CN102739268A - 传收器以及补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种传收器以及补偿方法。所述传收器能够补偿IQ失衡。所述传收器包括:一传送器电路,对一动态调变信号进行上转换以产生一第一RF信号;以及一回送电路,对所述第一RF信号进行下转换,并且将所述下转换后之第一RF信号数字化,藉以根据所述数字化且下转换后之第一RF信号之一第一统计值判定一第一IQ补偿参数。其中所述传送器电路更根据所述第一IQ补偿参数而对所述传送器电路内之第一IQ失衡进行补偿,而产生一IQ补偿过的调变信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种IQ失衡(IQ mismatch)补偿程序,尤其涉及一种可动态补偿IQ失衡的传收器以及方法。
背景技术
无线通信***中,通常会使用无线通信装置来提供通信服务,所述通信服务可以例如为语音、多媒体、数据、广播、以及讯息服务。***行地进行处理。沿着实部分量电路路径以及虚部分量电路路径的数字以及模拟信号处理都以平行方式进行,所述实部以及虚部分量电路路径可包括多工程序(multiplexing)、滤波程序,功率控制程序,上取样程序等等。上述平行处理的传送器信号通过调变程序而产生模拟射频(Radio Frequency,以下称为RF)信号,所述模拟RF信号会放大并由一天线发射至空气接口,从而提供通信***与基地台之间的通信数据交换。
理想状态下,沿着传送器内部的电路路径会平行处理实部和虚部分量,并且沿着每条路径上之电路组件都和沿着另一条路径之对应电路组件完全相同,或称为“匹配的(matched)”。然而沿着实部及虚部电路路径的对应电路组件常常因为制程变化以及几何布局差异而造成轻微或相对重大的差异,导致沿着平行路径处理时产生实部及虚部分量间不可忽略的振幅差值(“IQ增益失衡”)以及相位差值(“IQ相位失衡”)。上述的不可忽略的IQ增益以及相位失衡可造成不可接受的信号质量下降。
通常情况下,当***开机或工厂测试时,通信装置会使用IQ失衡补偿程序藉以补偿上述IQ失衡而提升信号质量。然而,正常运作时的无线通信装置的***环境(例如温度)会产生改变,导致装置内部IQ失衡的改变。
发明内容
有鉴于此,需要一种装置用以动态执行IQ失衡补偿程序,以在正常运作状态下正确补偿装置内部的IQ失衡。
本发明实施例提供一种传收器,其能够补偿IQ失衡。所述传收器包括:一传送器电路,对一动态调变信号进行上转换以产生一第一RF信号;以及一回送电路,对所述第一RF信号进行下转换,并且将所述下转换后之第一RF信号数字化,藉以根据所述数字化且下转换后之第一RF信号之一第一统计值判定一第一IQ补偿参数。其中所述传送器电路更根据所述第一IQ补偿参数而对所述传送器电路内之第一IQ失衡进行补偿,而产生一IQ补偿过的调变信号。
本发明实施例更提供一种补偿方法,用于补偿传收器的IQ失衡。所述方法包括:对一动态调变信号进行上转换以产生一第一RF信号;对所述第一RF信号进行下转换和数字化;根据所述数字化及下转换后之第一RF信号之一第一统计值判定一第一IQ补偿参数;以及根据所述第一IQ补偿参数而对第一IQ失衡进行补偿而产生一IQ补偿过的调变信号。
上述的传收器以及IQ失衡补偿方法,能够在不影响通信装置的正常运作下提供更新的IQ失衡校正,当每次无线通信装置的***环境改变时,所述传收器都会判定一组新的补偿参数,以随时更正由于***环境改变而产生的动态IQ失衡。
附图说明
图1为使用本发明实施例之一种适用于零中频架构之传收器的功能模块图。
图2A是使用本发明实施例之一种IQ失衡补偿器的功能模块图。
图2B及2C系分别显示图2A之IQ失衡补偿器中信号Sin_I及Sin_Q于所述IQ失衡补偿器中上面和下面路径之信号分量的频谱图。
图2D是使用本发明实施例之一种传送器IQ校正算法的流程图。
图3A和3B是分别表示IQ失衡补偿之前和之后信号分量的频谱图。
图4是使用本发明另一实施例之一种IQ失衡补偿器的功能模块图。
图5是使用本发明实施例之一种失衡补偿方法的流程图。
图6是使用本发明实施例之适用于接收器之一种IQ失衡补偿方法的流程图。
图7是使用本发明实施例之适用于传送器之一种IQ失衡补偿方法的流程图。
图8是使用本发明实施例之适用于传收器之一种初始相位失衡补偿方法的流程图。
图9A是使用本发明实施例之用于低中频架构之传收器之功能模块图传送/接收。
图9B是使用本发明实施例之一种传送/接收IQ校正算法的流程图。
图10A,10B,和10C为调变信号在传送/接收IQ校正算法不同阶段之信号分量的频谱图。
图11是使用本发明另一实施例之一种联合传送/接收IQ失衡补偿方法的流程图。
图12是使用本发明又一实施例之一种联合IQ失衡补偿方法的流程图。
图13是使用本发明再一实施例之一种适用于低中频架构之传收器的功能模块图。
图14是使用本发明再一实施例之一种适用于低中频架构之IQ失衡补偿方法的流程图。
具体实施方式
在本说明书以及权利要求书当中使用了某些词汇来指代特定的组件。本领域的技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”是一个开放式的用语,因此应解释成“包含但不限定于”。另外,“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此,若文中描述第一装置耦接于第二装置,则代表第一装置可以直接电气连接于第二装置,或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
