CN115118298A - 收发装置及其校正方法 - Google Patents

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CN115118298A CN202110294234.1A CN202110294234A CN115118298A CN 115118298 A CN115118298 A CN 115118298A CN 202110294234 A CN202110294234 A CN 202110294234A CN 115118298 A CN115118298 A CN 115118298A
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Abstract

一种收发装置，其包含校正信号产生单元、相位调整单元、传送单元、接收单元与校正单元。在校正模式下，校正信号产生单元产生同相测试信号和正交测试信号。相位调整单元用以依据相位控制信号来调整同相测试信号和正交测试信号以产生调整后同相测试信号和调整后正交测试信号。传送单元用以依据调整后同相测试信号和调整后正交测试信号产生射频信号。接收单元用以接收射频信号并据以产生同相接收信号及正交接收信号。校正单元用以依据同相接收信号、正交接收信号、同相测试信号和正交测试信号产生相位控制信号。

Description

收发装置及其校正方法
技术领域
本发明是关于一种收发装置，特别是关于一种可校正的收发装置及其校正方法。
背景技术
在收发装置中可能存在同相(In-phase,I)与正交(Quadrature,Q)不匹配的问题而须进行IQ校正。在进行IQ校正前，接收器对IQ信号执行模拟数字转换。为了得到信号信噪比较高的数字IQ信号，接收器须有效地利用模拟数字转换的动态范围，接收器依据IQ信号的功率对模拟数字转换器前的模拟信号进行调整后，再进行一次模拟数字转换。然而，传送器传送IQ信号时可能会因为本身的非理想效应使得IQ信号产生相位旋转。相位旋转改变了IQ信号的相位并影响接收器对IQ信号的功率调整，进而影响模拟数字转换的动态范围使用效率以及产生的数字IQ信号的信号信噪比。因此，收发装置需要一种IQ信号的相位校正方法来改善上述问题。
发明内容
本发明公开一种收发装置，其包含校正信号产生单元、相位调整单元、传送单元、接收单元与校正单元。在校正模式下，校正信号产生单元产生同相测试信号和正交测试信号。相位调整单元用以依据相位控制信号来调整同相测试信号和正交测试信号以产生调整后同相测试信号和调整后正交测试信号。传送单元用以依据调整后同相测试信号和调整后正交测试信号产生射频信号。接收单元用以接收射频信号并据以产生同相接收信号及正交接收信号。校正单元用以依据同相接收信号、正交接收信号、同相测试信号和正交测试信号产生相位控制信号。
本发明公开一种收发装置的校正方法，其包含下列步骤：产生同相测试信号和正交测试信号；依据相位控制信号来调整同相测试信号和正交测试信号以产生调整后同相测试信号和调整后正交测试信号；依据调整后同相测试信号和调整后正交测试信号产生射频信号；接收射频信号并据以产生同相接收信号及正交接收信号；及依据同相接收信号、正交接收信号、同相测试信号和正交测试信号产生相位控制信号。
本申请的收发装置利用内部回路来取得IQ信号在输入端与输出端的相位差，并据此预先调整IQ信号的相位，以在接收电路的输出端得到相对于输入端没有相位差的IQ信号以利于后续的IQ校正操作。相较于现有技术，具有较高的IQ信号的品质。
附图说明
在阅读了下文实施方式以及附图时，能够最佳地理解本申请的多种方面。应注意到，依据本领域的标准操作习惯，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为本发明一些实施例中，收发装置的示意图。
图2为本发明一些实施例中，校正方法的流程图。
具体实施方式
