CN117834053A - 一种宽带零中频架构的iq不平衡误差校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带零中频架构的IQ不平衡误差校准方法，首先将失衡的基带信号转换到频域，得到原始频谱数据SI[n]、SQ[n]，然后进行切片式误差检测，得到每个频点的幅值不平衡误差和相位不平衡误差。在此基础上，对原始频谱数据进行切片式误差补偿，获得Q信号对应的一组切片式频谱数据，并重构出校准后频谱数据SQ_new[n]，最后利用原始频谱数据SI[n]和校准后频谱数据SQ_new[n]，计算信号复数频谱。与传统的窄带校准处理方式相比较，本发明旨在解决宽带信号的校准，而且不会带入其他误差，不仅适用于任何带宽信号的处理，更易于工程实现。

Description

一种宽带零中频架构的IQ不平衡误差校准方法

技术领域

本发明属于射频宽带信号处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种对宽带零中频架构中存在的IQ不平衡误差进行校准的方法。

背景技术

在集成电路测试领域，特别是射频芯片测试应用中，都需要使用宽带接收机对芯片信号进行检测和判定。为了提升生产测试效能，往往要求接收机体积集成度更高、体积更小，因此零中频架构的接收机开始得到越来越多的应用。

零中频架构是一种典型的射频接收机架构，相对常用的超外差式架构而言，这种架构具备体积小、功耗低、集成度高等明显的优势，但也不可避免地存在一些缺陷，特别是IQ不平衡误差，导致接收信号存在强度较大的镜像杂散，恶化接收机性能。这种IQ不平衡误差只能通过算法处理来进行校准。传统的处理算法只能对单点信号或窄带信号进行校准，即认定不平衡误差在一个窄带范围内是稳定的，不随信号频率、本振频率等的变化而变化，因此，现有IQ不平衡误差校准方法不能适用于宽带信号校准，无法在宽带信号校准中充分发挥零中频架构的优势。

随着5G NR(5G New Radio)、WIFI6E等技术的兴起，信号带宽也日渐提高，如何对宽带零中频架构中存在的IQ不平衡误差进行校准是一个需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种宽带零中频架构的IQ不平衡误差校准方法，对失衡的基带信号I[n]和Q[n]进行校准，更有效地适应宽带IQ不平衡误差的校准即宽带补偿，以获得干净的信号频谱。

为实现上述发明目的，本发明宽带零中频架构的IQ不平衡误差校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、对失衡的基带信号I[n]和Q[n]分别做离散傅里叶变换，得到失衡状态下基带信号I[n]的原始频谱数据SI[n]、基带信号Q[n]的原始频谱数据SQ[n]，其中，n为采样点序号；

(2)、利用原始频谱数据SI[n]和SQ[n]进行切片式误差检测，即将基带信号带宽：

以步进Δf平均划分成M+1个频点，频点序号：0,1,2，……，M，分别对应频率：

每两个频点之间形成一个切片，共计M个切片，步进Δf为切片频率宽度，即Δf＝B/M；

利用外部信号源按照频率：

的规则依次向零中频接收机供应信号，对于每一个频点，在接收机中利用传统的窄带校准方法计算每个频点k的幅值不平衡误差g_k[n]和相位不平衡误差

(3)、对原始频谱数据SI[n]和SQ[n]进行切片式误差补偿，即利用每一组与{SI[n],SQ[n]}按照窄带校准算法计算，获得校准后的原始频谱数据SQ[n]对应的一组切片式频谱数据：

(4)、对切片式频谱数据：

进行切片重构以获得完整的校准后频谱数据SQ_new[n]，重构方法为：

校准后频谱数据SQ_new[n]位于-f±Δf/2范围内的值等于SQ_f[n]位于范围-f±Δf/2内的值，校准后频谱数据SQ_new[n]位于f±Δf/2范围内的值等于SQ_-f[n]位于f±Δf/2范围内的值，其中，f对应频率：

(5)、利用原始频谱数据SI[n]和校准后频谱数据SQ_new[n]，计算信号复数频谱。

本发明目的是这样实现的：

本发明宽带零中频架构的IQ不平衡误差校准方法首先将失衡的基带信号转换到频域，得到原始频谱数据SI[n]、SQ[n]，然后进行切片式误差检测，得到每个频点的幅值不平衡误差和相位不平衡误差。在此基础上，对原始频谱数据进行切片式误差补偿，获得Q信号对应的一组切片式频谱数据，并重构出校准后频谱数据SQ_new[n]，最后利用原始频谱数据SI[n]和校准后频谱数据SQ_new[n]，计算信号复数频谱。与传统的窄带校准处理方式相比较，本发明旨在解决宽带信号的校准，而且不会带入其他误差，不仅适用于任何带宽信号的处理，更易于工程实现。

附图说明

图1是现有技术中一种典型的零中频架构接收机的工作原理图；

图2是对幅相不平衡误差进行切片式重构的原理框图；

图3是本发明宽带零中频架构的IQ不平衡误差校准方法的流程图；

图4是本发明宽带零中频架构的IQ不平衡误差校准方法的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图1是现有技术中一种典型的零中频架构接收机的工作原理图。

在本实施例中，如图1所示，设射频输入信号表示为x(t)是一中心频率为f_o、带宽为B的宽带信号，经过模拟正交下变频(本振频率为f_o)后获得模拟基带零中频信号(频率范围为-B/2～+B/2)，含同相分量I(t)和正交分量Q(t)，经过ADC采集后，分别获得数字化后的零中频数字信号即基带信号I[n]和Q[n]，并经由FPGA/DSP等数字处理器件传输至后端计算机，也可称为上位机。