图1是使用本发明实施例之一种适用于零中频(zero Intermediate Frequency)(直接转换)架构之传收器1的功能模块图。传收器1可在时分多工(timedivision duplexing,以下称为TDD)通信***之通信装置上实现,时分多工通信***包括全球互通微波存取(Worldwide Interoperability for Microwave Access,以下称为WiMAX)、WiFi、蓝牙(Bluetooth)、分时同步分码多工存取(TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access,以下称为TD-SCDMA)、或TD-SCDMA长期演进技术(TD-SCDMA Long Term Evolution,以下称为TD-LTE)***。时分多工通信***中,通信装置之间于不同时间经由上行及下行通信而互相通信,并且通常使用不对称之上行及下行数据率。所述通信装置可以系一基地台、存取点、手持移动电话、配备无线网络卡之笔记本电脑、或任何能够进行无线通信的装置。传收器1能够侦测并且补偿传送器1之传送器路径之IQ失衡,并且包括传送器10以及耦接传送器10的接收器12(回送电路)、第一本地振荡器14、第二本地振荡器16、以及衰减器18。在传送过程中,传送器10将调变基频信号x[n]进行上转换以产生及传递用于信号传送的RF传送信号(第一RF信号)至天线(未图标)。而在接收过程中,天线则接收及传递来自空气接口的已调变RF信号至接收器12,用以进行下转换程序藉以恢复(recover)用于后续数字处理的基频信号。第一及第二本地振荡器14、16提供第一及第二振荡信号至传送器10及接收器12用以进行频率调变以及解调变处理。RF传送信号SRF_out经由衰减器18回送至接收器12以侦测传送信号SRF_out的信号质量(例如传送器IQ失衡)。IQ失衡包括相位及增益(振幅)失衡。传收器1使用正交分频多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,以下称为OFDM)技术以适应严酷(severe)的通道环境以及提供稳固的数据传送程序藉以抵抗由多路径信号传递造成的窄频同频干扰(Co-Channel Interference,以下称为CCI)、符际干扰(Inter-Symbol Interference,以下称为ISI)、以及衰减效应。OFDM技术中,每个传送信号都包括同相(I)分量以及正交(Q)分量,并且传收器1结合电路模块来侦测及补偿传送器10及接收器12之IQ失衡效应,藉此提高已传送的RF信号以及已恢复的(recovered)基频信号的质量。零中频架构中,传送器10通过具有第一振荡频率的第一振荡信号将调变基频信号进行上转换,所述第一振荡频率大致和第二振荡信号的第二振荡频率相同,所述第二振荡信号用于在接收器12中对RF信号进行下转换,即接收器12只用一单一阶段便将接收之RF信号转换至基频信号y[n]。第一及第二振荡频率系射频,可为WCDMA***中的900MHz、1900MHz、或2100MHz,或可为LTE***之900MHz、2100MHz、或2.6GHz,或根据其他所用无线存取技术(Radio AccessTechnology,RAT)而决定的频率。传收器1可使用一共同本地振荡器或二个分开之本地振荡器产生,并且可分别输出具有大致相同振荡频率的第一及第二振荡信号至传送器10及接收器12。虽然图1之传收器只显示一传送器及一接收器,然,在其他实施例中,传收器1也可包括一或多个传送器和接收器电路,并且可包括分开或集成的传送器以及接收器电路。
现有技术中,传收器只于通信装置开机后或当通信装置进行工厂校正测试时才执行IQ失衡补偿程序。在传送数据时,通信装置的***环境(例如温度)可能会变更,而使习知的传收器不能更正由于***环境正常运作时发生的改变而产生的增益及相位IQ失衡。因此RF传送信号及接收基频信号的信号质量会降低。与现有技术相比,本实施例中,当通信装置在正常运作状态下传收器1也可以动态补偿IQ失衡,即使***环境(可以包括温度或电源改变)更动,传送器10及接收器12之IQ失衡仍能被准确修正,藉此增进传送及接收信号的信号质量。
上述名词“动态”表示不停止传收器1的正常运作而执行一种特定种类的信号处理。失衡动态IQ失衡补偿表示不阻碍、干扰、或停止传收器1的正常运作而执行IQ失衡侦测以及补偿通信信号,其中正常运作包括电路初始化、数据传输、数据接收、以及开机后之所有的电路运作。在一些实施例中,当传收器运作时,动态IQ失衡补偿在固定时间的间隔内判定及补偿IQ失衡。在其他实施例中,当满足某一特定的环境状态(例如,传收器正执行所有的正常运作程序时,环境温度已经改变时),动态IQ失衡补偿就会执行。在任何状况下,都会在开机后在不打断正常运作下而执行多次的动态IQ失衡补偿程序。
