TWI806016B - 收發裝置及其校正方法 - Google Patents

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Abstract

一種收發裝置，其包含校正訊號產生單元、相位調整單元、傳送單元、接收單元與校正單元。在一校正模式下，校正訊號產生單元產生同相測試訊號和正交測試訊號。相位調整單元用以依據相位控制訊號來調整同相測試訊號和正交測試訊號以產生調整後同相測試訊號和調整後正交測試訊號。傳送單元用以依據調整後同相測試訊號和調整後正交測試訊號產生射頻訊號。接收單元用以接收射頻訊號並據以產生同相接收訊號及正交接收訊號。校正單元用以依據同相接收訊號、正交接收訊號、同相測試訊號和正交測試訊號產生相位控制訊號。

Description

收發裝置及其校正方法
本發明是關於一種收發裝置，特別是關於一種可校正的收發裝置及其校正方法。
在收發裝置中可能存在IQ不匹配的問題而須進行IQ校正。在進行IQ校正前，接收器對IQ訊號執行類比數位轉換。為了得到訊號雜訊比較高的數位IQ訊號，接收器須有效地利用類比數位轉換的動態範圍，接收器依據IQ訊號的功率對對類比數位轉換器前的類比訊號進行調整後，再進行一次類比數位轉換。然而，傳送器傳送IQ訊號時可能會因為本身的非理想效應使得IQ訊號產生相位旋轉。相位旋轉改變了IQ訊號的相位並影響接收器對IQ訊號的功率調整，進而影響類比數位轉換的動態範圍使用效率以及產生的數位IQ訊號的訊號雜訊比。因此，收發裝置需要一種IQ訊號的相位校正方法來改善上述問題。
本發明揭露一種收發裝置，其包含校正訊號產生單元、相位調整單元、傳送單元、接收單元與校正單元。在一校正模式下，校正訊號產生單元產生同相測試訊號和正交測試訊號。相位調整單元用以依據相位控制訊號來調整同相測試訊號和正交測試訊號以產生調整後同相測試訊號和調整後正交測試訊號。傳送單元用以依據調整後同相測試訊號和調整後正交測試訊號產生射頻訊號。接收單元用以接收射頻訊號並據以產生同相接收訊號及正交接收訊號。校正單元用以依據同相接收訊號、正交接收訊號、同相測試訊號和正交測試訊號產生相位控制訊號。
本發明揭露一種收發裝置的校正方法，其包含下列步驟：產生同相測試訊號和正交測試訊號；依據相位控制訊號來調整同相測試訊號和正交測試訊號以產生調整後同相測試訊號和調整後正交測試訊號；依據調整後同相測試訊號和調整後正交測試訊號產生射頻訊號；接收射頻訊號並據以產生同相接收訊號及正交接收訊號；及依據同相接收訊號、正交接收訊號、同相測試訊號和正交測試訊號產生相位控制訊號。
本申請的收發裝置利用內部迴路來取得IQ訊號在輸入端與輸出端的相位差，並據此預先調整將IQ訊號的相位，以在接收電路的輸出端得到相對於輸入端沒有相位差的IQ訊號以利後續的IQ校正操作。相較於現有技術，具有較高的IQ訊號的品質。
圖1為依據本發明一些實施例，收發裝置10的示意圖。收發裝置10為同相（In-phase, I）與正交（Quadrature, Q）調變的通訊系統，當收發裝置10操作在一般模式下，收發裝置10由傳送單元11產生訊號透過天線（未繪示於圖中）向其他收發裝置（未繪示於圖中）發出，或者透過天線接收由接收單元12接收其他收發裝置傳來的訊號。在一般模式之前，收發裝置10一般會先進行同相路徑與正交路徑之間的匹配性校正，但由於收發裝置10中部分元件（例如功率放大器PA）會貢獻群延遲，使訊號的相位發生旋轉，造成接收到的訊號與傳送的訊號之間具有相位差Δφ。該相位差可能會使接收單元12收到的同相信號或正交信號中的一個被放大而另一個被縮小，使增益控制器PGA1或PGA2無法得到較佳的增益，導致訊噪比降低。例如，收發器會造成相位-45∘的旋轉，一組複合訊號(
Figure 02_image001
)經過相位旋轉後變成(
Figure 02_image003
)。在訊號實部的大小前後相差
Figure 02_image005
