CN115037583A - 具有同相正交相校正功能的无线收发器 - Google Patents

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CN115037583A CN202110242737.4A CN202110242737A CN115037583A CN 115037583 A CN115037583 A CN 115037583A CN 202110242737 A CN202110242737 A CN 202110242737A CN 115037583 A CN115037583 A CN 115037583A
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Abstract

本申请公开一种具有同相正交相(IQ)校正功能的无线收发器，包括一传送器、一接收器、一信号产生器与一开关电路。该开关电路包括一第一开关电路与一第二开关电路。该第一开关电路用来于一接收端校正程序中导通，以输出该信号产生器的一默认信号给该传送器。该第二开关电路用来于该接收端校正程序中导通，以输出来自该传送器的该默认信号的一衍生信号给该接收器，从而让该接收器据以执行一接收端IQ校正。该第一开关电路于一传送端校正程序中不导通。该第二开关电路于该传送端校正程序中导通，以输出来自该传送器的一射频传送信号给该接收器，从而让该接收器据以产生一校正参考给该传送器，以供该传送器据以执行一传送端IQ校正。

Description

具有同相正交相校正功能的无线收发器
技术领域
本发明是关于无线收发器，尤其是关于具有同相正交相校正功能的无线收发器。
背景技术
射频收发器常使用同相正交相位调制/解调(IQ modulation/demodulation)的方式来传送/接收信号。传送时，射频收发器将振幅相同且相位相差90度的同相路径信号与正交相路径信号的频率通过本地振荡器升频至射频频率，然后再发射信号。举例而言，同相信号I＝sin(2*π*f*t)，正交相信号Q＝sin(2*π*f*t-90)，其中f为频率，t为时间；若f＝10MHz，本地振荡器的振荡信号的频率为2412MHz，则升频后的信号的频率为2412+10＝2422MHz。由于同相路径与正交相路径的电路组件会有差异，同相信号与正交相信号所组成的信号(例如：差动信号)无法完全匹配，这造成在频率(2412-10)＝2402MHz处会有信号。上述频率2422MHz处的信号称为所需信号，上述频率2402MHz处的信号称为镜像信号，将镜像信号的大小除以所需信号的大小称为镜像抑制比(image rejection ratio；IRR)，其通常以dB表示。愈好的收发器通常有愈低的IRR，为了实现较低的IRR，收发器须要对同相信号与正交相信号做补偿。
一种目前的补偿技术是输出一给定的正弦波信号至一收发器的接收器的同相路径与正交相路径，以供该接收器观察该同相路径的信号与该正交相路径的信号的差异，从而进行接收端IQ校正；完成接收端IQ校正后，该补偿技术再使用校正后的该接收器来接收该收发器的传送器的射频传送信号，以供该接收器依据该同相路径的信号与该正交相路径的信号的差异输出一观察结果给该传送器，从而让该传送器据以进行传送端IQ校正。然而，由于该接收器的射频前端电路与该传送器的射频前端电路的不完全一致，该接收器于接收端IQ校正时看到的电路对称性与输出阻抗会异于该接收器于传送端IQ校正时所看到的电路对称性与输出阻抗，因此该接收器在先执行的接收端IQ校正不完全适合在后执行的传送端IQ校正，从而该目前的补偿技术难以实现很低的IRR。
相关先前技术可见于专利号US8559488B1的美国专利。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种具有同相正交相(in-phase quadrature-phase；IQ)校正功能的无线收发器，以避免现有技术的问题。