所述传送器10包括传送器IQ失衡补偿器100、数字模拟转换器(Digital-to-Analog Converter,以下称为DAC)102和104、滤波器106和108、混频器110和112、90°移相器114、加法器116、以及功率放大器(PowerAmplifier,以下称为PA)118。传送器IQ失衡补偿器100耦接至DAC 102和104、滤波器106和108、混频器110和112,所述混频器110和112均耦接至90°移相器114以及加法器116,接着耦接至PA 118。正常传送程序下,传送器10在DAC 102和104中将基频调变信号x[n]从数字转换为模拟信号x(t),滤波器106和108滤掉不需要的模拟信号x(t)之高频分量,并且使用第一振荡信号将信号x(t)进行上转换藉以产生及输出用于传送的RF传送信号SRF_out(t)至天线。沿DAC 102、滤波器106、及混频器110的信号路径被称为传送器10的I路径,传送器10的I路径接收基频调变信号之同相xI(t)分量以产生RF信号之同相分量。基频调变信号x[n]及RF信号y(t)系为正交信号,所述正交信号包括同相分量以及正交分量。沿DAC 104、滤波器108、及混频器112的信号路径被称为传送器10的Q路径,传送器10的Q路径接收基频调变信号的正交分量xQ(t)以产生RF信号的正交分量。90°移相器114将第一振荡信号的相位移动90度,用以调变基频调变信号的正交分量。RF信号y(t)的同相分量及正交分量在加法器116结合并且经由PA 118传送至天线,在传送到天线之前,PA 118根据分配之功率而放大RF信号y(t)。实施例中,滤波器106和108可以是低通滤波器。
基频调变信号x[n]具有预定资料长度L,并且基频调变信号的所有数据在统计上系互相独立的或互相非相关的。在动态IQ失衡补偿程序中,传送器10沿其传送路径使用具有预定数据长度L之基频调变信号x[n]而产生RF传送信号SRF_out,每个互相统计独立的基频资料x[n]相对于同相及正交分量遭遇相同组合的增益及相位改变以产生RF传送信号SRF_out。因此,一IQ失衡侦测器(接收器12内)用于从RF传送信号SRF_out中分离一独立数据,藉以导出补偿参数Pcomp_tx(第一IQ补偿参数),使得当传送器IQ失衡补偿器100使用补偿参数Pcomp_tx修正传送器IQ失衡时,RF传送信号SRF_out的每个数据的统计独立性可被最大化,并且信号SRF_out数据间之统计相关性被最小化。传送器IQ失衡补偿器100对传送器IQ失衡进行动态补偿,使得当传送器10中侦测到***环境改变时,传送器10也能补偿传送器IQ失衡。***环境包括温度或电源。在一些实施例中,当正常传送程序进行时,传送器10会通过使用用于正常数据传送的调变信号x[n]来判定传送器IQ失衡。在其他实施例中,传送器10对于IQ失衡侦测程序使用预定的测试调变信号x[n]。一旦开机后,提供至传送器10及接收器12的振荡信号可能以不同的相位开始,所述初始相位差值为第一及第二振荡信号的初始相位间之相位差值。在一些实施例中,传送器IQ失衡补偿器100也会补偿一初始相位效应。
直接转换接收器12包括低噪声放大器(Low Noise Amplifier,以下称为LNA)120、混频器122和124、90°移相器136、滤波器126和128、模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter,以下称为ADC)130和132、以及传送器IQ失衡侦测器134。LNA 120耦接至混频器122和124,所述混频器122和124都耦接至90°移相器136,接着耦接至滤波器126和128、ADC 130和132,接着耦接至传送器IQ失衡侦测器134。接收到的RF信号SRF_in(第二RF信号)被直接转换至基频,其中没有中频阶段。下转换程序后,直流电流(DC)或0Hz频率落入下转换频带的中央。接收器12通过LNA 120放大所接收的RF信号,混频器122和124使用第二振荡信号对放大的RF信号进行下转换,滤波器126和128过滤下转换信号y(t)中不需要的高频分量,并且通过ADC 130和132将信号从模拟转换至数字以产生用于信号处理的离散时域基频信号y[n]。沿混频器122、滤波器126、及ADC 130的信号路径被称为接收器12的I路径,接收器12的I路径接收RF调变信号的同相分量SRF_in_I(t)而产生基频信号的同相分量yI[n]。接收到的RF信号SRF_in可经由天线(未图标)从空气接口中或由嵌入芯片装置(例如一信号产生器或传送器前端电路)所撷取。调变信号x(t)和RF信号y(t)系一种包括同相分量和正交分量的正交信号。信号路径沿混频器124、滤波器128、以及ADC 132被称为传送器10的Q路径,传送器10的Q路径接收RF调变信号的正交分量SRF_in_Q(t)而产生基频信号的正交分量yQ[n]。90°移相器136将第二振荡信号的相位移动90度,用以解调变基频调变信号的正交分量。接收器12可更包括接收器失衡侦测器(未图示)以及接收器失衡补偿器(未图示),藉以侦测及补偿接收器12的接收器IQ失衡。滤波器126和128可以是低通滤波器。
传送器IQ失衡侦测器134根据反馈RF传送信号SRF_out的信号分量统计值侦测传送器IQ失衡动态,藉以输出用于传送器IQ失衡补偿程序的补偿参数Pcomp_tx(第一IQ补偿参数)至传送器IQ失衡补偿器100。传送器IQ失衡侦测器134判定统计值以产生补偿参数Pcomp_tx,使得当IQ失衡补偿器100使用补偿参数Pcomp_tx补偿基频调变数据x[n]时,反馈的RF传送信号SRF_out之每个信号分量的统计独立性会增加或最大化,并且反馈的RF传送信号SRF_out之每个信号分量之间的相关性会减低或最小化。统计值代表反馈的RF传送信号SRF_out之每个信号分量之间的统计相关值。