倍，接收器必須將增益縮小
Figure 02_image005
倍以免使後續的類比數位轉換器溢位。因為增益的降低，進而使得類比數位轉換器所產生的數位訊號的訊號雜訊比降低。因此，本申請的收發裝置10在匹配性校正之前，會額外進入群延遲校正模式（下稱校正模式）以校正上述的相位旋轉現象。
本申請的收發裝置10藉由校正訊號產生單元13產生同相測試訊號SIT與正交測試訊號SQT（以下簡稱訊號SIT與訊號SQT），並依序經過相位調整單元14、傳送單元11與接收單元12所形成的內部迴路產生同相接收訊號SIR與正交接收訊號SQR（以下簡稱訊號SIR與訊號SQR），使校正單元15可依據訊號SIT、訊號SQT、訊號SIR與訊號SQR產生同相相位控制訊號CS1（以下簡稱訊號CS1）與正交相位控制訊號CS2（以下簡稱訊號CS2）至相位調整單元14，以抵銷收發裝置10造成的相位差Δφ。其細節說明如下。
相位調整單元14依據同相相位控制訊號CS1與正交相位控制訊號CS2調整訊號SIT與訊號SQT以產生調整後同相測試訊號S1（以下簡稱訊號S1）與調整後正交測試訊號S2（以下簡稱訊號S2）。具體來說，訊號SIT與訊號SQT分別為測試複合訊號C1的實部訊號與虛部訊號，使測試複合訊號C1可表示為
Figure 02_image007
；訊號S1與訊號S2分別為調整後複合訊號C2的實部訊號與虛部訊號，使調整後複合訊號C2可表示為
Figure 02_image009
；以及，訊號CS1與訊號CS2分別為相位控制複合訊號C3的實部訊號與虛部訊號，使相位控制複合訊號C3可表示為
Figure 02_image011
，其中相位控制複合訊號C3代表用以控制相位調整單元14進行調整的相位。換言之。相位調整單元14用以依據接收的測試複合訊號C1與相位控制複合訊號C3執行乘法運算以得到調整後複合訊號C2。由於訊號S1與訊號S2分別為訊號SIT與訊號SQT經過訊號CS1與訊號CS2調整後的實部訊號與虛部訊號，所以若以數學式表示該乘法運算則為：訊號
Figure 02_image013
；及訊號
Figure 02_image015
。
在一些實施例中，為了降低計算的複雜度，校正訊號產生單元13可產生分別為1與0的訊號SIT與訊號SQT。
經過相位調整單元14調整相位後，訊號S1與訊號S2相對於訊號SIT與訊號SQT的相位差Δφ1等於相位差Δφ的負值，其中相位差Δφ1即等於相位控制複合訊號C3（
Figure 02_image011
）的相位。使得訊號S2與訊號S1在送入傳送單元11前已預先反相地調整相位以抵銷收發裝置10的非理想效應在傳輸時所造成的相位差Δφ。應注意的是，相位調整單元14僅為了提高後續的匹配性校正時的訊噪比，而非用一般模式。因此在一般模式下，相位調整單元14不改變訊號S1訊號S2相對於訊號SIT與訊號SQT的相位。亦即訊號S2與訊號S1相對於訊號SIT與訊號SQT的相位差Δφ1為0。
在傳送單元11中，數位類比轉換器DAC1、濾波器FT1與升頻器UC1構成同相訊號傳送路徑，而數位類比轉換器DAC2、濾波器FT2與升頻器UC2構成正交訊號傳送路徑。在校正模式下，數位類比轉換器DAC1與數位類比轉換器DAC2分別對訊號S1與訊號S2執行數位類比轉換以產生類比訊號S3與類比訊號S4。濾波器FT1與濾波器FT2分別對類比訊號S3與類比訊號S4濾波以產生整形訊號S5與整形訊號S6。升頻器UC1與升頻器UC2依據載波角頻率分別將整形訊號S5與整形訊號S6升頻為升頻訊號S7與升頻訊號S8。傳送單元11中的組合器M將升頻訊號S7與升頻訊號S8合併為組合訊號SM。功率放大器PA依據增益值調整組合訊號SM（例如，功率放大器PA依據特定增益值對組合訊號SM提供增益）以產生射頻訊號SR。在一些實施例中，射頻訊號SR相對於組合訊號SM的相位差接近於收發裝置10所產生的相位差Δφ。換言之，功率放大器PA為收發裝置10中主要造成相位差Δφ之元件。然而本發明不以此為限，各個元件皆可貢獻至少部分的相位差Δφ。
