行补偿,得到发射信号。则,第2次循环及之后,IQ预补偿模块输出的发射信号是其接收的Vd1至VdK以及θ1至θN经过上一次循环中补偿系数补偿后的16个信号。不同循环次数下,IQ预补偿模块内的补偿系数可能不同,则每一次循环中IQ预补偿模块输出的16个发射信号可能不同。
已知第x次循环发射信号,按照公式(1)可以计算第x次循环测试信号。每一次循环中,i=1,2,…,8,k=1,2,则根据16个发射信号可以得到16个测试信号S1至S16,分别为S1=Vd1exp(jθ1),S2=Vd1exp(jθ2),S3=Vd1exp(jθ3),S4=Vd1exp(jθ4),S5=Vd1exp(jθ5),S6=Vd1exp(jθ6),S7=Vd1exp(jθ7),S8=Vd1exp(jθ8),S9=Vd2exp(jθ1),S10=Vd2exp(jθ2),S11=Vd2exp(jθ3),S12=Vd2exp(jθ4),S13=Vd2exp(jθ5),S14=Vd2exp(jθ6),S15=Vd2exp(jθ7),S16=Vd2exp(jθ8)。
其中,θi=2πi/N表征测试信号的相位值,Vdk表征测试信号的幅度值。
第x次循环中,获得NK个测试信号后,对每一个测试信号S进行包络检测,从测试信号S[(k-1)N+i]中采集长度为Rx_Len的包络特征Zn。具体的,第i个相位值和第k个幅度值所对应的测试信号S[(k-1)N+i]进入包络检测模块,则包络检测模块收集S[(k-1)N+i]中长度为Rx_Len的实信号,该实信号即为包络特征Zn。可以理解,S[(k-1)N+i]为模拟信号,则S[(k-1)N+i]中长度为Rx_Len的一段模拟信号通过ADC转换为一串数字信号,显然,该串数字信号的位数等于Rx_Len,在此将该串数字信号中每位数字称之为一个包络特征Zn。则从测试信号S[(k-1)N+i]中可以采集到长度为Rx_Len的包络特征Zn的集合,长度为Rx_Len的包络特征Zn的集合所表征的波形通常为连续波形且相对比较平稳。
可以理解,Rx_Len为预先设定的一个长度参数,根据产品或应用场景的不同,Rx_Len的具体数值也可能不同。
需要说明的是,IQ失衡和直流偏置估计过程里很多变量的值是由θi和Vdk决定的。已知θi和Vdk,则可以通过已知的值预先计算IQ失衡和直流偏置估计过程中所需的这些变量的值,可以节省很多运算量。变量包括如下:
1)Vok=Vdk 2,k=1,…,K,例如K=2,则需要计算Vo1和Vo2。
可选根据第x调制信号的包络特征,对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,并得到第x补偿系数,包括:
按照公式(2)计算得到S[(k-1)N+i]的测试平均信号mk,i,则对于每个幅度值Vdk得到N个测试平均信号mk=[mk,1,mk,2,…,mk,N]T,
采用预先计算的IQ失衡模型,估算IQ失衡和直流偏置参数,得到第x补偿系数。
本实施例中,IQ失衡和直流偏置的估计过程是一个L次迭代的过程,可选L的默认配置为三次,即x=1,2,3。当然,在其他实施例中,可选L为其他参数,或大于3等。其具体步骤如下:
IQ失衡和直流偏置参数q表示为q=[εc,ϕc,cc1,cc2]。
步骤1、初始化IQ失衡和直流偏置参数q,得,
qo(0)=[0,0,0,0]T;
初始化IQ失衡和直流偏置补偿矩阵,得,
其中,α是预先设置的参数,可以理解,迭代之前,默认初始化IQ失衡和直流偏置补偿矩阵,即预设qo(0)的参数为[0,0,0,0]T。
由此可知,IQ失衡和直流偏置补偿装置中,IQ预补偿模块输出的两路直流DC分别设置为:DC_I=0,DC_Q=0。
步骤2、对于第i个相位值和第k个幅度值所对应的测试信号S[(k-1)N+i],已收集到长度为Rx_Len的包络特征Zn,则采用公式(2)对长度为Rx_Len的包络特征Zn求测试平均信号mk,i,
其中,i=1,2,…,N,k=1,…,K;
则对于第k个幅度值,可以得到N个不同相位值所对应的测试平均信号mk,i,其集合mk为,
那么对于NK个测试信号S,可以得到K个不同幅度值所对应的mk。
步骤3、NK个测试信号依次进入包络检测模块后,可以计算得到,
