收端IQ矫正方法技术

本发明专利技术公开了一种收端IQ矫正方法，包括步骤：S1，在接收机的频带范围内选取M个频点，M为正整数；S2，利用M个频点的响应值，构造补偿函数；S3，利用构造的补偿函数，对接收信号进行校正等；本发明专利技术可实现性高，能够有效的降低镜像分量的影响，提升系统的性能，可用于窄带或者宽带零中频收发系统，因此具有很强的实用价值等。等。等。

Correction method of IQ at receiving end

【技术实现步骤摘要】
收端IQ矫正方法


[0001]本专利技术涉及通信领域，更为具体的，涉及收端IQ矫正方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信的发展，对器件的小型化、易集成等提出了越来越高的要求[1]。当前传统的超外插结构收发机严重制约了产业的发展，新型的零中频收发机以其结构简单、易于集成、功耗低、体积小的优势，逐渐受到了人们的关注成为这几年研究的热点[2～4]。然而在实际应用过程中由于受到器件工艺的限制，其同相和正交两条支路上的滤波器、放大器、混频器等器件无法做到完全一致，本振信号的两路输出也还达不到完全正交，因此I路和Q路响应信号的输出会出现不平衡现象，表现为信号频谱出现镜像分量，镜像信号达到一定的功率将会导致主信号造成严重的失真，进而降低系统的动态范围，恶化系统的整体性能[5]。因此如何消除IQ不平衡现象是当前研究的热点问题，有一定的实际意义。
[0003]当前针对IQ不平衡矫正问题有模拟域方式和数字域方式两类。模拟域通过优化电路结构、改变器件的布局方式来提高器件的一致性，进而降低IQ不平衡的影响[6]，但利用该方式依然无法消除IQ不平衡带来的损伤。随后，文献[7]报道了数字域的补偿方式，利用在信号中插入训练序列的方式，估算IQ幅度和相位不平衡参数进而进行补偿，该方法结构简单，但是训练序列的引入也势必造成频谱资源的浪费，限制了系统的传输容量。近几年，人们将基于最小二乘方法的信道估计算法、稀疏矩阵算法、模拟退火算法等概念引入了IQ矫正方法中都取得了喜人的成绩[8～10]，但是由于结构复杂、实现难度大，目前还无法在实际中商用，因此寻找一种简单、易于实现的算法是如今的迫切需求。
[0004]零中频接收机又称直接变频接收机，其典型结构如图1所示。根据典型的发射机工作原理可知发送信号为：
[0005]y(t)＝I(t)
×
cosω
LO
t
‑
Q(t)
×
sin(ω
LO
t)
ꢀꢀ
(1
‑
1)
[0006]接收信号通过滤波器和放大器后与本振信号相作用，由于零中频接收机本振频率与信号载波频率相同，通过正交混频后，输出I路信号结果为：
[0007][0008]输出Q路信号结果为：
[0009][0010]两路信号分别进入低频滤波器，滤除2倍频信号，输出得到：
[0011][0012]两路信号随后进入完全相同的放大器，得到接收机的I路和Q路输出：
[0013][0014]利用这一结构即可恢复出原始信号。在理想模型下，I路和Q路的幅频和相频特性应该完全一致，Q路与I路的本振幅度相同，相位相差90
°
。但是由于工艺原因，上述条件是非常难以满足的，因此存在IQ不平衡现象，此时的模型如图2所示。
[0015]如图2所示的接收机模型，根据典型的发射机工作原理可知，接收机接收信号为：
[0016][0017]接收信号通过滤波器和放大器后分为两路，两路线路的延时和滤波效应不同引入的偏差，本专利技术称为PD接收误差，表示为：
[0018][0019]其中A(f)exp[jθ(f)t]表征PD接收误差。接收后的信号与本振信号进行作用。这里假设本振引入的IQ不平衡是频率无关的，此时可认为幅度与相位不平衡是固定不变的，此时不平衡本振信号可表达为：
[0020]x
LO
(t)＝cosω
LO
t
‑
gsin(ω
LO
t+ψ)
ꢀꢀ
(1
‑
8)
[0021]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
＝K1exp(
‑
jω
LO
t)+K2exp(jω
LO
t)
[0022]其中
[0023][0024]则经过放大器后信号可表示为：
[0025][0026]其中发端基带信号可表示为：
[0027]x(t)＝I(t)+Q(t)
ꢀꢀ
(1
‑
11)
[0028]式(1
‑
10)信号与本振混合后得到：
[0029][0030]其中I路输出：
[0031][0032]Q路输出：
[0033][0034]其中：
[0035]G(f)＝g
×
A(f)exp[jθ(f)t]ꢀꢀ
(1
‑
15)
[0036]经过低通滤波器h
I
(t)和放大器后I路输出：
[0037][0038]经过低通滤波器h
Q
(t)和放大器后Q路输出：