在校正模式下，射頻訊號SR通過回送路徑進入接收單元12，即接收單元12接收從傳送單元11傳輸來的射頻訊號SR。在接收單元12中，降頻器DC1、增益控制器PGA1與類比數位轉換器ADC1構成同相訊號傳送路徑，而降頻器DC2、增益控制器PGA2與類比數位轉換器ADC2構成正交訊號傳送路徑。一般說來，射頻訊號SR的功率高於降頻器DC1與降頻器DC2的飽和功率。為了要使降頻器DC1與降頻器DC2能夠操作在線性區域，接收單元12透過衰減器ATTE降低射頻訊號SR的功率並產生衰減訊號SA，並分別傳送至降頻器DC1與降頻器DC2。降頻器DC1與降頻器DC2依據載波角頻率將衰減訊號SA卸載以分別產生降頻訊號S9與降頻訊號S10。增益控制器PGA1與增益控制器PGA2分別依據增益值調整降頻訊號S9與降頻訊號S10（例如，增益控制器PGA1依據第一增益值對降頻訊號S9提供增益，而增益控制器PGA2依據第二增益值對降頻訊號S10提供增益，第一及第二增益值可相同/相異）以產生增益後訊號S11與增益後訊號S12。類比數位轉換器ADC1與類比數位轉換器ADC2分別對增益後訊號S11與增益後訊號S12執行類比數位轉換以產生訊號SIR與訊號SQR。
在一些實施例中，收發裝置10藉由一開關（未繪示於圖中）來控制回送路徑是否導通。該開關設置於功率放大器PA的輸出端與衰減器ATTE接收端之間。在一般模式下，開關不導通，使得射頻訊號SR向天線傳送。在校正模式下，開關導通，使得射頻訊號SR可向接收單元12傳輸（此動作未必關閉射頻訊號SR向天線傳送之路徑）。
校正單元15接收訊號SIT、訊號SQT、訊號SIR與訊號SQR，並從該些訊號中擷取收發裝置10造成的相位差Δφ的訊息。具體來說，校正單元15取得訊號SQT與訊號SIT所代表的測試複合訊號以及訊號SQR與訊號SIR所代表的接收複合訊號，從而取得接收複合訊號相對於測試複合訊號的相位差Δφ。校正單元15再依據相位差Δφ產生具有相位為相位差Δφ之負值的一相位調整複合訊號C3，並從相位調整複合訊號C3中取實部為同相相位控制訊號CS1，再從相位調整複合訊號C3中取虛部為正交相位控制訊號CS2。
為了校正收發裝置10造成的相位旋轉，利用相位調整單元14來將訊號S1與訊號S2相對於訊號SIT與訊號SQT的相位差Δφ1調整為-Δφ。校正單元15將相位差Δφ乘上負號，再將其轉換成相位調整複合訊號C3，其中相位調整複合訊號C3的振幅為1。調整單元14將測試複合訊號C1與相位調整複合訊號C3相乘，並將相乘的結果取實部輸出為訊號S1，以及將相乘的結果取虛部輸出為訊號S2。在此情況下，因為訊號S1與訊號S2經過收發裝置10傳輸後會經歷相位旋轉（亦即相位會增加相位差Δφ），所以訊號SIR與訊號SQR相對於訊號SIT與訊號SQT的相位差Δφ會變成0（-Δφ+Δφ）。
藉由收發裝置10內部迴路的相位校正功能，可以使訊號SQT與訊號SIT相對於訊號SQR與訊號SIR經校正後的相位差Δφ為0，從而抵銷收發裝置10所造成的相位旋轉。當訊號S1與訊號S2經過校正後，收發裝置10可接著對沒有相位旋轉的訊號SIR與SQR進行IQ校正。
綜上所述，收發裝置10在校正模式下先將未經調整的訊號S1與訊號S2傳輸進傳送單元11，並藉由校正單元15取得收發裝置10中因非理想效應產生的相位旋轉（相位差Δφ）。接著再由校正單元15依據相位差Δφ提供同相相位控制訊號CS1與正交相位控制訊號CS2給相位調整單元14，並據此將訊號S1與訊號S2的相位預先調整以抵相位旋轉。藉由本發明，收發裝置10的非理想效應可以藉由預先的相位調整被抵銷，進而提高訊號SIR與訊號SQR的訊噪比。