本申请的具有IQ校正功能的无线收发器的一实施例包括一传送器、一接收器一信号产生器与一开关电路。该传送器包括一传送端数字电路与一传送端模拟电路。该接收器包括一接收端模拟电路与一接收端数字电路。该信号产生器用来于一接收端校正程序中产生一默认信号。该开关电路包括一第一开关电路与一第二开关电路。该第一开关电路于该接收端校正程序中耦接该信号产生器与该传送器，该第二开关电路于该接收端校正程序中耦接该传送器与该接收器。该第一开关电路于一传送端校正程序中不导通，该第二开关电路于该传送端校正程序中耦接该传送器与该接收器。
承上所述，该传送端数字电路用来输出一数字传送信号。该传送端模拟电路耦接该传送端数字电路，包括一数字至模拟转换电路、一传送端混频电路以及一传送端射频前端电路。该数字至模拟转换电路用来将该数字传送信号转换为一模拟传送信号。该传送端混频电路包括一传送端同相路径混频电路与一传送端正交相路径混频电路。该传送端同相路径混频电路用来于该接收端校正程序中被禁能，另用来于该传送端校正程序中被致能，以依据衍生自该模拟传送信号的一传送端同相路径信号，产生一传送端同相路径升频信号。该传送端正交相路径混频电路用来于该接收端校正程序中被禁能，另用来于该传送端校正程序中被致能，以依据衍生自该模拟传送信号的一传送端正交相路径信号，产生一传送端正交相路径升频信号，其中该传送端同相路径升频信号与该传送端正交相路径升频信号构成一射频传送信号。该传送端射频前端电路包括多级射频传送电路，该些电路位于该传送端混频电路与一天线之间。
承上所述，该接收端模拟电路包括一接收端射频前端电路、一接收端混频电路以及一模拟至数字转换电路。该接收端射频前端电路包括至少一级射频接收电路，其位于该天线与一接收端混频电路之间。该接收端混频电路耦接该接收端射频前端电路，包括一接收端同相路径混频电路与一接收端正交相路径混频电路。该接收端同相路径混频电路用来依据一接收信号产生一接收端同相路径降频信号，其中该接收信号于该接收端校正程序中是衍生自该默认信号，该接收信号于该传送端校正程序中是衍生自该射频传送信号。该接收端正交相路径混频电路用来依据该接收信号产生一接收端正交相路径降频信号。该模拟至数字转换电路用来将该接收端同相路径降频信号或其衍生信号转换为一同相路径数字接收信号，以及将该接收端正交相路径降频信号或其衍生信号转换为一正交相路径数字接收信号。该接收端数字电路用来于该接收端校正程序中，依据该同相路径数字接收信号与该正交相路径数字接收信号之间的一第一差异，执行一接收端IQ校正。该接收端数字电路另用来于该传送端校正程序中，依据该同相路径数字接收信号与该正交相路径数字接收信号之间的一第二差异，输出一校正参考给该传送端数字电路，以供该传送端数字电路依据该校正参考执行一传送端IQ校正。
承上所述，该第一开关电路耦接于该信号产生器与该传送端射频前端电路之间，用来于该接收端校正程序中导通，以输出该默认信号至该传送端射频前端电路。该第二开关电路耦接于该传送端射频前端电路与该接收端射频前端电路之间，用来于该接收端校正程序中导通，以输出该默认信号的衍生信号至该接收端射频前端电路，从而让该接收端混频电路与该模拟至数字转换电路据以产生该同相路径数字接收信号与该正交相路径数字接收信号，以让该接收端数字电路依据该同相路径数字接收信号与该正交相路径数字接收信号之间的该第一差异，输出该校正参考给该传送端数字电路，从而让该传送端数字电路依据该校正参考执行该传送端IQ校正。
承上所述，该第一开关电路另于该传送端校正程序中不导通。该第二开关电路于该传送端校正程序中导通，以输出该射频传送信号的衍生信号给该接收端射频前端电路，从而让该接收端混频电路与该模拟至数字转换电路据以产生该同相路径数字接收信号与该正交相路径数字接收信号，以供该接收端数字电路依据该同相路径数字接收信号与该正交相路径数字接收信号之间的该第二差异，执行该传送端IQ校正。
本申请的具有IQ校正功能的无线收发器的另一实施例包括一传送器、一接收器、一信号产生器与一开关电路，其中该开关电路包括一第一开关电路与一第二开关电路。该第一开关电路耦接于该信号产生器与该传送器之间；该第一开关电路用来于一接收端校正程序中导通，以输出该信号产生器的一默认信号给该传送器；该第一开关电路另用来于一传送端校正程序中不导通。该第二开关电路耦接于该传送器与该接收器之间；该第二开关电路用来于该接收端校正程序中导通，以输出来自该传送器的该默认信号的一衍生信号给该接收器，从而让该接收器依据该衍生信号执行一接收端IQ校正；该第二开关电路另用来于该传送端校正程序中导通，以输出来自该传送器的一射频传送信号给该接收器，从而让该接收器依据该射频传送信号产生一校正参考给该传送器，以供该传送器依据该校正参考执行一传送端IQ校正。
