一种自适应直接正交变频调制误差校正方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应直接正交变频调制误差校正方法。该方法建立了一种新的正交调制误差模型，并在该模型的基础上提出了一种直接正交变频调制误差校正的自适应QMC算法。通过天线耦合、下变频混频，并经过中频高速采样后得到反馈信号，对反馈信号与发射信号进行对齐处理后，估计正交调制误差逆失真系数，在数字域可编程逻辑器件FPGA中实现自适应校正。本发明专利技术能够高效准确的抑制直流偏置引起的本振泄露和IQ幅相不平衡导致的镜像干扰，对自适应直接正交变频调制的误差校正具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应直接正交变频调制误差校正方法
本专利技术涉及一种自适应直接正交变频调制误差校正方法，属于数字信号处理

技术介绍
在数字通信传输系统中，需要将基带信号上变频到射频，有利于信号的高效传输并提高频谱资源的利用率。实信号二次或三次变频将数字低中频信号转换为模拟低中频信号后，经过带通滤波后，再进行一次或二次变频到指定频点。多次变频系统性能一致性高，且可通过滤波消除本振泄露和镜像频谱，缺点是对电路和系统设计要求高，且相位噪声较差。近几年，一种新型的基于正交调制的直接变频技术，即直接正交变频技术得到了迅速发展。该项技术采用正交对消原理消除无用边带信号，抑制镜像频谱。其突出优点是不需要中频放大、滤波和变频部分，且放宽了对射频部分滤波器的性能要求，甚至不需加射频滤波器，从而极大地减小了发射机的体积、重量、功耗和成本。但直接正交变频技术对基带信号和本振信号的幅相平衡性要求很高，幅相的不平衡将会降低变频器的镜频干扰抑制能力、发射机的邻道功率抑制比下降。同时，由于电路中不可避免地存在串扰、辐射、直流偏移调制等多种问题引起本振泄漏，且由于有用信号和泄漏的本振信号在频谱上靠的很近，无法利用滤除器滤除。本振泄漏信号一方面会降低发射机的效率，另一方面会导致接收机直流工作点偏移，容易引起非线性失真，甚至出现饱和阻塞现象。经过对现有技术的检索，中国专利申请号为CN200810207707，公开号为CN1707962A的技术文献，公布了一种直接变频调制中IQ幅度的自适应平衡系统，在主信号不中断的情况下，能够自动监测、跟踪和补偿整个上变频链路中所有器件因环境温度及湿度变化而引起的IQ幅度差，同时自适应反馈结构精度高。中国专利申请号为CN200810207707，公开号CN101478287B公布了一种直接变频调制中载波泄露的自适应消除系统，在主信号不中断的情况下，能够自动监测、跟踪和补偿整个上变频链路中所有器件中因环境温度及湿度变化而引起的直流分量，同时自适应反馈结构精度高。因此，设计出一种既能够抑制镜像干扰信号，同时能够消除直流偏置引起本振泄露的直接正交变频调制方法，成为了一种新的技术需求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术针对现有技术存在的上述不足，通过分析正交调制过程产生误差的原因，建立一种新的误差模型，提出一种直接正交变频调制误差校正的自适应QMC(QuadratureModulationCompensation)算法，该算法既能抑制幅相不平衡所导致的镜像干扰信号，又能同时消除直流偏置引起的本振泄露。在数字基带对正交调制误差建立数学模型，理想的正交调制信号如下所示：其中，Re代表取复数运算中的实部，I代表同相信号，Q代表正交信号，j代表复数中的虚数单位，wc代表角频率，t代表连续时间信号，当基带信号s(t)上叠加有直流分量时，则存在：其中，IDC代表同相直流分量，QDC代表正交直流分量，假设正交调制器是完全正交的，那么经过正交调制后得到射频信号为：可以看出，当IQ上叠加有直流分量时，调制信号除所期望的射频信号外，还会在载波频率上产生一个额外的载波泄露信号。IQ不平衡的问题广泛出现在通信系统中，表现在通信过程中信号的实部虚部并不严格正交，或功率不等。为简化分析，以I路为基准，只计算在Q路引入的误差。当仅存在幅度不平衡时，设Q路的幅度增益为β，有：Q′＝(1+β)Q(4)经过正交调制后得到的射频信号会出现一个以载波为中心频率的双边带信号：当仅存在相位不平衡时，Q路的偏移误差为θ，Q路信号被调制到Q′路，从而引起实际Q路的幅度变化以及在I路引入Q路干扰：相位不平衡的基带复信号经过调制后，会产生双边带干扰信号：由式(2)、(4)及(6)可以得到正交调制误差数学模型表达式：将式(8)推广到更通用的情况，并且用矩阵形式表示，可得到如下误差模型：其中，ai表示QMC的系数，式(9)直接描述了IQ信号在传输过程中的不平衡增益和叠加的直流偏置，并间接以IQ串扰的形式描述了IQ信号的相位不平衡所导致的失真。