請參考圖2。圖2為依據本發明一些實施例，校正方法20的流程圖。在一些實施例中，圖1的收發裝置10利用校正方法20來調整訊號SIR與訊號SQR。更具體來說，圖1的收發裝置10在校正模式中利用校正方法20提高訊號SIR與訊號SQR的訊噪比。校正方法20包含步驟S21、S22、S23、S24與S25。為了易於理解，校正方法20沿用圖1中的參考符號來說明。此外，校正方法20不以步驟S21~S25為限。在更進一步的實施例中，校正方法20亦包含透過圖1中收發裝置10及上述關於收發裝置10的操作所敘述的步驟。
在步驟S21中，產生同相測試訊號SIT和正交測試訊號SQT。在步驟S22中，依據相位控制複合訊號C3來調整同相測試訊號SIT和正交測試訊號SQT以產生調整後同相測試訊號S1和調整後正交測試訊號S2。在步驟S23中，依據調整後同相測試訊號S1和調整後正交測試訊號S2產生射頻訊號SR。在步驟S24中，接收射頻訊號SR並據以產生同相接收訊號SIR及正交接收訊號SQR。在步驟S25中，依據同相接收訊號SIR、正交接收訊號SQR、同相測試訊號SIT和正交測試訊號SQT產生相位控制複合訊號C3。
在一些實施例中，校正方法20藉由取得同相接收訊號SIR與正交接收訊號SQR所代表的複合訊號與測試複合訊號C1（亦即同相測試訊號SIT與正交測試訊號SQT所代表的複合訊號）的相位差Δφ來產生相位控制複合訊號C3，再依據相位控制複合訊號C3調整測試複合訊號C1以產生調整後複合訊號C2。經過上述的操作後所產生的同相接收訊號SIR與正交接收訊號SQR的訊噪比可以被提高，亦增加同相接收訊號SIR與正交接收訊號SQR的可利用性。
上文的敘述簡要地提出了本申請某些實施例之特徵，而使得本申請所屬技術領域具有通常知識者能夠更全面地理解本申請內容的多種態樣。本申請所屬技術領域具有通常知識者當可明瞭，其可輕易地利用本申請內容作為基礎，來設計或更動其他製程與結構，以實現與此處該之實施方式相同的目的和/或達到相同的優點。本申請所屬技術領域具有通常知識者應當明白，這些均等的實施方式仍屬於本申請內容之精神與範圍，且其可進行各種變更、替代與更動，而不會悖離本申請內容之精神與範圍。
10:收發裝置 11:傳送單元 12:接收單元 13:校正訊號產生單元 14:相位調整單元 15:校正單元 20:校正方法 ADC1:類比數位轉換器 ADC2:類比數位轉換器 ATTE:衰減器 C1:測試複合訊號 C2:調整後複合訊號 C3:相位控制複合訊號 DAC1:數位類比轉換器 DAC2:數位類比轉換器 DC1:降頻器 DC2:降頻器 FT1:濾波器 FT2:濾波器 M:組合器 PA:功率放大器 PGA1:增益控制器 PGA2:增益控制器 S1:調整後同相測試訊號 S2:調整後正交測試訊號 S3:類比訊號 S4:類比訊號 S5:整形訊號 S6:整形訊號 S7:升頻訊號 S8:升頻訊號 S9:降頻訊號 S10:降頻訊號 S11:增益後訊號 S12:增益後訊號 S21:步驟 S22:步驟 S23:步驟 S24:步驟 S25:步驟 SA:衰減訊號 SC1:同相相位控制訊號 SC2:正交相位控制訊號 SIR:同相接收訊號 SIT:同相測試訊號 SM:組合訊號 SQR:正交接收訊號 SQT:正交測試訊號 SR:射頻訊號 UC1:升頻器 UC2:升頻器
在閱讀了下文實施方式以及附隨圖式時，能夠最佳地理解本申請的多種態樣。應注意到，依據本領域的標準作業習慣，圖中的各種特徵並未依比例繪製。事實上，為了能夠清楚地進行描述，可能會刻意地放大或縮小某些特徵的尺寸。 圖1為本發明一些實施例中，收發裝置的示意圖。 圖2為本發明一些實施例中，校正方法的流程圖。
10:收發裝置
11:傳送單元
12:接收單元
13:校正訊號產生單元
14:相位調整單元
15:校正單元
ADC1:類比數位轉換器
ADC2:類比數位轉換器
ATTE:衰減器
C1:測試複合訊號
C2:調整後複合訊號
C3:相位控制複合訊號
DAC1:數位類比轉換器
DAC2:數位類比轉換器
DC1:降頻器
DC2:降頻器
FT1:濾波器
FT2:濾波器
M:組合器
PA:功率放大器
PGA1:增益控制器
PGA2:增益控制器
S1:調整後同相測試訊號
S2:調整後正交測試訊號