有关本发明的特征、实施与功效，兹配合附图作较佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1显示本申请的具有同相正交相校正功能的无线收发器的一实施例；
图2显示图1的传送器、接收器与开关电路的细节；
图3显示图2的传送端模拟电路114与接收端模拟电路122的一实施例；
图4a显示图3的传送端射频前端电路与接收端射频前端电路及其与开关电路之间的耦接关系的一实施例；以及
图4b显示图3的传送端射频前端电路与接收端射频前端电路及其与开关电路之间的耦接关系的另一实施例。
【符号说明】
100:无线收发器
110:传送器
120:接收器
130:信号产生器
140:开关电路
112:传送端数字电路
114:传送端模拟电路
122:接收端模拟电路
124:接收端数字电路
142:第一开关电路(SW1)
144:第二开关电路(SW2)
1142:数字至模拟转换电路(DAC)
1144:传送端滤波电路
1146:传送端混频电路
312:传送端同相路径混频电路
314:传送端正交相路径混频电路
1148:传送端射频前端电路
1222:接收端射频前端电路
1224:接收端混频电路
322:接收端同相路径混频电路与
324:接收端正交相路径混频电路
1226:接收端滤波电路
1228:模拟至数字转换电路(ADC)
412:功率放大器驱动器(PA驱动器)
414:功率放大器(PA)
422:低噪声放大器(LNA)
具体实施方式
本申请揭示一种具有同相正交相(in-phase quadrature-phase；IQ)校正功能的无线收发器，该无线收发器的接收器于接收端IQ校正时所看到的电路对称性与输出阻抗会同于/近似于该接收器于传送端IQ校正时所看到的电路对称性与输出阻抗，从而能够于IQ校正后实现较低的IRR。
图1显示本申请的具有IQ校正功能的无线收发器的一实施例。图1的具有IQ校正功能的无线收发器100(例如：无线局域网络收发器或蓝牙收发器)包括一传送器110、一接收器120一信号产生器130与一开关电路140。图2显示图1的传送器110、接收器120与开关电路140的细节。如图2所示，传送器110包括一传送端数字电路112与一传送端模拟电路114；接收器120包括一接收端模拟电路122与一接收端数字电路124；开关电路140包括一第一开关电路(SW1)142与一第二开关电路(SW2)144。
请参阅图1-2。第一开关电路142于一接收端校正程序中导通，以耦接信号产生器130与传送器110，从而将信号产生器130(例如：单频信号产生器(single tonegenerator))产生的一默认信号(例如：正弦波)输出至传送器110。第二开关电路144于该接收端校正程序中导通，以耦接传送器110与接收器120，从而将来自传送器110的该默认信号的一衍生信号(亦即：经由传送器110传输后的该默认信号)输出给接收器120；因此，接收器120依据该衍生信号执行一接收端IQ校正。值得注意的是，于该接收端校正程序中，传送器110的混频电路被禁能，以避免输出信号干扰该默认信号。
请参阅图1-2。第一开关电路142于一传送端校正程序中不导通。第二开关电路144于该传送端校正程序中导通，以耦接传送器110与接收器120，从而将来自传送器110的一射频传送信号输出给接收器120；因此，接收器120依据该射频传送信号输出一校正参考给传送器110，以让传送器110依据该校正参考执行一传送端IQ校正。
据上所述，在该接收端校正程序与该传送端校正程序中，接收器120所接收的信号都会行经传送器110的射频前端电路；因此，该接收端IQ校正与该传送端IQ校正都是基于相同/类似的射频前端电路的特性，从而无线收发器100能实现较佳的镜像抑制比(imagerejection ratio；
