使用音調(diào)校準(zhǔn)中的多項式模型進(jìn)行正交誤差校正的制作方法
【專利摘要】一個示范性實施方案提供一種使用音調(diào)校準(zhǔn)中的多項式模型來在I/Q接收器中進(jìn)行正交誤差校正的系統(tǒng)、裝置和方法。在一個示范性實施方案中,提供用于校準(zhǔn)I/Q接收器的方法,且所述方法包括:接收指示所述I/Q接收器的I通道和Q通道之間的不匹配的第一不匹配參數(shù);和使用多項式模型來從所述第一不匹配參數(shù)估計第二不匹配參數(shù)。
【專利說明】使用音調(diào)校準(zhǔn)中的多項式模型進(jìn)行正交誤差校正
[0001] 優(yōu)先權(quán)資料
[0002] 本申請主張2013年3月15日提交的臨時專利申請序列號No. 61/798, 197的優(yōu)先 權(quán),所述臨時專利申請以引用的方式全部并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開一般涉及同相和正交(I/Q)接收器信號處理,且更具體涉及一種用于在1/ Q接收器中校準(zhǔn)增益和相位不平衡的裝置、方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 正交調(diào)制是用于傳輸通信信號的技術(shù)。在正交調(diào)制中,發(fā)射器同時在同相(I)通 道和正交相(Q)通道上傳輸數(shù)據(jù)。I通道和Q通道中每一個承載單獨的數(shù)據(jù)流并在載波頻 率上相對于彼此相移90度。在I/Q接收器中,I和Q通道信號在載波頻率上接收、下轉(zhuǎn)換 和解調(diào)以從單獨的I通道和Q通道恢復(fù)數(shù)據(jù)。
[0005] Ι/Q接收器包括用于I通道和Q通道中每一個的單獨的模擬處理路徑。I和Q通道 路徑中的每一個包括處理接收的模擬信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的處理組件,諸如例如, 混頻器、模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、放大器和濾波器。這些單獨的組件下轉(zhuǎn)換并處理每個路 徑的通道信號數(shù)據(jù)。在Ι/Q接收器中使用單獨的I和Q模擬處理路徑產(chǎn)生所謂的Ι/Q不平 衡,Ι/Q不平衡是I和Q通道信號之間的相位和幅值不匹配。Ι/Q接收器中Ι/Q不平衡的主 要來源是I和Q通道處理路徑中每一個中單獨的組件之間的不匹配。
[0006] 有兩種類型的Ι/Q不平衡:頻率無關(guān)的不匹配和頻率相關(guān)的不匹配。頻率無關(guān)不 匹配是每個Ι/Q模擬路徑的混頻器中本地振蕩器(L0)所產(chǎn)生的相位不匹配。這些不匹配在 頻譜上是類似的,且可進(jìn)一步被成功地估計以進(jìn)行誤差校正。頻率相關(guān)不匹配是I和Q通 道模擬路徑中每一個中的基帶組件所產(chǎn)生的相位和幅值不匹配。頻率相關(guān)不匹配使不匹配 估計技術(shù)復(fù)雜化,因為不匹配在頻譜上不統(tǒng)一。
[0007] 已開發(fā)了估計Ι/Q接收器的模擬路徑的不匹配參數(shù)的技術(shù)。這些技術(shù)包括實時估 計,其中在接收器的實時使用期間,接收器估計不匹配參數(shù)并補償不匹配。所述技術(shù)也包括 離線估計,其中當(dāng)執(zhí)行不匹配的估計且校正參數(shù)被輸入接收器時,接收器不在使用中。離線 估計方法可使用音調(diào)注入技術(shù)來在I通道和Q通道的輸入端把測試音調(diào)注入接收器,從而 使用音調(diào)校準(zhǔn)的方法來校準(zhǔn)通道之間的不匹配。在低噪聲環(huán)境中且進(jìn)一步當(dāng)測試音調(diào)信號 的抖動小于一定水平時,所述技術(shù)已被證明是最有效的。在高噪聲水平環(huán)境中或當(dāng)測試音 調(diào)信號抖動上升超過某一水平時,這些已知技術(shù)的有效性降低。