在一些实施例中,接收器12在正常运作程序中使用接收到的RF信号SRF_in,以执行接收器动态IQ失衡补偿程序。在其他实施例中,接收器12只在开机程序或制造测试程序中执行接收器IQ失衡补偿程序。
实施例之传收器1根据***环境而随之调整,并且能对处于正常运作程序下的传送器10及接收器12,针对由于***环境改变而产生之IQ失衡变化而提供IQ失衡动态校正。在一些实施例中,传收器1也可以于开机程序中结合单音(single tone)IQ失衡补偿程序而加速补偿程序,然后在正常运作状态下针对***环境改变而执行本实施例中之失衡IQ失衡动态补偿程序。单音IQ补偿使用传送器10执行基频测试单音并且将结果经由反馈路径回送至接收器的基频阶段。接着接收器12将反馈的基频数据和寄送之基频单测试音相互比较以侦测两者之间的IQ失衡,所述IQ失衡继续用于补偿传送器10的IQ失衡。本实施例中,只在传收器10***开始时执行一次单音IQ补偿程序。
图2A是使用本发明实施例之一种IQ失衡补偿器2的功能模块图,其可以是实现传送器IQ失衡补偿之传送器IQ失衡补偿器100,或者实现接收器IQ失衡补偿之接收器IQ失衡补偿器失衡。IQ失衡补偿器2包括第一复数乘法器20、共轭复数单元22、第二复数乘法器24、以及复数加法器26。第一复数乘法器20及共轭复数单元22经由复数加法器26和第二复数乘法器24互相耦接。传送器IQ失衡补偿器100使用第一补偿参数Pcomp_tx以更正传送器10中I路径和Q路径之间之IQ失衡。图2A中,第一补偿参数Pcomp_tx包括一需要的信号参数At以补偿反馈的RF传送信号SRF_out中所需要的信号分量,以及包括一不需要的映像信号参数Bt以补偿反馈的RF传送信号SRF_out中不需要的映像信号,所述不需要的映像信号系由于传送器10之IQ失衡而产生。IQ失衡补偿器2接收要补偿之输入信号Sin,通过共轭复数单元22抽取不需要的映像分量,根据参数At在第一复数乘法器20中调整需要的信号分量以及在第二复数乘法器24使用参数Bt调整不需要的映像信号,通过复数加法器26将调整结果相加以导出补偿输出信号Sout。
第3A图是表示IQ失衡补偿之前信号分量的频谱图,其包括需要的信号分量30及由于IQ失衡而产生之不需要的映像信号分量32,上述两种信号分量都存在于IQ失衡补偿器2的输入信号Sin中。IQ失衡补偿器2通过最大化RF传送信号SRF_out每个数据之统计独立性而移除映像信号分量32,产生第3B图显示之补偿信号,第3B图显示通过IQ失衡补偿器2执行IQ失衡补偿后而产生之需要的信号分量30。
请参考第2B及2C图,其更分别表示IQ失衡补偿器2中信号Sin_I及Sin_Q之信号分量。图2A显示的***IQ失衡时要补偿的信号Sin包括一需要的信号分量以及一映像信号。参考第2B图,信号Sin或者Sin_I系为需要的信号分量S22及映像信号分量S20这两个信号的结合。接着参考第2C图,Sin_I的共轭值形式,即图2A的Sin_Q,也包括需要的信号分量S20和映像信号分量S22。实施例中的IQ失衡补偿通过将来自上面和下面路径之乘积AtSin_I以及BtSin_Q进行结合以产生补偿信号Sout,补偿信号Sout只包括所述需要的信号分量。通过使用统计的信号处理算法,例如白化(whitening)、独立分量分析(independentcomponent analysis)、来源分开方法(source separation methods)或类似方法,而能够计算出补偿参数At和Bt,使得Sout=AtSin_I+BtSin_Q只包括所需要的分量。
图2D是使用本发明实施例之一种传送器IQ校正算法A1的流程图,所述方法使用图1之传收器1以及IQ图2A之失衡补偿器2。传送器IQ校正算法A1初始化后,包括第一参数At及第二参数Bt的补偿参数Pcomp_tx被重置,使第一参数At为1并且第二参数Bt为0。步骤S100中,传送器IQ失衡侦测器134基于前述之统计的信号处理算法,根据接收基频信号y[n]而估计信号参数At和Bt以产生估计的信号参数At′和Bt′。传送器IQ失衡补偿器100接着使用估计的补偿参数At′和Bt′补偿调变信号x[n]以输出补偿信号z[n](步骤S102)。传送器IQ失衡补偿器100判定比例因子γt,通过γt=E{z[n]x*[n]}的关系评估基频调变信号x[n]和IQ失衡补偿调变信号z[n]之间的交叉关联(步骤S104)。传送器IQ失衡补偿器100接着透过以下方程:
而根据所估计的补偿参数At′、Bt′和比例因子γt,来更新传送器补偿参数At和Bt(步骤S106)。其中γt是比例因子;At和Bt是用于需要的和不需要的信号分量之先前补偿参数;At′和Bt′是用于来自传送器IQ失衡侦测器134之需要的和不需要的信号分量之估计补偿参数;以及和是用于需要的和不需要的信号分量之更新的补偿参数。