IRR)。
图3显示图2的传送端模拟电路114与接收端模拟电路122的一实施例。如图3所示，传送端模拟电路114耦接传送端数字电路112，包括：一数字至模拟转换电路(DAC)1142；一传送端滤波电路1144；一传送端混频电路1146包括一传送端同相路径混频电路312与一传送端正交相路径混频电路314；以及一传送端射频前端电路1148，其中若传送端模拟电路114无滤波需求，传送端滤波电路1144可被省略。接收端模拟电路122耦接接收端数字电路124，包括：一接收端射频前端电路1222；一接收端混频电路1224包括一接收端同相路径混频电路与322一接收端正交相路径混频电路324；一接收端滤波电路1226；以及一模拟至数字转换电路(ADC)1228，其中若接收端模拟电路122无滤波需求，接收端滤波电路1226可被省略。值得注意的是，数字至模拟转换电路1142、传送端滤波电路1144与传送端混频电路1146的每一个包括二路电路分别用来处理同相信号与正交相信号；类似地，接收端混频电路1224、接收端滤波电路1226与接收端模拟至数字转换电路1228的每一个包括二路电路分别用来处理同相信号与正交相信号。上述分别处理同相信号与正交相信号的技术为本领域的通常知识，其细节在此省略。
请参阅图1-3。传送端数字电路112用来输出一数字传送信号。数字至模拟转换电路1142用来将该数字传送信号转换为一模拟传送信号。传送端滤波电路1144用来滤波该模拟传送信号。传送端同相路径混频电路312用来于该接收端校正程序中被禁能(例如：停止产生或停止输出信号)，另用来于该传送端校正程序中被致能，以依据衍生自该模拟传送信号的一传送端同相路径信号(亦即：滤波电路1144的输出信号中的同相部分)以及一本地振荡器的一第一振荡信号(LO_I)(未显示于图)，产生一传送端同相路径升频信号。传送端正交相路径混频电路314用来于该接收端校正程序中被禁能(例如：停止产生或停止输出信号)，另用来于该传送端校正程序中被致能，以依据衍生自该模拟传送信号的一传送端正交相路径信号(亦即：滤波电路1144的输出信号中的正交相部分)以及该本地振荡器的一第二振荡信号(LO_Q)(未显示于图)，产生一传送端正交相路径升频信号，其中该传送端同相路径升频信号与该传送端正交相路径升频信号构成一射频传送信号。
请参阅图1-3。传送端射频前端电路1148包括多级射频传送电路，该些电路位于传送端混频电路1146与一天线(未显示)之间，其中该天线可包括或不包括于无线收发器100。前述第一开关电路142的一端耦接信号产生器130，另一端耦接该多级射频传送电路的任一级的输入端。上述多级射频传送电路及其与第一开关电路142之间的耦接关系的一实施例如图4a/4b所示；该多级射频传送电路包括一功率放大器驱动器(power amplifierdriver；PA driver)412与一功率放大器(power amplifier；PA)414，然此并非本发明的实施限制。
请参阅图1-3。接收端射频前端电路1222包括至少一级射频接收电路，其位于该天线与接收端混频电路1224之间。前述第二开关电路144的一端耦接该多级射频传送电路的任一级的输出端，另一端耦接该至少一级射频接收电路的输出端或输入端。该至少一级射频接收电路及其与第二开关电路144之间的耦接关系的一实施例如图4a/4b所示；该至少一级射频接收电路包括一低噪声放大器(low noise amplifier；LNA)422，然此并非本发明的实施限制。
请参阅图1-3。接收端同相路径混频电路322用来依据一接收信号以及该第一振荡信号(LO_I)，产生一接收端同相路径降频信号，其中该接收信号于该接收端校正程序中是衍生自该默认信号经由第一开关电路142与第二开关电路144，该接收信号于该传送端校正程序中是衍生自该射频传送信号经由第二开关电路144。接收端正交相路径混频电路324用来依据该接收信号以及该第二振荡信号(LO_Q)，产生一接收端正交相路径降频信号。接收端滤波电路1226用来滤波该接收端同相路径降频信号与该接收端正交相路径降频信号。