因此,用于估計Ι/Q通道不 匹配的、在嘈雜的環(huán)境中和/或在測試音調(diào)信號的高抖動水平的情況下具有改善效果的方 法將提供優(yōu)勢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本公開提供一種用于在Ι/Q接收器中校準(zhǔn)Ι/Q不平衡的裝置、方法和系統(tǒng)。在根 據(jù)本公開的實施方案中,多項式模型被應(yīng)用于音調(diào)校準(zhǔn)的結(jié)果以生成用于校準(zhǔn)I/Q接收器 的不匹配參數(shù)。一個示范性實施方案提供一種使用音調(diào)校準(zhǔn)中的多項式模型來在I/Q接收 器中進(jìn)行正交誤差校正的系統(tǒng)、裝置和方法。在一個示范性實施方案中,提供用于校準(zhǔn)I/Q 接收器的方法,且所述方法包括:接收指示I/Q接收器的I通道和Q通道之間的不匹配的第 一不匹配參數(shù);和使用多項式模型來從第一不匹配參數(shù)估計第二不匹配參數(shù)。
[0009] 起初,音調(diào)校準(zhǔn)用于生成I/Q接收器的I通道和Q通道的總不匹配估計。音調(diào)校 準(zhǔn)的結(jié)果然后可用實施方案的多項式校準(zhǔn)方法來處理,以生成頻率相關(guān)和頻率無關(guān)的不匹 配參數(shù)估計。多項式校準(zhǔn)方法生成的頻率相關(guān)和頻率無關(guān)的不匹配參數(shù)的估計值然后可用 以處理正交誤差校正(QEC)單元中的信號以補償不匹配。本公開的一個實施方案通過使用 多項式方法導(dǎo)致提供改善和更精確的校準(zhǔn)過程的增益和相位不匹配的值。因為比起已知技 術(shù)顯著減小了用于多項式校準(zhǔn)估計的未知參數(shù),所以所述方法顯示了強噪聲魯棒性。
[0010] 根據(jù)本公開的另一實施方案,多項式模型被應(yīng)用于音調(diào)校準(zhǔn)的結(jié)果以生成用于校 準(zhǔn)Ι/Q接收器的不匹配參數(shù)。起初,音調(diào)校準(zhǔn)用于估計Ι/Q接收器的I通道和Q通道之間 的總增益和總相位不匹配。音調(diào)校準(zhǔn)的結(jié)果然后用多項式校準(zhǔn)方法來處理,以生成頻率相 關(guān)的增益和相位不匹配和頻率無關(guān)的相位不匹配估計。多項式校準(zhǔn)方法生成的不匹配參數(shù) 的估計值然后可用以處理正交誤差校正(QEC)單元中的信號以補償不匹配。
[0011] 根據(jù)本公開的另一實施方案,多項式模型被應(yīng)用于音調(diào)校準(zhǔn)總增益和總相位估計 結(jié)果,從而估計RF接收器中I通道和Q通道的頻率相關(guān)的增益和相位不匹配和頻率無關(guān)的 相位不匹配。當(dāng)通過假設(shè)對稱正頻率和負(fù)頻率下的不匹配相同來估計不匹配而不是評估頻 率對的不匹配時,多項式模型被應(yīng)用于頻譜中的所有頻率對上。在一個示范性實施方案中, 正頻率和負(fù)頻率被處理為具有單獨的不匹配。頻率相關(guān)的增益和相位不匹配和頻率無關(guān)的 相位不匹配的估計值然后可用以處理誤差校正單元中的信號以補償不匹配。
[0012] 根據(jù)本公開的另一實施方案,多項式模型被應(yīng)用于音調(diào)校準(zhǔn)以估計RF接收器中I 通道和Q通道之間的頻率相關(guān)和頻率無關(guān)的不匹配。多項式模型使用最小平方誤差(LSE) 優(yōu)化來應(yīng)用于音調(diào)校準(zhǔn)總增益和總相位不匹配估計結(jié)果,以更精確地估計頻率相關(guān)的增益 和相位不匹配和頻率無關(guān)的相位不匹配。通過假設(shè)對稱正頻率和負(fù)頻率具有相同的不匹 配,在頻譜中的所有頻率對上共同應(yīng)用多項式模型,而不是對每個頻率對個別地評估不匹 配。