图1为依据本发明一些实施例，收发装置10的示意图。收发装置10为同相与正交调变的通信系统，当收发装置10操作在一般模式下，收发装置10由传送单元11产生信号通过天线(未示于图中)向其他收发装置(未示于图中)发出，或者通过天线接收由接收单元12接收的其他收发装置传来的信号。在一般模式之前，收发装置10一般会先进行同相路径与正交路径之间的匹配性校正，但由于收发装置10中部分元件(例如功率放大器PA)会贡献群延迟，使信号的相位发生旋转，造成接收到的信号与传送的信号之间具有相位差
Figure BDA0002983713670000024
该相位差可能会使接收单元12收到的同相信号或正交信号中的一个被放大而另一个被缩小，使增益控制器PGA1或PGA2无法得到较佳的增益，导致信噪比降低。例如，收发器会造成相位-45°的旋转，一组复合信号(1+1j)经过相位旋转后变成
Figure BDA0002983713670000021
在信号实部的大小前后相差
Figure BDA0002983713670000022
倍，接收器必须将增益缩小
Figure BDA0002983713670000023
倍以免使后续的模拟数字转换器溢位。因为增益的降低，进而使得模拟数字转换器所产生的数字信号的信号信噪比降低。因此，本申请的收发装置10在匹配性校正之前，会额外进入群延迟校正模式(以下称为校正模式)以校正上述的相位旋转现象。
本申请的收发装置10通过校正信号产生单元13产生同相测试信号SIT与正交测试信号SQT(以下简称信号SIT与信号SQT)，并依序经过相位调整单元14、传送单元11与接收单元12所形成的内部回路产生同相接收信号SIR与正交接收信号SQR(以下简称信号SIR与信号SQR)，使校正单元15可依据信号SIT、信号SQT、信号SIR与信号SQR产生同相相位控制信号CS1(以下简称信号CS1)与正交相位控制信号CS2(以下简称信号CS2)至相位调整单元14，以抵消收发装置10造成的相位差
Figure BDA0002983713670000031
其细节说明如下。
相位调整单元14依据同相相位控制信号CS1与正交相位控制信号CS2调整信号SIT与信号SQT以产生调整后同相测试信号S1(以下简称信号S1)与调整后正交测试信号S2(以下简称信号S2)。具体来说，信号SIT与信号SQT分别为测试复合信号C1的实部信号与虚部信号，使测试复合信号C1可表示为SIT+j*SQT；信号S1与信号S2分别为调整后复合信号C2的实部信号与虚部信号，使调整后复合信号C2可表示为S1+j*S2；以及，信号CS1与信号CS2分别为相位控制复合信号C3的实部信号与虚部信号，使相位控制复合信号C3可表示为CS1+j*CS2，其中相位控制复合信号C3代表用以控制相位调整单元14进行调整的相位。换言之。相位调整单元14用以依据接收的测试复合信号C1与相位控制复合信号C3执行乘法运算以得到调整后复合信号C2。由于信号S1与信号S2分别为信号SIT与信号SQT经过信号CS1与信号CS2调整后的实部信号与虚部信号，所以如果以数学式表示该乘法运算则为：信号S1＝SIT*CS1-SQT*CS2；及信号S2＝SIT*CS2+SQT*CS1。
在一些实施例中，为了降低计算的复杂度，校正信号产生单元13可产生分别为1与0的信号SIT与信号SQT。
经过相位调整单元14调整相位后，信号S1与信号S2相对于信号SIT与信号SQT的相位差
Figure BDA0002983713670000032
等于相位差
Figure BDA0002983713670000033
的负值，其中相位差
Figure BDA0002983713670000034
即等于相位控制复合信号C3(CS1+j*CS2)的相位。使得信号S2与信号S1在送入传送单元11前已预先反相地调整相位以抵消收发装置10的非理想效应在传输时所造成的相位差
Figure BDA0002983713670000035
应注意的是，相位调整单元14仅为了提高后续的匹配性校正时的信噪比，而非用一般模式。因此在一般模式下，相位调整单元14不改变信号S1与信号S2相对于信号SIT与信号SQT的相位。亦即信号S2与信号S1相对于信号SIT与信号SQT的相位差
Figure BDA0002983713670000036
为0。