模拟至数字转换电路1228用来将该接收端同相路径降频信号或其衍生信号(亦即：滤波电路1226的输出信号中的同相部分)转换为一同相路径数字接收信号，以及将该接收端正交相路径降频信号或其衍生信号(亦即：滤波电路1226的输出信号中的正交相部分)转换为一正交相路径数字接收信号。接收端数字电路124用来于该接收端校正程序中，依据该同相路径数字接收信号与该正交相路径数字接收信号之间的一第一差异，执行该接收端IQ校正。接收端数字电路124另用来于该传送端校正程序中，依据该同相路径数字接收信号与该正交相路径数字接收信号之间的一第二差异，输出该校正参考给传送端数字电路112，以供传送端数字电路112依据该校正参考执行该传送端IQ校正。
承上所述，于一实施范例中，该第一差异包括一第一振幅差异与一第一相位差异，该第二差异包括一第二振幅差异与一第二相位差异；于该接收端校正程序中，接收端数字电路124依据该第一振幅差异与该第一相位差异执行该接收端IQ校正；于该传送端校正程序中，接收端数字电路124依据该第二振幅差异与该第二相位差异输出该校正参考给传送端数字电路112，以供传送端数字电路112依据该校正参考执行该传送端IQ校正。于一实施范例中，接收端数字电路124执行该接收端IQ校正，以弥补该第一振幅差异与该第一相位差异；传送端数字电路112依据该校正参考执行该传送端IQ校正，以弥补该第二振幅差异与该第二相位差异。于一实施范例中，接收端数字电路124执行该接收端IQ校正，以令该第一振幅差异等于零或趋近零，并令该第一相位差异等于90度或趋近90度；传送端数字电路112依据该校正参考执行该传送端IQ校正，以令该第二振幅差异等于零或趋近零，并令该第二相位差异等于90度或趋近90度。由于上述弥补操作可藉由已知或自行开发的技术(例如：电路参数的调整)来实现，其细节在此省略。
值得注意的是，虽然图1-4b的实施例所处理的信号是差动信号，然此并非本发明的实施限制。本领域具有通常知识者可依据本申请修饰本发明的电路，以使本发明的电路用于处理单端信号。
请注意，在实施为可能的前提下，本技术领域具有通常知识者可选择性地实施前述任一实施例中部分或全部技术特征，或选择性地实施前述多个实施例中部分或全部技术特征的组合，藉此增加本发明实施时的弹性。
综上所述，本申请的无线收发器能够实现较佳的IRR。
虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种具有同相正交相IQ校正功能的无线收发器，其特征在于，包括：一传送器，包括：
一传送端数字电路，用来输出一数字传送信号；
一传送端模拟电路，耦接该传送端数字电路，包括：
一数字至模拟转换电路，用来将该数字传送信号转换为一模拟传送信号；
一传送端混频电路，包括：
一传送端同相路径混频电路，用来于一接收端校正程序中被禁能，另用来于一传送端校正程序中被致能，以依据衍生自该模拟传送信号的一传送端同相路径信号，产生一传送端同相路径升频信号；以及
一传送端正交相路径混频电路，用来于该接收端校正程序中被禁能，另用来于该传送端校正程序中被致能，以依据衍生自该模拟传送信号的一传送端正交相路径信号，产生一传送端正交相路径升频信号，其中该传送端同相路径升频信号与该传送端正交相路径升频信号构成一射频传送信号；以及
一传送端射频前端电路，包括：
多级射频传送电路，位于该传送端混频电路与一天线之间；一接收电路，包括：
一接收端模拟电路，包括：
一接收端射频前端电路，包括：
至少一级射频接收电路，位于该天线与一接收端混频电路之间；
该接收端混频电路，耦接该接收端射频前端电路，包括：
一接收端同相路径混频电路，用来依据一接收信号产生一接收端同相路径降频信号，其中该接收信号于该接收端校正程序中是衍生自一默认信号，该接收信号于该传送端校正程序中是衍生自该射频传送信号；以及
一接收端正交相路径混频电路，用来依据该接收信号产生一接收端正交相路径降频信号；以及
一模拟至数字转换电路，用来将该接收端同相路径降频信号或其衍生信号转换为一同相路径数字接收信号，以及将该接收端正交相路径降频信号或其衍生信号转换为一正交相路径数字接收信号；