步骤4、使用预先计算的矩阵Ω估计g和d,得,
步骤5、根据上述计算出的各个参数,计算μ,则对于第k个幅度值,得,
那么对于NK个测试信号S,可以得到K个不同幅度值所对应的μk。
步骤8、使用估算算法估计得到的结果为qo(l)=[qo1(l),qo2(l),qo3(l),qo4(l)]T,将其作为IQ失衡和直流偏置补偿参数,则,IQ失衡和直流偏置补偿矩阵为,
其中,IQ失衡和直流偏置补偿装置中,IQ预补偿模块输出的两路直流DC分别为DC_I=qo3,DC_Q=qo4,即补偿系数为DC_I=qo3,DC_Q=qo4。
使用估计得到的补偿系数对IQ和DC进行补偿。
需要说明的是,qo(l)=[qo1(l),qo2(l),qo3(l),qo4(l)]T与q=[εc,ϕc,cc1,cc2]对应,即εc为qo1(l),ϕc为qo2(l),cc1为qo3(l),cc2为qo4(l)。
如上所述,步骤2~8为一次迭代过程。
步骤9、重复步骤2~8执行下一次迭代过程。
本实施例提供的发射机IQ失衡和直流偏置估计与补偿方法,用一个平方电路来获得调制信号的包络特征,通过包络特征对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,通过估计算法得到补偿系数,再对IQ失衡和直流偏置进行预补偿。该方法成本低、功耗低,无需额外增加补偿组件,可以满足不同应用场景,且随着循环次数的增多,补偿精度更加准确、有效。适用于开机阶段对发射机的IQ失衡和直流偏置进行准确估计,并在数字端进行补偿,提升了发射机系统的性能和稳定性。
基于同一发明构思,本发明实施例提供一种IQ失衡和直流偏置的补偿装置,可用于执行上述任意实施例所述的补偿方法,该补偿装置可集成在发射机中。参考图3所示,为本发明实施例提供的IQ失衡和直流偏置补偿装置的示意图,如图3所示,该补偿装置包括:包络检测模块110,用于在第x次循环中,通过平方电路获得第x调制信号的包络特征;IQ估算模块120,用于根据所述第x调制信号的包络特征,对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,并得到第x补偿系数;IQ预补偿模块130,用于采用所述第x补偿系数,对所述IQ失衡和直流偏置进行第x次补偿,x为正整数。
结合图2和图3说明,IQ估算模块120连接在包络检测模块3和IQ预补偿模块1之间,包络检测模块3检测得到的包络特征输入至IQ估算模块120,IQ估算模块120根据包络特征计算补偿系数,并输入至IQ预补偿模块1。
IQ失衡模块2连接在IQ预补偿模块1和包络检测模块3之间,IQ预补偿模块1根据更新后的补偿系数对输入信号的幅度值Vdk进行补偿,并对输入信号的相位值θi进行补偿,将补偿后的信号输入IQ失衡模块2进行处理。
可选所述包络检测模块110包括:
测试单元,用于获取第x次循环发射信号,按照公式(1)计算第x次循环测试信号,
其中,i=1,2,…,N,k=1,…,K,θi=2πi/N,所述第x次循环发射信号具有NK个发射信号,该NK个发射信号具有K个不同幅度值Vdk且Vdk具有N个不同相位值θi,所述第x次循环测试信号包括NK个测试信号S[(k-1)N+i],k、i、N和K均为正整数,N大于或等于2且K大于或等于2;
包络检测单元,用于对所述第x次循环测试信号进行包络检测,从所述测试信号S[(k-1)N+i]中采集长度为Rx_Len的包络特征Zn。
可选x=1时,第1次循环发射信号的K个不同幅度值为预设的Vd1至VdK,每个Vdk的N个不同相位值为预设的θ1至θN;x>1时,第x次循环发射信号的K个不同幅度值为采用第x-1补偿系数进行补偿后的Vd1至VdK,每个Vdk的N个不同相位值为采用所述第x-1补偿系数进行补偿后的θ1至θN。
可选所述IQ估算模块120包括:
第一计算单元,用于按照公式(2)计算得到所述S[(k-1)N+i]的测试平均信号mk,i,则对于每个幅度值Vdk得到N个测试平均信号mk=[mk,1,mk,2,…,mk,N]T,
估算单元,用于采用预先计算的IQ失衡模型,估算所述IQ失衡和直流偏置参数,得到所述第x补偿系数。