在传送单元11中，数字模拟转换器DAC1、滤波器FT1与升频器UC1构成同相信号传送路径，而数字模拟转换器DAC2、滤波器FT2与升频器UC2构成正交信号传送路径。在校正模式下，数字模拟转换器DAC1与数字模拟转换器DAC2分别对信号S1与信号S2执行数字模拟转换以产生模拟信号S3与模拟信号S4。滤波器FT1与滤波器FT2分别对模拟信号S3与模拟信号S4滤波以产生整形信号S5与整形信号S6。升频器UC1与升频器UC2依据载波角频率分别将整形信号S5与整形信号S6升频为升频信号S7与升频信号S8。传送单元11中的组合器M将升频信号S7与升频信号S8合并为组合信号SM。功率放大器PA依据增益值调整组合信号SM(例如，功率放大器PA依据特定增益值对组合信号SM提供增益)以产生射频信号SR。在一些实施例中，射频信号SR相对于组合信号SM的相位差接近于收发装置10所产生的相位差
Figure BDA0002983713670000041
换言之，功率放大器PA为收发装置10中主要造成相位差
Figure BDA0002983713670000042
的元件。然而本发明不以此为限，各个元件皆可贡献至少部分的相位差
Figure BDA0002983713670000043
在校正模式下，射频信号SR通过回送路径进入接收单元12，即接收单元12接收从传送单元11传输来的射频信号SR。在接收单元12中，降频器DC1、增益控制器PGA1与模拟数字转换器ADC1构成同相信号传送路径，而降频器DC2、增益控制器PGA2与模拟数字转换器ADC2构成正交信号传送路径。一般说来，射频信号SR的功率高于降频器DC1与降频器DC2的饱和功率。为了要使降频器DC1与降频器DC2能够操作在线性区域，接收单元12通过衰减器ATTE降低射频信号SR的功率并产生衰减信号SA，并分别传送至降频器DC1与降频器DC2。降频器DC1与降频器DC2依据载波角频率将衰减信号SA卸载以分别产生降频信号S9与降频信号S10。增益控制器PGA1与增益控制器PGA2分别依据增益值调整降频信号S9与降频信号S10(例如，增益控制器PGA1依据第一增益值对降频信号S9提供增益，而增益控制器PGA2依据第二增益值对降频信号S10提供增益，第一及第二增益值可相同/相异)以产生增益后信号S11与增益后信号S12。模拟数字转换器ADC1与模拟数字转换器ADC2分别对增益后信号S11与增益后信号S12执行模拟数字转换以产生信号SIR与信号SQR。
在一些实施例中，收发装置10通过开关(未示于图中)来控制回送路径是否导通。该开关设置于功率放大器PA的输出端与衰减器ATTE接收端之间。在一般模式下，开关不导通，使得射频信号SR向天线传送。在校正模式下，开关导通，使得射频信号SR可向接收单元12传输(此动作未必关闭射频信号SR向天线传送的路径)。
校正单元15接收信号SIT、信号SQT、信号SIR与信号SQR，并从这些信号中撷取收发装置10造成的相位差
Figure BDA00029837136700000513
的信息。具体来说，校正单元15取得信号SQT与信号SIT所代表的测试复合信号以及信号SQR与信号SIR所代表的接收复合信号，从而取得接收复合信号相对于测试复合信号的相位差
Figure BDA0002983713670000051
校正单元15再依据相位差
Figure BDA0002983713670000052
产生具有相位为相位差
Figure BDA0002983713670000053
的负值的相位调整复合信号C3，并从相位调整复合信号C3中取实部为同相相位控制信号CS1，再从相位调整复合信号C3中取虚部为正交相位控制信号CS2。
为了校正收发装置10造成的相位旋转，利用相位调整单元14来将信号S1与信号S2相对于信号SIT与信号SQT的相位差
Figure BDA0002983713670000054
调整为
Figure BDA0002983713670000055
校正单元15将相位差
Figure BDA0002983713670000056