图4是使用本发明实施例之另一种IQ失衡补偿器4的功能模块图,IQ失衡补偿器4也能实现图1的传送器或接收器IQ失衡补偿程序,并且包括共轭复数单元40、复数乘法器42、及复数加法器44。图4中,第一补偿参数Pcomp_tx包括不需要的映像信号参数Ct,参数Ct补偿第3A图中由于IQ失衡而产生之不需要的映像信号。输入信号Sin之需要的信号分量在电路4的上面路径传递,而不需要的映像信号分量沿着共轭复数单元40及复数乘法器42而被进行处理。输入信号Sin之不需要的映像信号由共轭复数单元40所抽取而得之,并且复数乘法器42使用参数Ct减低或移除所述不需要的映像信号。复数加法器44将复数乘法器42的结果和需要的信号分量结合以得出补偿输出信号Sout。
图5是使用本发明实施例之一种失衡补偿方法5的流程图,所述方法使用图1直接转换架构之传收器1。***开机后,传收器1初始化以传递及接收通信数据(S500),通过动态IQ补偿方式或外部测试音(test tone)方式来补偿接收器IQ失衡(S502),通过补偿接收器电路12执行用于传送器10的动态传送器IQ失衡补偿程序(S504)。动态传送器IQ失衡补偿程序包括通过运用比例因子,对传送器10和接收器12间之初始相位失衡进行对基频调变信号x[n]的补偿。接着传收器1检查其***环境是否发生了变化以判定需要另一轮的IQ失衡动态补偿(S508)。如果判定需要另一轮的IQ失衡动态补偿,IQ失衡补偿方法5回到步骤S504执行用于传送器10之IQ失衡动态补偿程序,如果判定不需要,则继续监测***环境的改变(S508)。虽然一旦侦测***环境的改变,IQ失衡补偿方法5的步骤S508便会退回步骤S504重新校正传送器IQ失衡,在一些实施例中,补偿方法5也可以回到步骤S502并且再次执行接收器及传送器动态IQ补偿程序。在一些实施例中,接收器12可使用图1揭露之单音IQ失衡补偿程序以及来自外部信号产生器(未图标)的测试单音,来执行步骤S504的接收器IQ失衡补偿。在其他实施例中,接收器12调整动态IQ补偿程序正常运作下所接收到之输入信号Sin,而判定并且补偿其中之接收器IQ失衡,即接收器12沿着传送器路径处理接收的输入信号Sin以得出离散时域基频信号,并且执行离散时域基频信号的统计独立性分析以判定接收器IQ补偿参数,接收器IQ补偿参数接着用于降低或移除接收器IQ失衡。图6内有详细的接收器动态IQ补偿程序解释。图7内有详细的传送器动态IQ补偿程序解释。接收器12之失衡侦测器根据基频调变信号x[n]和补偿基频调变信号z[n]判定比例(scale)因子。图8详细解释初始相位失衡补偿程序。
图6是使用本发明实施例适用于接收器之一种IQ失衡补偿方法6的流程图,所述方法6包含在图5的步骤S502中。接收器IQ失衡补偿方法6使用图1的传收器1。***开机后,接收器12从空气接口撷取RF调变信号而进行初始化(步骤S600)。当正常运作时天线接收RF输入信号Sin,接收器12执行下转换程序以及滤波程序,以及将调变信号转换至离散时域(discrete domain),以产生用于后续信号处理的基频调变信号y[n](步骤S602)。接着接收器12中的接收器IQ失衡侦测器134获取离散基频调变信号y[n],以根据每个基频调变信号y[n]的统计独立性而判定接收器IQ补偿参数Pcomp_rx(步骤S604),接收器12的接收器IQ失衡补偿器100能根据接收器IQ补偿参数Pcomp_rx而动态补偿接收器IQ失衡,以降低或最小化每个离散基频调变信号y[n]之间的统计相关值(步骤S606)。然后接收器IQ补偿方法完成并且结束(步骤S608)。接收器IQ失衡补偿器能通过图2A或图4的电路而实现。由于接收器12使用方法6校正接收器IQ动态失衡,能够在不影响通信装置的正常运作下提供更新的IQ失衡校正。
图7是使用本发明实施例适用于传送器之一种IQ失配补偿方法7的流程图,以详细解释图5的步骤S502之传送器IQ补偿程序。***开机后,接收器12为传送RF调变信号而进行初始化(步骤S700)。传送器12接收基频调变信号x[n]藉以执行频率上转换程序,从而产生用于传送程序或IQ失衡校正程序的动态RF传送信号SRF_out(步骤S702)。基频调变信号x[n]为在正常运作模式下用于传送程序的调变数据,或具有预定长度L之预定调变资料x[n],数列中之每个调变资料在统计上皆互相独立。预定调变数据可由信号产生器(未图标)产生,信号产生器可由内存模块(未图标)以及数字调变器(未图示)而实现,进而将产生的调变数据x[n]送至传送器IQ失衡补偿器100。内存模块可储存具有长度L的预定测试图腾,数字调变器将预定测试图腾转换至预定调变数据。RF传送信号SRF_out经由内部路径(衰减器18)反馈至接收器12,接收器12随之对RF传送信号SRF_out进行下转换程序、滤波程序以及数字化程序以产生离散基频调变信号y[n](步骤S704),离散基频调变信号y[n]传送至传送器IQ失衡侦测器134,以根据每个基频调变信号y[n]的统计独立性而判定传送器IQ补偿参数Pcomp_tx(步骤S706)。接着传送器IQ失衡补偿器100接收传送器IQ补偿参数Pcomp_tx藉以动态地补偿传送器IQ失衡(步骤S708),藉此降低或最小化每个离散基频调变信号y[n]之间的统计相关值。最后接收器IQ补偿方法完成并且结束(步骤S710)。接收器IQ失衡补偿器通过图2A或图4的电路而实现。