由于幅相不平衡误差的存在，基带信号I[n]和Q[n]被杂散恶化。以频率为f的单音信号为例，基带信号I[n]可表示为I[n]＝g(f)cosω₀n，基带信号Q[n]可表示为其中g(f)≠1,/>且受到信号频率参数的影响，导致宽带信号内g(f),/>具有不确定性的问题。本发明的目的主要在于对失衡的宽带信号I[n]和Q[n]进行校准，以获得干净的信号频谱。

对基带信号I[n]和Q[n]分别进行离散傅里叶变换DFT运算，求得各自原始频谱数据SI[n]和SQ[n]，此为失衡状态下的频谱数据，以I[n]为例，其计算方式为：

其中，N代表DFT运算点数，window代表窗函数，常见的由汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等。

例化模拟输入信号x(t)为单音余弦信号，即令x(t)＝cos(2πft)，f代表信号频率；首先设f＝f_o-B/2，计算机根据获取到的失衡时域数据I[n]和Q[n]计算其幅值不平衡误差和相位不平衡误差，其计算式为：

进一步，利用原始频谱数据SI[n]和SQ[n]进行校准，得校准后的切片式Q路频谱数据为：

以此类推，计算f＝{f_o-B/2+Δf,f_o-B/2+2Δf,...,0,Δf,...,f_o+B/2}情况下的幅值不平衡误差g_k[n]、相位不平衡误差以及校准后的切片式Q路频谱数据：

其中，Δf为切片频率宽度，即Δf＝B/M，M为切片数量。

对于后端数据处理中采用N点DFT计算而言，一个切片频率宽度所占用的点数为Δp＝Δf·N/f_s，其中，f_s为ADC采样率。

那么，切片重构过程如图2。对于例化的模拟输入信号频率f，在采样率为f_s、DFT点数为N的坐标体系中，其位置位于P_f处，那么完整校准后的Q路频谱数据在：

区间内的值等于例化输入频率为-f时此区间的切片式校准结果值，具体表现为：

同理：

最后，经过宽带校准后的零中频接收机可获得其误差补偿后的频谱为：

在本实施例中，如图3、4所示，本发明宽带零中频架构的IQ不平衡误差校准方法包括以下步骤：

步骤S1：离散傅里叶变换

对失衡的基带信号I[n]和Q[n]分别做离散傅里叶变换，得到失衡状态下基带信号I[n]的原始频谱数据SI[n]、基带信号Q[n]的原始频谱数据SQ[n]，其中，n为采样点序号。

步骤S2：切片式误差检测

利用原始频谱数据SI[n]和SQ[n]进行切片式误差检测，即将基带信号带宽：

以步进Δf平均划分成M+1个频点，频点序号：0,1,2，……，M，分别对应频率：

每两个频点之间形成一个切片，共计M个切片，步进Δf为切片频率宽度，即Δf＝B/M；

利用外部信号源按照频率：

的规则依次向零中频接收机供应信号，对于每一个频点，在接收机中利用传统的窄带校准方法计算每个频点k的幅值不平衡误差g_k[n]和相位不平衡误差

步骤S3：切片式误差补偿

对原始频谱数据SI[n]和SQ[n]进行切片式误差补偿，即利用每一组与{SI[n],SQ[n]}按照传统的窄带校准算法计算，获得校准后的原始频谱数据SQ[n]对应的一组切片式频谱数据：

步骤S4：切片重构

对切片式频谱数据：

进行切片重构以获得完整的校准后频谱数据SQ_new[n]，重构方法为：

校准后频谱数据SQ_new[n]位于-f±Δf/2范围内的值等于SQ_f[n]位于范围-f±Δf/2内的值，校准后频谱数据SQ_new[n]位于f±Δf/2范围内的值等于SQ_-f[n]位于f±Δf/2范围内的值，其中，f对应频率：

步骤S5：计算IQ不平衡误差校准后的信号复数频谱

利用原始频谱数据SI[n]和校准后频谱数据SQ_new[n]，计算信号复数频谱。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种宽带零中频架构的IQ不平衡误差校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、对失衡的基带信号I[n]和Q[n]分别做离散傅里叶变换，得到失衡状态下基带信号I[n]的原始频谱数据SI[n]、基带信号Q[n]的原始频谱数据SQ[n]，其中，n为采样点序号；

(2)、利用原始频谱数据SI[n]和SQ[n]进行切片式误差检测，即将基带信号带宽：

以步进Δf平均划分成M+1个频点，频点序号：0,1,2，……，M，分别对应频率：

每两个频点之间形成一个切片，共计M个切片，步进Δf为切片频率宽度，即Δf＝B/M；

利用外部信号源按照频率：

的规则依次向零中频接收机供应信号，对于每一个频点，在接收机中利用传统的窄带校准方法计算每个频点k的幅值不平衡误差g_k[n]和相位不平衡误差

(3)、对原始频谱数据SI[n]和SQ[n]进行切片式误差补偿，即利用每一组与{SI[n],SQ[n]}按照窄带校准算法计算，获得校准后的原始频谱数据SQ[n]对应的一组切片式频谱数据：

(4)、对切片式频谱数据：

进行切片重构以获得完整的校准后频谱数据SQ_new[n]，重构方法为：

校准后频谱数据SQ_new[n]位于-f±Δf/2范围内的值等于SQ_f[n]位于范围-f±Δf/2内的值，校准后频谱数据SQ_new[n]位于f±Δf/2范围内的值等于SQ_-f[n]位于f±Δf/2范围内的值，其中，f对应频率：

(5)、利用原始频谱数据SI[n]和校准后频谱数据SQ_new[n]，计算信号复数频谱。