一接收端数字电路，用来于该接收端校正程序中依据该同相路径数字接收信号与该正交相路径数字接收信号之间的一第一差异，执行一接收端IQ校正，该接收端数字电路另用来于该传送端校正程序中依据该同相路径数字接收信号与该正交相路径数字接收信号之间的一第二差异，输出一校正参考给该传送端数字电路，以供该传送端数字电路依据该校正参考执行一传送端IQ校正；
一信号产生器，用来于该接收端校正程序中产生一默认信号；以及
一开关电路，包括：
一第一开关电路，耦接于该信号产生器与该传送端射频前端电路之间，用来于该接收端校正程序中导通，而于该传送端校正程序中不导通；以及
一第二开关电路，耦接于该传送端射频前端电路与该接收端射频前端电路之间，用来于该接收端校正程序以及该传送端校正程序中导通。
2.如权利要求1的无线收发器，其特征在于，：
该多级射频传送电路的每一级包括N个传送输入端与N个传送输出端；该第一开关电路包括N个第一信号输入端与N个第一信号输出端；该N个第一信号输入端耦接该信号产生器，以接收该默认信号；该N个第一信号输出端耦接该多级射频传送电路的任一级的该N个传送输入端，以输出该默认信号；该N为不大于二的一正整数；以及
该至少一级射频接收电路的每一级包括N个接收输入端与N个接收输出端；该第二开关电路包括N个第二信号输入端与N个第二信号输出端；该N个第二信号输入端耦接该多级射频传送电路的任一级的该N个传送输出端，以接收该射频传送信号的一衍生信号；该N个第二信号输出端耦接该至少一级射频接收电路的任一级的该N个接收输入端或该N个接收输出端，以输出该衍生信号。
3.如权利要求2的无线收发器，其特征在于，该射频传送信号与该接收信号的每一个为一差动信号，该N等于二。
4.如权利要求2的无线收发器，其特征在于，该多级射频传送电路包括一功率放大器驱动器与一功率放大器，该至少一级射频接收电路包括一低噪声放大器。
5.如权利要求1的无线收发器，其特征在于，该第一差异包括一第一振幅差异与一第一相位差异，该第二差异包括一第二振幅差异与一第二相位差异；于该接收端校正程序中，该接收端数字电路依据该第一振幅差异与该第一相位差异执行该接收端IQ校正；于该传送端校正程序中，该接收端数字电路依据该第二振幅差异与该第二相位差异输出该校正参考给该传送端数字电路，以供该传送端数字电路依据该校正参考执行该传送端IQ校正。
6.如权利要求5的无线收发器，其特征在于，该接收端数字电路执行该接收端IQ校正，以弥补该第一振幅差异与该第一相位差异；该传送端数字电路依据该校正参考执行该传送端IQ校正，以弥补该第二振幅差异与该第二相位差异。
7.如权利要求6的无线收发器，其特征在于，该接收端数字电路执行该接收端IQ校正，以令该第一振幅差异等于零或趋近零，并令该第一相位差异等于90度或趋近90度；该传送端数字电路依据该校正参考执行该传送端IQ校正，以令该第二振幅差异等于零或趋近零，并令该第二相位差异等于90度或趋近90度。
8.如权利要求1的无线收发器，其特征在于，该传送端同相路径混频电路于该接收端校正程序中停止产生或停止输出该传送端同相路径升频信号，从而被禁能；该传送端正交相路径混频电路于该接收端校正程序中停止产生或停止输出该传送端正交相路径升频信号，从而被禁能。
9.如权利要求1的无线收发器，其特征在于，该无线收发器不包括该天线。
10.一种具有同相正交相校正功能的无线收发器，包括一传送器、一接收器、一信号产生器与一开关电路，其特征在于，该开关电路包括：
一第一开关电路，耦接于该信号产生器与该传送器之间，该第一开关电路用来于一接收端校正程序中导通，以输出该信号产生器的一默认信号给该传送器，该第一开关电路另用来于一传送端校正程序中不导通；以及
一该第二开关电路，耦接于该传送器与该接收器之间，该第二开关电路用来于该接收端校正程序中导通，以输出来自该传送器的该默认信号的一衍生信号给该接收器，从而让该接收器依据该衍生信号执行一接收端IQ校正，该第二开关电路另用来于该传送端校正程序中导通，以输出来自该传送器的一射频传送信号给该接收器，从而让该接收器依据该射频传送信号产生一校正参考给该传送器，以供该传送器依据该校正参考执行一传送端IQ校正。
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