CN1898932A - 用于补偿接收器中i/q不平衡的方法和装置 - Google Patents

Abstract

说明了一种用于补偿接收器中I/Q不平衡的方法和装置。该方法包括：确定两个正交的能量之间的差；利用两个正交的能量之间的差校正振幅不平衡；确定两个正交之间的互相关；以及利用两个正交之间的互相关校正相位不平衡。

Description

用于补偿接收器中I/Q不平衡的方法和装置

技术领域

本发明的实施例涉及接收器中数字补偿领域，更具体地说，涉及补偿接收器中的I/Q不平衡。

背景技术

在数字视频广播系统中，例如在地面或卫星传输中所用的那些系统中(DVB-S和DVB-T)，在终端用户处使用调谐器来在频率上对信号进行下变换，并提供第一级解调，得到基带正交(I和Q分量)。由于不完善的模拟解调，这两个正交在相位和振幅方面都会不平衡。

而这又会对接收器性能产生负面影响，即，会导致QAM/PSK构象形状的变形，这导致更大的集群偏差和更高的位差错率，并且它妨碍了接收器一些内部环路(例如判定引导均衡和锁相环)的正常工作和会聚稳定性。

附图说明

参阅用于说明本发明实施例的以下说明书和附图，对本发明就可有最好的理解，附图包括：

图1示出结合本发明的系统的一个通用实施例的框图。

图2示出根据本发明实施例的I/Q平衡器的框图。

图3示出根据本发明实施例的振幅校正器的框图。

图4示出根据本发明实施例的相位校正器的框图。

图5示出根据本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

现说明用于补偿接收器中I/Q不平衡的方法和装置的实施例。在以下说明中阐述了许多具体的细节。但应理解，本发明的实施例不用这些细节也可实现。在其它实例中，众所周知的电路、结构和技术未作详细描述，以免模糊了对本发明的理解。

在整个说明书中提到“一个实施例”是指结合实施例所描述的一个特定特性、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。所以，在整个说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”并不一定全都指同一实施例。而且，该特定特性、结构或特征可以任何适当方式组合在一个或多个实施例中。

参阅图1，框图示出了根据本发明一个实施例的系统100。业界技术人员会理解到，系统100可包括比图1所示更多的组件。但为了公开用于实现本发明的说明性实施例，没有必要示出所有这些一般常规性组件。

系统100包括调谐器104，用于下变频所接收的信号，并将信号解调为基带正交。在一个实施例中，基带正交包括I和Q分量。由于不完善的模拟调制/解调过程或其它原因，正交可能在振幅和相位两方面都不平衡。I/Q平衡器102校正正交的振幅和相位不平衡。系统100还包括：一个或多个模数变换器(ADC)，例如106或108，以将所接收的模拟信号变换为数字信号；以及自动增益控制元件(AGC)110，它通过控制调谐器的增益来控制系统100的输入能量。系统的其它组件可包括数控振荡器(NCO)112、低通滤波器(LPF)114、定时恢复块116、均衡器118、限制器120、输出位124、锁相环(PLL)122以及信道解码器126。

图2示出了根据本发明一个实施例的I/Q平衡器102。I/Q平衡器102包括校正基带正交的振幅不平衡的振幅校正块200以及校正基带正交的相位不平衡的相位校正块202。I/Q基带正交的相位和幅度不平衡的准确表达式见下式，其中I′和Q′代表破坏的I和Q分量，并且E表示统计期望值：

相位不平衡

式中 $R_1=\frac{E[I^{\′}\·Q^{\′}]}{\sqrt{E\left[I^{\′2}\right]E\left[Q^{\′2}\right]}},$

幅度不平衡 $\mathrm{\ϵ}=\frac{R_2-1}{1+R_2},$ 式中 $R_2=\sqrt{\frac{E\left[I^{\′2}\right]}{E\left[Q^{\′2}\right]}}.$

为了避免除法，可将幅度不平衡估算为正交的能量之间的归一化差，而不是比例。于是，幅度不平衡可近似如下：

$\mathrm{\ϵ}\≈\frac{R}{2},$ 式中 $R=\left\{E\right[I^{\′2}]-E[Q^{\′2}\left]\right\}\×\frac{1}{{E_s}^2}.$

也就是说，将幅度不平衡近似为正交能量之差乘以归一化因子1/E_s ²。归一化因子是由E_s ²表示的输入信号能量的倒数，并代表两个正交的能量和，即： $E_s^2=E\left[I^{\′2}\right]+E\left[Q^{\′2}\right].$ E_s ²可从自动增益控制元件(AGC)110获得，该元件将总输入能量维持在预置的目标值。确定了估算的幅度不平衡ε后，分别用(1-ε)或(1+ε)乘以正交就可校正不平衡。