[0013] 根據(jù)又一實施方案,本公開提供一種校準(zhǔn)系統(tǒng),所述校準(zhǔn)系統(tǒng)包括多項式校準(zhǔn) (PCAL)估計器、音調(diào)校準(zhǔn)(TCAL)估計器、音調(diào)發(fā)生器和變換處理器。在一個示范性實施方 案中,校準(zhǔn)系統(tǒng)用于離線測試Ι/Q接收器。TCAL估計器控制音調(diào)發(fā)生器以把測試頻譜中頻 率值下的測試音調(diào)輸入Ι/Q接收器的模擬路徑。Ι/Q接收器包括具有本地振蕩器(L0)和混 頻器的混頻器部分,和具有模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的I和Q路徑。音調(diào)通過接收器模擬 路徑來發(fā)送。在通過接收器路徑之后,所得時域信號被變換處理器從時域變換到頻域。
[0014] TCAL估計器然后操作頻域信號以生成I通道和Q通道之間的不匹配的總增益不 匹配g(fT)估計和總相位不匹配估計。TCAL音調(diào)校準(zhǔn)估計器的結(jié)果然后被PCAL估 計器處理。PCAL估計器使用多項式方法和最小平方(LSE)方法來估計建模量值不匹配輪廓 的頻率相關(guān)的增益不匹配g(n)。估計多項式系數(shù),且估計的多項式系數(shù)用以使用多項式來 計算每個頻帶的量值g(n)。PAL估計器然后使用多項式方法來估計頻率無關(guān)的相位不匹配 和頻率相關(guān)的相位不匹配fm (+n)。頻率相關(guān)的增益和相位不匹配參數(shù)和頻率無關(guān)的 相位不匹配參數(shù)然后輸入正交誤差校正(QEC)處理器,且QEC處理器可補償并校正I/Q接 收器中的不匹配。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1示出根據(jù)本公開的實例的測試系統(tǒng)的示范性簡化功能框圖;
[0016] 圖2示出根據(jù)本公開的實施方案的示范性過程操作;
[0017] 圖3A示出根據(jù)本公開的實施方案的示范性過程操作;
[0018] 圖3B示出根據(jù)本公開的實施方案的示范性過程操作;
[0019] 圖4A示出在第一噪音水平下本公開的實施方案的性能的示范性圖表;
[0020] 圖4B示出在第二噪音水平下本公開的實施方案的性能的示范性圖表;
[0021] 圖4C示出在第三噪音水平下本公開的實施方案的性能的示范性圖表;和
[0022] 圖4D示出在第四噪音水平下本公開的實施方案的性能的示范性圖表。
【具體實施方式】
[0023] 現(xiàn)在參考圖1,示出根據(jù)本公開的一個示范性實施方案的測試系統(tǒng)100的簡化功 能框圖。測試系統(tǒng)100包括測試裝置101和接收器102。測試裝置101包括音調(diào)發(fā)生器104、 變換處理器106、音調(diào)校準(zhǔn)(TCAL)估計器108和多項式校準(zhǔn)(PCAL)估計器110。在圖1,接 收器102代表待使用測試裝置101來校準(zhǔn)的接收器。接收器102包括低噪聲放大器(LNA) 112、混頻器114、數(shù)字處理器塊118和正交誤差校正(QEC)處理器塊120?;祛l器114包括 本地振蕩器(L0) 126和乘法器128a和128b。接收器102的模擬路徑包括用于接收的同相 (I)和正交相(Q)信號的單獨的I通道和Q通道處理路徑。模擬路徑包括通過乘法器128a、 跨阻放大器(TIA) 124a和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 122a的I通道模擬路徑,和通過乘法器 128b、跨阻放大器(TIA) 124b和ADC122b的Q通道模擬路徑。在圖1的一個示范性實施方 案中,測試裝置101用以在離線模式下校準(zhǔn)接收器102,即,接收器102在校準(zhǔn)期間被認(rèn)為 是離線且不可操作。測試裝置101可在硬件和軟件的各種組合中實施。例如,數(shù)字信號處 理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)或合適的軟件控制的其它電路可用以實施實施方案的功 能。