本发明之其中一实施例中,传送器IQ失衡侦测器134通过图2A之电路2实现,其用于调整需要的信号分量之需要的信号参数At,以及调整不需要的映像信号分量之不需要的映像信号参数Bt。初始化时,所述需要的信号参数At设定为1且所述不需要的映像信号参数Bt设定为0,即对不需要的映像信号分量不进行补偿。传送器IQ失衡侦测器134判定传送器IQ补偿参数Pcomp_tx后,需要的信号参数At和不需要的信号参数Bt即由和分别进行更新,以对应移除不需要的信号分量。当每次无线通信装置的***环境改变时,传送器IQ失衡侦测器134都会判定一组新的参数At和Bt,以随时更正由于***环境改变而产生的新的IQ失衡。
图8是本发明实施例的适用于传收器之一种初始相位失衡补偿方法8的流程图,其包含在图6的步骤S606中。传送器IQ失衡补偿器100也会补偿调变和解调变频率之间的初始相位差值。IQ失衡补偿程序完成后即执行初始相位补偿程序。初始相位补偿方法8开始(步骤S800)后,传送器IQ失衡补偿器100估计补偿参数At和Bt以导出IQ失衡补偿(compensated)调变信号z[n](步骤S801),并且根据原先的基频调变信号x[n]和所述IQ失衡补偿调变信号z[n]而判定比例因子γt(步骤S802)。在一些实施例中,传送器IQ失衡补偿器100通过估计基频调变信号x[n]和IQ失衡补偿调变信号z[n]之间的交叉关联(cross-correlation)而判定比例因子γt,即γt=E{z[n]x*[n]}。接着传送器IQ失衡补偿器100根据比例因子γt以及参数At′和Bt′更新传送器补偿参数(步骤S804),藉此完成初始相位失衡补偿方法8(步骤S806)。在一些实施例中,传送器IQ失衡补偿器100由图2A的电路所实现,并且传送器补偿参数包括调整需要的信号分量之需要的信号参数At,以及调整不需要的映像信号分量之不需要的映像信号参数Bt。补偿参数At和Bt之计算过程在图2D的前述段落可以找到相关描述,因此此处省略其描述。
图9A是本发明实施例之另一种传收器9的功能模块图。传收器9可用于零中频和低中频两种架构中。关于零中频运作程序的相关描述可在前述段落找到,所以在此省略。低中频传收器9的运作方式和零中频传收器1相似,但需要适用于上转换程序和下转换程序之全镜像抑制混频器(Full Image RejectMixer)。当使用低中频架构时,二阶频率转换由传收器所执行,其中包含一中频(IF),所述IF系为调变信号在基频频率和RF频率间进行频率转换的一种中间阶段。中频频率通常介于几十至几兆赫之间。数字下转换程序在数字域(digital domain)执行,所以可以维持信号的高度镜像抑制。图9A传收器可在适用于TDD通信***之通信装置实现,所述TDD通信***包括WiMAX、WiFi、蓝牙、TD-SCDMA或TD-LTE***,并且需要提供两个振荡器,以将第一振荡信号和第二振荡信号提供至传送器900和接收器902。
零中频架构的实施例中,第一和第二本地振荡器分别提供具有大致相同振荡频率的第一和第二振荡信号至传送器和接收器。低中频架构的实施例中,第一和第二本地振荡器提供具有一频率差的第一和第二振荡信号至传送器和接收器,其中第一振荡信号的第一振荡频率高于第二振荡信号的第二振荡频率。传收器9不使用分开的IQ补偿程序藉以分别补偿传送器和接收器之IQ失衡,而执行一种联合动态传送器/接收器IQ校正程序,其通过IQ失衡侦测器901、接收器IQ失衡补偿器90214、和传送器IQ失衡补偿器90000而减低或移除传送器900和接收器902之IQ失衡的影响。IQ失衡侦测器901侦测传送器和接收器的IQ失衡,并且判定第一和第二补偿参数以补偿IQ失衡。接收器IQ失衡补偿器90214接收用于接收器IQ补偿的第一补偿参数Pcomp1,接着传送器IQ失衡补偿器90000获取用于传送器IQ补偿的第二补偿参数Scomp2。和传收器1类似,传收器9在不干扰通信装置的正常运作下可执行联合IQ失衡动态补偿程序而修正传送器900和接收器902的IQ失衡。IQ失衡侦测器901可通过根据本发明实施例之零中频传收器1之传送器IQ失衡侦测器134之原理实现。接收器IQ失衡补偿器90214和传送器IQ失衡补偿器90000能通过图2A或图4的补偿电路实现。
图9B是使用本发明实施例之一种传送/接收IQ校正算法A9的流程图,所述方法使用图9A的传收器9。传送器IQ校正算法A1初始化之后,传送器补偿参数Pcomp_tx和接收器补偿参数Pcomp_rx即被重置。传送器补偿参数Pcomp_tx包括需要的信号参数At和映像信号参数Bt。类似地,接收器补偿参数Pcomp_rx包括需要的信号参数Ar和映像信号参数Br。当初始化时,信号参数At和Ar重置为1且映像信号参数Bt和Br重置为0。IQ失衡侦测器901根据基频信号yBB[n]的第一统计值判定接收器IQ失衡并且产生接收器补偿参数Ar和Br(步骤S900)。因此接收器IQ失衡补偿器90214能使用补偿参数Ar和Br来补偿基频信号yBB[n],藉以输出接收器补偿信号zr[n](步骤S902)。接着IQ失衡侦测器901通过传送器和接收器频率间之频率差而对接收器补偿信号zr[n]进行下转换(步骤S904),以产生下转换信号zd[n],以及判定下转换信号zd[n]信号分量之第二统计值,并且根据下转换信号zd[n]判定传送器补偿参数At和Bt(步骤S906)。传送器IQ失衡补偿器90000接着使用传送器补偿参数At和Bt补偿调变信号x[n]以输出补偿信号zt[n](步骤S908)。传送器IQ失衡补偿器90000通过利用γt=E{zt[n]x*[n]}之关系式而评估基频调变信号x[n]和IQ失衡补偿调变信号zt[n]间之交叉关联,进而判定比例因子γt(步骤S910)。传送器IQ失衡补偿器90000通过图1揭露之方程(1)和方程(2),根据估计的补偿参数At′和Bt′和比例因子γt来更新传送器补偿参数At和Bt(步骤S912)。接收器IQ失衡补偿器90214通过以下方程(3)以及(4),根据估计的补偿参数Ar′和Br′而更新接收器补偿参数Ar和Br(S912):