乘上负号，再将其转换成相位调整复合信号C3，其中相位调整复合信号C3的振幅为1。调整单元14将测试复合信号C1与相位调整复合信号C3相乘，并将相乘的结果取实部输出为信号S1，以及将相乘的结果取虚部输出为信号S2。在此情况下，因为信号S1与信号S2经过收发装置10传输后会经历相位旋转(亦即相位会增加相位差
Figure BDA0002983713670000057
)，所以信号SIR与信号SQR相对于信号SIT与信号SQT的相位差
Figure BDA0002983713670000058
会变成0
Figure BDA0002983713670000059
通过收发装置10内部回路的相位校正功能，可以使信号SQT与信号SIT相对于信号SQR与信号SIR经校正后的相位差
Figure BDA00029837136700000510
为0，从而抵消收发装置10所造成的相位旋转。当信号S1与信号S2经过校正后，收发装置10可接着对没有相位旋转的信号SIR与SQR进行IQ校正。
综上所述，收发装置10在校正模式下先将未经调整的信号S1与信号S2传输进传送单元11，并通过校正单元15取得收发装置10中因非理想效应产生的相位旋转(相位差
Figure BDA00029837136700000511
)。接着再由校正单元15依据相位差
Figure BDA00029837136700000512
提供同相相位控制信号CS1与正交相位控制信号CS2给相位调整单元14，并据此将信号S1与信号S2的相位预先调整以抵消相位旋转。通过本发明，收发装置10的非理想效应可以通过预先的相位调整被抵消，进而提高信号SIR与信号SQR的信噪比。
请参考图2。图2为依据本发明一些实施例，校正方法20的流程图。在一些实施例中，图1的收发装置10利用校正方法20来调整信号SIR与信号SQR。更具体来说，图1的收发装置10在校正模式中利用校正方法20提高信号SIR与信号SQR的信噪比。校正方法20包含步骤S21、S22、S23、S24与S25。为了易于理解，校正方法20沿用图1中的附图标记来说明。此外，校正方法20不以步骤S21～S25为限。在更进一步的实施例中，校正方法20还包含通过图1中收发装置10及上述关于收发装置10的操作所叙述的步骤。
在步骤S21中，产生同相测试信号SIT和正交测试信号SQT。在步骤S22中，依据相位控制复合信号C3来调整同相测试信号SIT和正交测试信号SQT以产生调整后同相测试信号S1和调整后正交测试信号S2。在步骤S23中，依据调整后同相测试信号S1和调整后正交测试信号S2产生射频信号SR。在步骤S24中，接收射频信号SR并据以产生同相接收信号SIR及正交接收信号SQR。在步骤S25中，依据同相接收信号SIR、正交接收信号SQR、同相测试信号SIT和正交测试信号SQT产生相位控制复合信号C3。
在一些实施例中，校正方法20通过取得同相接收信号SIR与正交接收信号SQR所代表的复合信号与测试复合信号C1(亦即同相测试信号SIT与正交测试信号SQT所代表的复合信号)的相位差
Figure BDA0002983713670000061
来产生相位控制复合信号C3，再依据相位控制复合信号C3调整测试复合信号C1以产生调整后复合信号C2。经过上述的操作后所产生的同相接收信号SIR与正交接收信号SQR的信噪比可以被提高，也增加同相接收信号SIR与正交接收信号SQR的可利用性。
上文的叙述简要地提出了本申请某些实施例的特征，而使得本申请所属技术领域普通技术人员能够更全面地理解本申请内容的多种方面。本申请所属技术领域普通技术人员当可明了，其可轻易地利用本申请内容作为基础，来设计或改变其他制程与结构，以实现与此处的实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本申请所属技术领域普通技术人员应当明白，这些等同的实施方式仍属于本申请内容的精神与范围，且其可进行各种改进、替代与改变，而不会悖离本申请内容的精神与范围。
附图标记说明：
10:收发装置
11:传送单元
12:接收单元
13:校正信号产生单元
14:相位调整单元
15:校正单元
20:校正方法
ADC1:模拟数字转换器
ADC2:模拟数字转换器
ATTE:衰减器
C1:测试复合信号
C2:调整后复合信号
C3:相位控制复合信号