S3:類比訊號
S4:類比訊號
S5:整形訊號
S6:整形訊號
S7:升頻訊號
S8:升頻訊號
S9:降頻訊號
S10:降頻訊號
S11:增益後訊號
S12:增益後訊號
SA:衰減訊號
SC1:同相相位控制訊號
SC2:正交相位控制訊號
SIR:同相接收訊號
SIT:同相測試訊號
SM:組合訊號
SQR:正交接收訊號
SQT:正交測試訊號
SR:射頻訊號
UC1:升頻器
UC2:升頻器

Claims (8)

  1. 一種收發裝置，包含：一校正訊號產生單元，在一群延遲校正模式下，產生一同相測試訊號和一正交測試訊號，其中該同相測試訊號與該正交測試訊號分別為一測試複合訊號的實部與虛部；一相位調整單元，用以依據一相位控制訊號來調整該同相測試訊號和該正交測試訊號以產生一調整後同相測試訊號和一調整後正交測試訊號，其中該調整後同相測試訊號與該調整後正交測試訊號間的相位差等於該同相測試訊號與該正交測試訊號間的相位差；一傳送單元，用以依據該調整後同相測試訊號和該調整後正交測試訊號產生一射頻訊號；一接收單元，用以接收該射頻訊號並據以產生一同相接收訊號及一正交接收訊號，其中該同相接收訊號與該正交接收訊號分別為一接收複合訊號的實部與虛部；及一校正單元，用以接收該同相接收訊號、該正交接收訊號、該同相測試訊號和該正交測試訊號，並據以計算該接收複合訊號與該測試複合訊號之間的一第一相位差以產生該相位控制訊號。
  2. 如請求項1中的收發裝置，其中該相位控制訊號使該調整後同相測試訊號與該調整後正交測試訊號相對於該同相測試訊號與該正交測試訊號具有一第二相位差，該第二相位差為該第一相位差的負值。
  3. 如請求項1中的收發裝置，其中該相位控制訊號包括一同相相位控制訊號與一正交相位控制訊號。
  4. 如請求項1中的收發裝置，其中該同相測試訊號與該正交測試訊號分別為一測試複合訊號的實部訊號與虛部訊號，其中該相位調整單元用以依據該測試複合訊號與該相位控制訊號執行乘法運算以得到一調整後複合訊號，其中該調整後同相測試訊號與該調整後正交測試訊號分別為該調整後複合訊號的實部訊號與虛部訊號。
  5. 一種收發裝置的校正方法，包含：產生一同相測試訊號和一正交測試訊號，其中該同相測試訊號與該正交測試訊號分別為一測試複合訊號的實部與虛部；依據一相位控制訊號來調整該同相測試訊號和該正交測試訊號以產生一調整後同相測試訊號和一調整後正交測試訊號，其中該調整後同相測試訊號與該調整後正交測試訊號間的相位差等於該同相測試訊號與該正交測試訊號間的相位差；依據該調整後同相測試訊號和該調整後正交測試訊號產生一射頻訊號；接收該射頻訊號並據以產生一同相接收訊號及一正交接收訊號，其中該同相接收訊號與該正交接收訊號分別為一接收複合訊號的實部與虛部；及接收該同相接收訊號、該正交接收訊號、該同相測試訊號和該正交測試訊號，並據以計算該接收複合訊號與該測試複合訊號之間的 一第一相位差以產生該相位控制訊號，其中該第一相位差代表該接收複合訊號與該測試複合訊號之間的一群延遲。
  6. 如請求項5中的校正方法，其中該相位控制訊號使該調整後同相測試訊號與該調整後正交測試訊號相對於該同相測試訊號與該正交測試訊號具有一第二相位差，該第二相位差為該第一相位差的負值。
  7. 如請求項5中的校正方法，其中依據該第一相位差產生該相位控制訊號的步驟包含：產生一同相相位控制訊號；及產生一正交相位控制訊號。
  8. 如請求項5中的校正方法，其中該同相測試訊號與該正交測試訊號分別為一測試複合訊號的實部與虛部，其中依據該相位控制訊號來調整該同相測試訊號和該正交測試訊號以產生該調整後同相測試訊號和該調整後正交測試訊號的步驟包含：依據該測試複合訊號與該相位控制訊號執行乘法運算以得到一調整後複合訊號，其中該調整後同相測試訊號與該調整後正交測試訊號分別為該調整後複合訊號的實部訊號與虛部訊號。
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