传送器900在执行联合IQ失衡补偿程序时使用调变信号,所述调变信号接着经由衰减器904通过内部回馈路径返回至接收器902(回送电路),并且通过接收器902进行处理。因为传送器900和接收器902都会产生IQ失衡,当调变信号沿着传送器和接收器路径进行信号处理程序时,调变信号会受传送器和接收器的IQ失衡所影响。因此传收器9需要降低或移除信号路径上之传送器和接收器的IQ失衡。第10A、10B、和10C图显示调变信号在传送/接收(TX/RX)IQ校正算法A9的不同阶段之信号分量之频谱图,其中纵轴表示以dB/Hz为单位之功率频谱密度(Power Spectral Density,PSD)并且横轴表示以Hz为单位的频谱频率。接收器902执行信号处理后(第10A图),已恢复(recovered)的调变信号yBB[n]包括由于接收器IQ失衡而产生之第一不需要的映像信号S100、由于传送器IQ失衡而产生之第二不需要的映像信号S102、以及需要的信号S104。低中频传收器9移除第一不需要的映像信号S100,然后移除第二不需要的映像信号S102(第10B图)藉以恢复需要的信号S104(第10C图)。已恢复的调变信号yBB被传送至IQ失衡侦测器901以获得接收器IQ失衡,并且产生对应接收器IQ失衡的第一补偿参数Pcomp1,以通过接收器IQ失衡补偿器924使用所述第一补偿参数Pcomp1修正IQ失衡。接收器IQ补偿完成之后,IQ失衡侦测器901根据接收器IQ补偿信号yBB′[n]而判定传送器IQ失衡并且产生对应传送器IQ失衡的第二补偿参数Pcomp2,所述第二补偿参数Pcomp2用于传送器IQ失衡补偿器900。
图11是使用本发明实施例之一种联合传送/接收IQ失衡补偿方法11的流程图,所述方法使用图9A之低中频传收器9。除了在同一程序中执行联合IQ失衡补偿程序以解决传送器和接收器IQ失衡之外,联合传送/接收IQ失衡补偿方法11和IQ失衡补偿程序6完全相同。开机后,传收器10被初始化而执行正常传送和接收程序(步骤S1100),并且补偿传送器和接收器的动态IQ失衡(步骤S1102),监测传送器和接收器之***环境改变(步骤S1106),如果有改变则回到步骤S1102重新校正IQ失衡。步骤S1102可以包括移除传送器和接收器之间的初始相位失衡。图13中详述了联合IQ失衡补偿程序。联合动态IQ失衡方法11中,能够在通信装置正常运作下对接收器IQ失衡和传送器IQ失衡两者进行校正,使通信装置能随环境改变而改变其补偿参数,并能正确补偿由于通信装置之***环境改变而引起之IQ失衡。
图12是使用本发明另一实施例之一种联合IQ失衡补偿方法12的流程图,其包含于图11之步骤S1102中。开机后,传收器9被初始化以进行数据传送程序以及传送器900和接收器902之IQ失衡补偿程序(步骤S1200)。传送器900沿着传送器路径执行用于正常传送程序之基频调变信号或预定基频调变信号,藉以输出RF传送信号SRF_out(步骤S1202),RF传送信号SRF_out接着经由内部回送路径而经由天线908被回送到接收器902,并且沿着接收器902(回送电路)之接收器路径进行处理(例如:对RF传送信号SRF_out进行下转换接着加以数字化),以导出要输出至IQ失衡侦测器901的离散时域调变信号yBB[n](步骤S1204)。参考第10A图,所述离散时域调变信号yBB[n]包括不需要的信号分量S100和S102,以及需要的信号分量S104。接收器IQ失衡补偿程序包括移除信号分量S100,所述信号分量S100包括由接收器IQ失衡导致之映像信号。IQ失衡侦测器901根据调变信号yBB[n]之第一统计值而判定接收器IQ失衡,并且产生用于补偿IQ失衡之第一补偿参数Pcomp1且对应输出至接收器IQ失衡补偿器90214(步骤S1206)。IQ失衡侦测器901判定接收器映像信号分量S100以及传送器信号分量S102、S104间之统计独立性以得知第一统计值,并且根据第一统计值算出第一补偿参数Pcomp1。接收器IQ失衡补偿器90214接着使用第一补偿参数Pcomp1补偿其IQ失衡,以降低或移除调变信号yBB[n]中之接收器映像信号分量S100(步骤S1208)。接收器IQ补偿后,补偿后的调变信号yBB[n]包括需要的信号分量S104和需要抑制之不需要的映像信号分量S102,如第10B图所示。因此,IQ失衡侦测器901根据传送器和接收器频率间之频率差,对补偿调变信号yBB[n]进行下转换(步骤S1210),判定经过下转换后之补偿调变信号中的信号分量的第二统计值,并且进一步根据下转换后之补偿调变信号而判定第二补偿参数Pcomp2(步骤S1212)。IQ失衡侦测器901对调变信号yBB[n]执行下转换程序,以得出所述下转换后之补偿调变信号,使0Hz频率落入不需要的映像分量S102和需要的信号分量S104的中央。IQ失衡侦测器901判定不需要的映像分量S102和需要的信号分量S104间之统计独立性,以导出所述第二统计值以及对应第二统计值之第二补偿参数Pcomp2。接着第二补偿参数Pcomp2被送至传送器IQ失衡补偿器90000以进行处理,从而降低或移除不需要的映像信号分量S102(步骤S1214),藉此完成传送器IQ失衡补偿程序并且退出联合IQ失衡补偿方法(步骤S1216)。