[0024] 在圖1的一個示范性實施方案中,PCAL估計器110提供對接收器102的I和Q路 徑之間的不匹配的估計以用于QEC處理器120。PCAL估計器110從TCAL估計器108接收 對I和Q通道之間的總增益不匹配和總相位不匹配的估計。PCAL估計器110把多項式模型 和最小平方誤差(LSE)優(yōu)化應(yīng)用于總增益和總頻率不匹配,以生成對頻率相關(guān)的增益不匹 配、頻率相關(guān)的相位不匹配和頻率無關(guān)相位不匹配的不匹配參數(shù)估計。PCAL估計器110中 估計的不匹配參數(shù)然后可用于QEC處理器塊120以校準(zhǔn)接收器102,從而補償增益和頻率不 匹配。
[0025] 現(xiàn)在參考圖2,其中示出根據(jù)本公開的示范性實施方案的過程操作。這些操作在實 施圖1的示范性實施方案中示出的功能塊的硬件和軟件中執(zhí)行。測試過程在過程操作200 當(dāng)RF測試音調(diào)被音調(diào)發(fā)生器104輸入混頻器114時開始。每個測試音調(diào)都在來自范圍在 期望測試頻譜上的頻率集合的頻率上。在混頻器114,測試音調(diào)分別在乘法器128a和128b 乘以同相波cos(2 π f;t)和正交波-sin(2 π f;t)。測試音調(diào)可建模為信號z(t):
[0026] z (t) = 2A · cos(2 π fct + 2 π fTt + θ ) = 2 A · (cos (2 π fct) cos (2 π fTt+ Θ ) -sin (2 π fct) sin (2 π fTt+ Θ )),
[0027] 其中,2A是音調(diào)的幅值(這里為了便于計算在幅值中添加了因數(shù)2),f。是載波頻 率,f T是音調(diào)頻率且Θ是音調(diào)相對于混頻器114中的L0126的相對相位。
[0028] 結(jié)果被分別通過低通濾波器124a和124b傳遞到模擬路徑的I通道和Q通 道中每一個。正交波具有量值和相位偏差,分別表示為&和# i〇。然后,正交波變成
【權(quán)利要求】
1. 一種用于校準(zhǔn)I/Q接收器的方法,其包括: 接收指示所述I/Q接收器的I通道和Q通道之間的不匹配的第一不匹配參數(shù);以及 使用多項式模型來從所述第一不匹配參數(shù)估計第二不匹配參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述估計包括:應(yīng)用三階多項式來估計所述第二不 匹配參數(shù)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法,其中所述估計包括:應(yīng)用四階多項式來估計所述第二不 匹配參數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述第一不匹配參數(shù)包括在測試頻譜上的頻率下的 第一多個頻率相關(guān)的不匹配參數(shù),且其中所述估計包括:在所述測試頻譜中的負(fù)頻率和正 頻率對上,估計第二多個頻率相關(guān)的不匹配參數(shù)。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述估計包括:使用最小平方誤差(LSE)計算來最小 化矩陣。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述第一不匹配參數(shù)包括總增益不匹配和總相位不 匹配。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法,其還包括: 通過在測試頻譜上生成N音調(diào)信號來執(zhí)行音調(diào)校準(zhǔn); 把所述音調(diào)信號輸入所述I/Q接收器; 在音調(diào)校準(zhǔn)估計器中執(zhí)行音調(diào)校準(zhǔn)來生成所述第一不匹配參數(shù);以及 把所述第一不匹配參數(shù)輸入所述多項式校準(zhǔn)估計器。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法,其中所述估計第二不匹配參數(shù)包括:估計所述音調(diào)信號 的每個頻率的增益不匹配參數(shù)和相位不匹配參數(shù)。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法,其中所述估計第二不匹配參數(shù)包括:在所述測試頻譜中 的負(fù)頻率和正頻率對上,估計參數(shù)不匹配。