(二)技术方案本专利技术在无线发射系统中，通过天线耦合，并通过中频高速采样得到反馈信号，对反馈信号与发射信号进行对齐处理后，估计正交调制误差逆失真QMC系数，在数字域芯片FPGA中实现自适应校正，该方法能够高效准确的抑制由直流偏置引起的本振泄露和由IQ幅相不平衡导致的镜像干扰，本专利技术提出的自适应直接正交变频调制误差校正方法，所述方法包括如下步骤：S1：QMC系数初始化，且从输入的数字基带信号中截取长度为L的基带数据，将所述基带数据通过QMC均衡器进行校正；S2：对校正后的数据进行数模转换，经过正交调制后发射信号；S3：通过天线耦合接收反馈信号，对反馈信号进行下变频混频和中频采样，将得到的数字信号y(n)送给FPGA进行正交解调；S4：对解调后的信号进行延时估计，计算出延迟时间，并对原始基带数据z(n)进行延时对齐处理；S5：估计QMC系数。优选的，所述正交调制的误差模型如式(9)所示：其中，a1，a2，a3，a4，a5，a6表示QMC系数，所述模型直接描述了IQ信号在传输过程中的不平衡增益和叠加的直流偏置，并间接的以IQ串扰的形式描述了IQ信号的相位不平衡所导致的失真，根据该误差模型，可以求出正交调制误差逆失真系数ai。优选的，所述S3中通过天线耦合，并通过中频高速采样得到反馈信号，对反馈信号与发射信号进行对齐处理后，估计正交调制误差逆失真系数。优选的，所述S5中的估计QMC系数的线性方程如下：Z＝UA(10)其中，Z表示列向量{z(n)，z(n-1)，……，z(n-L+1)}T，A表示QMC系数向量[a1，a2，a3，a4，a5，a6]T，U为系数A所对应的矩阵U＝Re{Re(Y)，Im(Y)，ones(L，1)，j·Re(Y)，j·Im(Y)，j·ones(L，1)}，其中Re代表取复数运算中的实部，Im代表取复数运算中的虚部，ones代表矩阵中的元素全部为1，j代表复数中的虚数单位，采用最小二乘算法可以解线性方程得到A的估计值，即QMC系数。优选的，所述S5之后经过正交调制误差判决，当误差小于10-4时可以忽略不计，误差范围可根据系统精确度来确定，若误差大于10-4，则把系数传给QMC均衡器继续校正，若误差小于10-4则停止校正。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术提出的自适应直接正交变频调制误差校正方法既能抑制幅相不平衡所导致的镜像干扰，又能同时消除直流偏置引起的本振泄露，对自适应直接正交变频调制的误差校正具有重要意义。附图说明图1显示了本专利技术提出的自适应直接正交变频调制误差校正方法原理框图；图2显示了本专利技术具体实施例的系统框图；图3显示了本专利技术优选实施例的QMC算法流程图；图4显示了本专利技术具体实施例的信号处理仿真结果图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。图1显示了本专利技术提出的自适应直接正交变频调制误差校正方法原理框图。如图1所示，本专利技术提出的自适应直接正交变频调制误差校正方法中，数据输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应直接正交变频调制误差校正方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：QMC系数初始化，且从输入的数字基带信号中截取长度为L的基带数据，将所述基带数据通过QMC均衡器进行校正；S2：对校正后的数据进行数模转换，经过正交调制后发射信号；S3：通过天线耦合接收反馈信号，对反馈信号进行下变频混频和中频采样，将得到的数字中频信号送入FPGA进行正交解调；S4：对解调后的信号y(n)进行延时估计，计算出延迟时间，并和原始基带数据z(n)进行延时对齐处理；S5：估计QMC系数。

【技术特征摘要】
1.一种自适应直接正交变频调制误差校正方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：QMC系数初始化，且从输入的数字基带信号中截取长度为L的基带数据，将所述基带数据通过QMC均衡器进行校正；S2：对校正后的数据进行数模转换，经过正交调制后发射信号；S3：通过天线耦合接收反馈信号，对反馈信号进行下变频混频和中频采样，将得到的数字中频信号送入FPGA进行正交解调；S4：对解调后的信号y(n)进行延时估计，计算出延迟时间，并和原始基带数据z(n)进行延时对齐处理；S5：用反馈信号和对齐后的基带数据估计QMC系数；估计QMC系数的线性方程如下：Z＝UA其中，Z表示列向量{z(n),z(n-1),......z(n-L+1)}T，A表示QMC系数向量[a1,a2,a3,a4,a5,a6]T，U为系数A所对应的矩阵U＝Re{Re(Y),Im(Y),ones(L,1),j·Re(Y),j·Im(Y),j·ones(L,1)}，其中Re代表取复数运算中的实部，Im代表取复数运算中的虚部，ones代表矩阵中的元素全部为1，j代表复数中的虚数单位，采用最小二乘算法...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯亚辉，郭璇，潘虹，邓纶辉，徐伟掌，杨占昕，
申请(专利权)人：中国传媒大学，
类型：发明
国别省市：北京;11