利用互相关，相位不平衡可近似如下：

或者

式中 $\mathrm{Rp}=E[I^{\′}\·Q^{\′}]\×\frac{1}{E_s^2}.$

就是说，相位不平衡近似为正交的互相关乘以归一化因子1/E_s ²。

图3更详细地示出根据本发明一个实施例的振幅校正块200。振幅校正是一个用于估算和校正振幅不平衡的迭代反馈方案。在每个迭代实例n，用一个或多个乘法器对I和Q的瞬时值求平方。一个或多个滤波器，例如302或304，用于滤波已平方的值，以提供每个正交的长期能量的近似值。在一个实施例中，滤波器是一阶自回归滤波器，其形式为： $H\left(z\right)=\frac{1-\mathrm{\α}}{1-{\mathrm{\αz}}^{-1}},$ 式中α可代表在α∈[0.4:0.8]范围的常量值。然后减去被滤波的能量，并将能量差输入到规范器306，以用因子1/2_s ²归一化(式中E_s ²是输入信号的能量)。归一化因子可从AGC 110获得。归一化差是能量误差，并由积分器308累加。在一个实施例中，积分器308是一阶积分器，其形式为： $G\left(z\right)=\frac{\mathrm{\β}}{1-z^{-1}},$ 式中β可代表数量级为β≈2^-14的常量值。积分的误差是振幅不平衡ε的估算值。于是，产生两个校正因子：(1-ε)和(1+ε)。这些校正因子分别用来乘以I和Q的下一采样。

在一个实施例中，位数的优化值可用于振幅校正块200中。例如，假设I和Q分量各为10位。这些10位数可表示为一个固定点数S2.7(1个符号位、2个整数位和7个小数位)。在I和Q分量被平方并滤波后，结果是一个19位数，其可表示为S4.14(1个符号位、4个整数位和14个小数位)。在归一化后，结果是一个20位数。在积分后，所得到的估算的振幅不平衡ε是一个32位数，其可表示为S0.31(1个符号位、0个整数位和31个小数位)。

图4更详细地示出了根据本发明一个实施例的相位校正块202。相位校正是一个用于估算和校正相位不平衡的迭代反馈方案。在每个迭代实例n，I和Q的正交值相乘。这个乘积然后由滤波器402滤波。这个滤波的输出近似于两个正交的统计相关。在一个实施例中，滤波器402是一阶自回归滤波器，其形式为： $H\left(z\right)=\frac{1-\mathrm{\α}}{1-{\mathrm{\αz}}^{-1}},$ 式中α可代表在α∈[0.4:0.8]范围的常量值。滤波的互相关然后被输入到规范器404，以用因子1/2E_s ²进行归一化。归一化因子可从AGC 110获得。归一化的互相关是相位误差，并由积分器406累加。在一个实施例中，积分器406是一阶积分器，其形式为： $G\left(z\right)=\frac{\mathrm{\β}}{1-z^{-1}},$ 式中β可以代表数量级为β≈2^-14的常量值。积分的误差是相位不平衡 的估算值。于是产生校正矢量矩阵[A]^-1：

和

在一个实施例中，校正矩阵可以利用产生以下两项所用的一个或多个查找表408来构建：

和

校正矩阵然后可构建为：

$A^{-1}=\left[\begin{array}{cc}{A}_1& A_2\\ A_2& A_1\end{array}\right].$

在备选实施例中，这两项A₁和A₂可以利用泰勒级数近似为：

和

乘法器可用来产生近似的A₁和A₂项。例如，第一乘法器可用来产生

的平方，而第二乘法器可用来产生

的立方。

矩阵[A]^-1确定后，相位校正正交 I和 Q由矢量矩阵乘法410产生如下：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{I}\\ \stackrel{\‾}{Q}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{A}_1& A_2\\ A_2& A_1\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}I\left(\mathrm{amp}\right)\\ Q\left(\mathrm{amp}\right)\end{array}\right].$

在一个实施例中，位数的优化值可用于相位校正块202中。例如，假设I和Q分量各为10位。这些10位数可表示为一个固定点数S2.7(1个符号位、2个整数位和7个小数位)。在I和Q分量相乘并滤波后，结果是一个19位数，其可表示为S4.14(1个符号位、4个整数位和14个小数位)。在归一化和积分后，得到的估算相位不平衡

是一个16位数，其可表示为S0.15(1个符号位、0个整数位和15个小数位)。

图5示出了根据本发明一个实施例的方法。在500，确定两个基带正交的能量之间的差。在一个实施例中，两个正交包括I和Q分量。在一个实施例中，对这两个正交的能量采样，并迭代地执行此方法。在一个实施例中，这两个正交的瞬时能量通过求瞬时值平方来确定。然后可对能量进行滤波。然后可以减去被滤波的能量。在502，利用这两个正交的能量之差校正振幅不平衡。在一个实施例中，将能量差归一化。这个归一化的差然后可由积分器累加，以估算振幅不平衡。校正因子然后可根据估算的振幅不平衡进行计算，例如1加上估算的振幅不平衡，以及1减去估算的振幅不平衡。两个正交的下一采样就可乘以校正因子。例如，I分量可乘以1减估算的振幅不平衡，而Q分量可乘以1加估算的振幅不平衡。