10. -種用于校準(zhǔn)I/Q接收器的裝置,所述裝置包括: 多項式估計器,其被配置以: 接收第一不匹配參數(shù),其中所述第一不匹配參數(shù)估計指示所述I/Q接收器的I通道和 Q通道之間的不匹配;以及 使用多項式模型來從所述第一不匹配參數(shù)估計來估計第二不匹配參數(shù)。
11. 如權(quán)利要求10所述的裝置,其中所述多項式估計器通過應(yīng)用三階多項式來從所述 第一不匹配參數(shù)估計所述第二不匹配參數(shù)。
12. 如權(quán)利要求11所述的裝置,其中所述多項式估計器通過應(yīng)用四階多項式來從所述 第一不匹配參數(shù)估計所述第二不匹配參數(shù)。
13. 如權(quán)利要求10所述的裝置,其中所述第一不匹配參數(shù)包括在測試頻譜的頻率下的 第一多個頻率相關(guān)的不匹配參數(shù),且其中所述多項式估計器在所述測試頻譜的負(fù)頻率和正 頻率對上估計所述第二多個頻率相關(guān)的不匹配參數(shù)。
14. 如權(quán)利要求10所述的裝置,其中所述多項式估計器使用具有矩陣的多項式來估計 所述第二不匹配參數(shù)并使用最小平方誤差(LSE)計算。
15. 如權(quán)利要求10所述的裝置,其中所述多項式估計器接收的所述第一不匹配參數(shù)包 括總增益不匹配和總相位不匹配。
16. 如權(quán)利要求10所述的裝置,其還包括: 音調(diào)發(fā)生器,其被配置以生成在測試頻譜上的N音調(diào)信號并把所述音調(diào)信號輸入所述 I/Q接收器模擬路徑; 變換塊,其耦接到特定模擬路徑的末端,所述變換塊用于把在所述特定模擬路徑的所 述末端上接收的所述信號從時域信號變換為頻域信號并輸出所述頻域信號;以及 音調(diào)校準(zhǔn)估計器,其耦接到所述變換塊和所述多項式估計器,所述音調(diào)校準(zhǔn)估計器被 配置以從所述變換塊接收所述頻域信號、對頻域測試信號執(zhí)行音調(diào)校準(zhǔn)以生成所述第一不 匹配參數(shù)和把所述第一不匹配參數(shù)估計輸入所述多項式估計器。
17. 如權(quán)利要求16所述的裝置,其中所述第二不匹配參數(shù)包括所述N音調(diào)信號的每個 頻率的總增益不匹配參數(shù)和總相位不匹配參數(shù)。
18. 如權(quán)利要求16所述的裝置,其中所述第一參數(shù)包括在所述測試頻譜上的頻率下的 多個頻率相關(guān)的不匹配參數(shù),且其中所述多項式估計器在所述測試頻譜中的負(fù)頻率和正頻 率對上估計所述第二頻率相關(guān)的不匹配參數(shù)。
19. 一種用于校準(zhǔn)I/Q接收器的裝置,其包括: 音調(diào)校準(zhǔn)估計器,其被配置以把測試頻譜內(nèi)的頻率下的測試音調(diào)注入所述I/Q接收 器、估計包括總增益不匹配參數(shù)和總相位不匹配參數(shù)的不匹配參數(shù)的第一集合和輸出所述 不匹配參數(shù)的第一集合; 多項式校準(zhǔn)估計器,其耦接到所述音調(diào)校準(zhǔn)估計器,所述多項式校準(zhǔn)估計器被配置以 從所述音調(diào)校準(zhǔn)估計器接收所述不匹配參數(shù)的第一集合和使用多項式模型來從所述不匹 配參數(shù)的第一集合估計不匹配參數(shù)的第二集合,所述不匹配參數(shù)的第二集合包括頻率相關(guān) 的增益不匹配參數(shù)、頻率相關(guān)的相位不匹配參數(shù)和頻率無關(guān)的相位不匹配參數(shù)。
20. 如權(quán)利要求19所述的裝置,其中所述多項式校準(zhǔn)估計器在于所述測試頻譜中的負(fù) 頻率和正頻率對上估計所述不匹配參數(shù)的第二集合。
【文檔編號】H04L27/38GK104052711SQ201410094050
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】W·安, R·P·舒博特, Y·斯坦 申請人:美國亞德諾半導(dǎo)體公司