本实施例提供的发射机IQ失衡和直流偏置估计与补偿装置,包络检测模块中设置有一个平方电路和数模转换器ADC,以此获得调制信号的包络特征,通过包络特征对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,通过估计算法得到补偿系数,再对IQ失衡和直流偏置进行预补偿。该装置的补偿过程成本低、功耗低,无需额外增加补偿组件,可以满足不同应用场景,且随着循环次数的增多,补偿精度更加准确、有效。适用于开机阶段对发射机的IQ失衡和直流偏置进行准确估计,并在数字端进行补偿,提升了发射机系统的性能和稳定性。
基于同一发明构思,本发明实施例提供一种发射机,包括如上任意实施例所述的补偿装置。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种IQ失衡和直流偏置的补偿方法,其特征在于,包括:
在第x次循环中,通过平方电路获得第x调制信号的包络特征;
根据所述第x调制信号的包络特征,对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,并得到第x补偿系数;
采用所述第x补偿系数,对所述IQ失衡和直流偏置进行第x次补偿,x为正整数。
2.根据权利要求1所述的补偿方法,其特征在于,所述在第x次循环中,通过平方电路获得第x调制信号的包络特征,包括:
获取第x次循环发射信号,按照公式(1)计算第x次循环测试信号,
其中,i=1,2,…,N,k=1,…,K,θi=2πi/N,所述第x次循环发射信号具有NK个发射信号,该NK个发射信号具有K个不同幅度值Vdk且Vdk具有N个不同相位值θi,所述第x次循环测试信号包括NK个测试信号S[(k-1)N+i],k、i、N和K均为正整数,N大于或等于2且K大于或等于2;
对所述第x次循环测试信号进行包络检测,从所述测试信号S[(k-1)N+i]中采集长度为Rx_Len的包络特征Zn。
3.根据权利要求2所述的补偿方法,其特征在于,
x=1时,第1次循环发射信号的K个不同幅度值为预设的Vd1至VdK,每个Vdk的N个不同相位值为预设的θ1至θN;
x>1时,第x次循环发射信号的K个不同幅度值为采用第x-1补偿系数进行补偿后的Vd1至VdK,每个Vdk的N个不同相位值为采用所述第x-1补偿系数进行补偿后的θ1至θN。
5.一种IQ失衡和直流偏置的补偿装置,其特征在于,包括:
包络检测模块,用于在第x次循环中,通过平方电路获得第x调制信号的包络特征;
IQ估算模块,用于根据所述第x调制信号的包络特征,对IQ失衡和直流偏置参数进行估计,并得到第x补偿系数;
IQ预补偿模块,用于采用所述第x补偿系数,对所述IQ失衡和直流偏置进行第x次补偿,x为正整数。
7.根据权利要求6所述的补偿装置,其特征在于,
x=1时,第1次循环发射信号的K个不同幅度值为预设的Vd1至VdK,每个Vdk的N个不同相位值为预设的θ1至θN;
x>1时,第x次循环发射信号的K个不同幅度值为采用第x-1补偿系数进行补偿后的Vd1至VdK,每个Vdk的N个不同相位值为采用所述第x-1补偿系数进行补偿后的θ1至θN。
9.一种发射机,其特征在于,包括如权利要求5~8任一项所述的补偿装置。
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Denomination of invention: A transmitter and its compensation method and device for IQ imbalance and DC bias Effective date of registration: 20231022 Granted publication date: 20211015 Pledgee: China Minsheng Banking Corp Hangzhou branch Pledgor: Yizhao micro electronics (Hangzhou) Co.,Ltd. Registration number: Y2023330002426 |
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