DAC1:数字模拟转换器
DAC2:数字模拟转换器
DC1:降频器
DC2:降频器
FT1:滤波器
FT2:滤波器
M:组合器
PA:功率放大器
PGA1:增益控制器
PGA2:增益控制器
S1:调整后同相测试信号
S2:调整后正交测试信号
S3:模拟信号
S4:模拟信号
S5:整形信号
S6:整形信号
S7:升频信号
S8:升频信号
S9:降频信号
S10:降频信号
S11:增益后信号
S12:增益后信号
S21:步骤
S22:步骤
S23:步骤
S24:步骤
S25:步骤
SA:衰减信号
SC1:同相相位控制信号
SC2:正交相位控制信号
SIR:同相接收信号
SIT:同相测试信号
SM:组合信号
SQR:正交接收信号
SQT:正交测试信号
SR:射频信号
UC1:升频器
UC2:升频器

Claims (10)

1.一种收发装置，包含：
校正信号产生单元，在校正模式下，产生同相测试信号和正交测试信号；
相位调整单元，用以依据相位控制信号来调整所述同相测试信号和所述正交测试信号以产生调整后同相测试信号和调整后正交测试信号；
传送单元，用以依据所述调整后同相测试信号和所述调整后正交测试信号产生射频信号；
接收单元，用以接收所述射频信号并据以产生同相接收信号及正交接收信号；以及
校正单元，用以依据所述同相接收信号、所述正交接收信号、所述同相测试信号和所述正交测试信号产生所述相位控制信号。
2.如权利要求1中所述的收发装置，其中所述校正单元用以取得所述同相接收信号与所述正交接收信号相对于所述同相测试信号与所述正交测试信号的第一相位差，并依据所述第一相位差产生所述相位控制信号。
3.如权利要求2中所述的收发装置，其中所述相位控制信号使所述调整后同相测试信号与所述调整后正交测试信号相对于所述同相测试信号与所述正交测试信号具有第二相位差，所述第二相位差为所述第一相位差的负值。
4.如权利要求2中所述的收发装置，其中所述相位控制信号包括同相相位控制信号与正交相位控制信号。
5.如权利要求1中所述的收发装置，其中所述同相测试信号与所述正交测试信号分别为测试复合信号的实部信号与虚部信号，其中所述相位调整单元用以依据所述测试复合信号与所述相位控制信号执行乘法运算以得到调整后复合信号，其中所述调整后同相测试信号与所述调整后正交测试信号分别为所述调整后复合信号的实部信号与虚部信号。
6.一种收发装置的校正方法，包含：
产生同相测试信号和正交测试信号；
依据相位控制信号来调整所述同相测试信号和所述正交测试信号以产生调整后同相测试信号和调整后正交测试信号；
依据所述调整后同相测试信号和所述调整后正交测试信号产生射频信号；
接收所述射频信号并据以产生同相接收信号及正交接收信号；以及
依据所述同相接收信号、所述正交接收信号、所述同相测试信号和所述正交测试信号产生所述相位控制信号。
7.如权利要求6中所述的校正方法，其中依据所述同相接收信号、所述正交接收信号、所述同相测试信号和所述正交测试信号产生所述相位控制信号的步骤包含：
取得所述同相接收信号与所述正交接收信号相对于所述同相测试信号与所述正交测试信号的第一相位差；以及
依据所述第一相位差产生所述相位控制信号。
8.如权利要求7中所述的校正方法，其中所述相位控制信号使所述调整后同相测试信号与所述调整后正交测试信号相对于所述同相测试信号与所述正交测试信号具有第二相位差，所述第二相位差为所述第一相位差的负值。
9.如权利要求7中所述的校正方法，其中依据所述第一相位差产生所述相位控制信号的步骤包含：
产生同相相位控制信号；以及
产生正交相位控制信号。
10.如权利要求6中所述的校正方法，其中所述同相测试信号与所述正交测试信号分别为测试复合信号的实部与虚部，其中依据所述相位控制信号来调整所述同相测试信号和所述正交测试信号以产生所述调整后同相测试信号和所述调整后正交测试信号的步骤包含：
依据所述测试复合信号与所述相位控制信号执行乘法运算以得到调整后复合信号，其中所述调整后同相测试信号与所述调整后正交测试信号分别为所述调整后复合信号的实部信号与虚部信号。
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