在504，确定两个正交之间的互相关。互相关可通过两个正交的瞬时值相乘来确定。在506，利用两个正交之间的互相关校正相位不平衡。在一个实施例中，互相关可进行滤波且然后归一化。归一化的互相关然后可由积分器累加，以估算相位不平衡。利用估算的相位不平衡，可构建校正矩阵。然后校正矩阵可乘以两个正交，以校正相位不平衡。

虽已就几个实施例对本发明作了说明，但业界技术人员会理解到，本发明不限于所述实施例，而是本发明的实现可以有在所附权利要求书的精神和范围内的修改和改变。因此本说明应认为是说明性的而非限制性的。

Claims (30)

1.一种方法，包括：

确定两个基带正交的能量之间的差；

利用所述两个正交的能量之间的所述差校正振幅不平衡；

确定所述两个正交之间的互相关；以及

利用所述两个正交之间的所述互相关校正相位不平衡。

2.如权利要求1所述的方法，其中确定两个正交的能量之间的差包括通过对所述两个正交的瞬时值求平方来确定所述两个正交的瞬时能量。

3.如权利要求2所述的方法，其中确定两个正交的能量之间的差还包括对所述两个正交的求平方的瞬时值进行滤波。

4.如权利要求3所述的方法，其中确定两个正交的能量之间的差还包括减去所述两个正交的滤波能量。

5.如权利要求4所述的方法，其中校正所述振幅不平衡包括归一化两个正交的滤波能量之间的差。

6.如权利要求5所述的方法，其中校正所述振幅不平衡还包括利用积分器累加两个正交的滤波能量之间的归一化差，以估算所述振幅不平衡。

7.如权利要求6所述的方法，其中校正所述振幅不平衡还包括利用估算的振幅不平衡来计算校正因子。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述校正因子是1减去所述估算的振幅不平衡和1加上所述估算的振幅不平衡。

9.如权利要求7所述的方法，还包括对所述两个正交的值采样，并迭代地执行所述方法。

10.如权利要求9所述的方法，还包括用所述校正因子乘以所述两个正交的采样。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述两个正交包括基带I和Q分量。

12.如权利要求11所述的方法，其中用所述校正因子乘以所述两个正交的采样包括用1减所述估算的振幅不平衡乘以所述I分量。

13.如权利要求12所述的方法，其中用所述校正因子乘以所述两个正交能量的采样包括用1加所述估算的振幅不平衡乘以所述Q分量。

14.如权利要求1所述的方法，其中校正所述相位不平衡包括对所述两个正交的瞬时值之间的互相关进行滤波。

15.如权利要求14所述的方法，其中校正所述相位不平衡还包括归一化所滤波的互相关。

16.如权利要求15所述的方法，其中校正所述相位不平衡还包括对归一化的互相关进行积分，以估算所述相位不平衡。

17.如权利要求1所述的方法，其中在校正所述振幅不平衡之后，执行利用所述互相关校正所述相位不平衡。

18.一种装置，包括：

振幅校正器，用于确定两个基带正交的能量之间的差，并利用所述能量之间的差来校正振幅不平衡；以及

相位校正器，用于确定所述两个正交之间的互相关，并利用所述互相关来校正相位不平衡。

19.如权利要求18所述的装置，其中所述振幅校正器包括一个或多个乘法器，以确定所述两个正交的瞬时能量。

20.如权利要求19所述的装置，其中所述振幅校正器还包括一个或多个滤波器，以对所述两个正交的能量进行滤波。

21.如权利要求20所述的装置，其中所述振幅校正器还包括减法器，以确定所述两个正交的滤波能量之间的差。

22.如权利要求21所述的装置，其中所述振幅校正器还包括归一化元件，以归一化所述两个正交的滤波能量之间的差。

23.如权利要求22所述的装置，其中所述振幅校正器还包括积分器，以累加所述两个正交的能量的归一化差。

24.如权利要求18所述的装置，其中所述相位校正器包括乘法器，以将所述两个正交的瞬时值相乘。

25.如权利要求24所述的装置，其中所述相位校正器还包括滤波器，以对所述两个正交的瞬时值的乘积进行滤波。

26.如权利要求25所述的装置，其中所述相位校正器还包括乘法器，以归一化所述两个正交的瞬时值的滤积。

27.如权利要求26所述的装置，其中所述相位校正器还包括积分器，以累加所述两个正交的值的归一化乘积。

28.一种系统，包括：

调谐器，将接收的信号下变换到较低频率，并将下变换的信号解调为基带正交；以及

平衡器，连接到所述调谐器，以平衡所述基带正交，所述平衡器包括：

振幅校正器，用于确定两个正交的能量之间的差，并利用所述能量之间的差来校正振幅不平衡；以及

相位校正器，用于确定所述两个正交之间的互相关，并利用所述互相关来校正相位不平衡。

29.如权利要求28所述的系统，还包括连接到所述调谐器的模数变换器，以将接收的模拟信号变换为数字信号。

30.如权利要求29所述的系统，还包括连接到所述调谐器的自动增益控制元件，以控制所接收信号的能量。

Images