[0039][0040]则输出可表示为：
[0041]z(t)＝y”I
+y”Q
＝U1(t)x(t)+U2(t)x
*
(t)
ꢀꢀ
(1
‑
18)
[0042]其中：
[0043][0044]由式(1
‑
18)可以看出，由于接收机的相位误差与增益失衡，导致最终接收到的基带信号x(t)中除有用信号x(t)外，还有一镜像干扰信号x
*
(t)，该镜像对零频信号必然会造成损伤，从而恶化系统性能，因此研究接收机的IQ不平衡矫正无论从理论和实际都具有重要的意义。
[0045]对于零中频系统，IQ不平衡是无法避免的，而造成这一现象的原因也是多方面的，包括PD、本振、滤波器及ADC等多个器件的工艺问题，都会造成IQ不平衡这一现象。而这一现象最显著的特点就是会针对原始信号产生镜像频率分量，从而影响接收信号的信噪比。仅此，如何降低IQ不平衡的影响进而提高系统性能，是当前的研究热点，具有重要的实际意义。
[0046]参考文献：
[0047][1]宗可，曹桂兴，闫忠文.数据通信微小卫星星座系统的发展及应用[J].航天器
工程，2011，2：66.
[0048][2]戚秀真.零中频发射机设计与实现[J].电子科技，2014，27(3)：73.
[0049][3]SLUK A,WALSH D.Transcutaneous electrical nerve stimulation:basic science mechanisms and clinical effectiveness[J].J Pain,2003,4(3)：109.
[0050][4]PECKHAM P H,KNUTSON J S.Functional electrical stimulation for neuromuscular applications[J].AnnuRevi Biomed Engineer,2005,7(7)：327.
[0051][5]EVERETT E,SAHAI A,SABHARWAL A,et al.Passiveself
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种收端IQ矫正方法，其特征在于，包括步骤：S1，在接收机的频带范围内选取M个频点，M为正整数；S2，利用M个频点的响应值，构造补偿函数；S3，利用构造的补偿函数，对接收信号进行校正。2.根据权利要求1所述的收端IQ矫正方法，其特征在于，在步骤S1中，接收机的频带范围内选取M个偶数频点发送，每个频点间隔相同，并且正负频关于零频对称，在每一个频点发送一组单音信号；xi(t)＝cos[2π(
‑
MΔf/2+kΔf)t]xq(t)＝sin[2π(
‑
MΔf/2+kΔf)t]上式中，xi(t)表示发端I路输出信号，k＝[0,1...M]，xq(t)表示发端Q路输出信号，Δf表示频带范围内的自定义频率分辨率。3.根据权利要求2所述的收端IQ矫正方法，其特征在于，在步骤S2中，经过接收机PD端输出信号：上式中，y
I
(t)表示接收机PD端收到的I路信号，y
Q
(t)表示接收机PD端收到的Q路信号，A(f)表示锁相环增益不平衡函数，θ(f)表示接收机PD端相位不平衡函数，t表示时间，j是复数表示；设：y(t)＝xi(t)+xq(t)此时，分别对I路和Q路进行FFT变换，其kΔf频点幅度为：Y
I
(kΔf)＝0.25Y(kΔf)Y
q
(kΔf)＝0.25Y(kΔf)A(kΔf)exp(jθ(kΔf))从而得出：上式中，Y(kΔf)表示原始发送信号的傅里叶变换函数，Y
q
(kΔf)表示接收机PD端后Q路信号的傅里叶变换函数，Y
I
(kΔf)表示接收机PD端后I路傅里叶变换函数，PD
error
(kΔf)表示接收机PD端的傅里叶变换误差函数；随后该信号经过本振LO进行下变频，由于本振泄露，得到的输出如下：I路输出：Q路输出：其中：G(f)＝g
×
A(f)exp[jθ(f)t]
上式中，y'
I
表示经本振下变频后输出的I路信号，ω
LO
表示本振角频率，y'
q
表示经本振下变频后输出的Q路信号，G(f)表示接收机PD端与本振泄漏引入的IQ不平衡，ψ表示本振泄漏引入的IQ相位不平衡，x
*
(t)表示发端信号的共轭信号。4.根据权利要求3所述的收端IQ矫正方法，其特征在于，在步骤S2中，经过低通滤波器h
I
(t)和放大器后I路输出y
″
I
为：经低通滤波器h
Q
(t)和放大器后Q路输出y”Q
：则输出表示为：z(t)＝y
″
I
+y”Q
＝U1(t)x(t)+U2(t)x
*

【专利技术属性】
技术研发人员：马雅男，邹建，李振川，
申请(专利权)人：成都天奥测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：