图13是使用本发明实施例之一种适用于低中频之传收器13的功能模块图。传收器13可在时分多工或分频多工(Frequency Division Duplexing,FDD)通信***之通信装置上实现,所述分频多工通信***包括非对称数字客户端回路(Asymmetric Digital Subscriber Line,ADSL)、通用行动通信***(UniversalMobile Telecommunication System,UMTS)、CDMA 2000、以及分频多工模式之WiMAX***。分频多工***中,通信装置在不同的频率里经由上行和下行通信互相通信。
除了使用新增的反馈电路提供由传送器1300至接收器1302之内部回送路径之外,传收器13和传收器9完全相同。传收器13需要提供具有不同频率之上行和下行通信。因此,需要使用反馈电路来降低PA 130018和LNA 130200间之信号耦合效应(coupling effect)。因为传收器13在传送器和回送路径之外还包括专用的接收器路径,所以在执行用于传送器和回送路径的联合IQ失衡补偿程序之前,需要先实现一种用于接收器路径之专用接收器IQ失衡补偿程序以移除其接收器IQ失衡。和IQ失衡侦测器901相比,IQ失衡侦测器1301通过根据离散时域基频信号yBB[n]而计算第三统计值以进一步侦测接收器IQ失衡,所述离散时域基频信号yBB[n]通过对接收到的RF信号SRF_in转换而产生,并且IQ失衡侦测器1301对应地判定用于接收器路径之补偿参数Pcomp_rx,所述补偿参数Pcomp_rx由接收器IQ失衡补偿器130213所接收,以移除接收器IQ失衡。接收器IQ补偿程序完成后可以继续执行联合IQ补偿程序。IQ失衡侦测器1301能通过类似传送器IQ失衡侦测器134的原理而实现,所述传送器IQ失衡侦测器134的原理可以参考前述零中频传收器1。接收器IQ失衡补偿器130213和传送器IQ失衡补偿器130000能通过图2A或图4的补偿电路实现。接收器IQ补偿和联合IQ补偿能被动态执行,使得在传送器1300和接收器1302正常运作时,可同时更正传送器1300和接收器1302的IQ失衡。
图14是使用本发明实施例之一种适用于低中频架构之IQ失衡补偿方法14的流程图,所述方法使用图14之低中频传收器14。除了在联合IQ失衡补偿程序前***增添的接收器IQ补偿步骤S1402之外,IQ失衡补偿方法14和IQ失衡补偿方法11完全相同。IQ失衡补偿方法14中,接收器路径、传送器路径以及回送路径上之IQ失衡都能在通信装置正常运作时进行校正,使得通信装置能对应改变其补偿参数,并正确补偿由于通信装置之***环境改变而引起之IQ失衡。
说明书用到的“判定”一词包括计算、估算、处理、取得、调查、查找(例如在一表格、一数据库、或其他数据构造中查找)、确定、以及类似意义。“判定”也包括解决、侦测、选择、获得、以及类似的意义。
本发明描述之各种逻辑区块、模块、以及电路可以使用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、特定应用集成电路(ASIC)、或其他可程控逻辑组件、离散式逻辑电路或晶体管逻辑闸、离散式硬件组件、或用于执行本发明所描述之执行的功能之其任意组合。通用处理器可以为微处理器,或者,所述处理器可以为任意商用处理器、控制器、微处理器、或状态机。
本发明描述之各种逻辑区块、模块、以及电路的操作以及功能可以利用电路硬件或嵌入式软件码加以实现,所述嵌入式软件码可以由一处理器存取以及执行。
虽然在讨论中使用的部分技术术语与3GPP标准/规格所用的术语相似,但是,本发明仍可以推广到任何需要为设定通信参数而进行信道质量报告的通信***。
Claims (18)
1.一种传收器,其能够补偿IQ失衡,所述传收器包括:
一传送器电路,对一动态调变信号进行上转换以产生一第一RF信号;以及
一回送电路,对所述第一RF信号进行下转换,并且将所述下转换后之第一RF信号数字化,藉以根据所述数字化且下转换后之第一RF信号之一第一统计值判定一第一IQ补偿参数,
其中所述传送器电路更根据所述第一IQ补偿参数而对所述传送器电路内之第一IQ失衡进行补偿,而产生一IQ补偿过的调变信号。
2.如权利要求1所述的传收器,其中,所述传送器电路通过具有一第一振荡频率之一第一振荡信号而对所述动态调变信号进行上转换,所述第一振荡频率和一第二振荡信号之一第二振荡频率相同,所述第二振荡信号用于所述回送电路中以对所述第一RF信号进行下转换。
3.如权利要求1所述的传收器,其中,所述回送电路进一步用于从一空气接口接收一第二RF信号,将所述第二RF信号进行下转换接着数字化所述下转换后的第二RF信号以根据所述数字化且下转换后之第二RF信号的一第二统计值来判定一第二IQ补偿参数,以及根据所述第二IQ补偿参数补偿传收器之一接收器路径之IQ失衡。
4.如权利要求1所述的传收器,其中,所述传送器电路使用包括一第一频率之一第一振荡信号对所述动态调变信号进行上转换,所述回送电路使用包括一第二频率之一第二振荡信号对所述第一RF信号进行下转换,以及所述第一振荡频率和所述第二振荡信号间有一频率差。
5.如权利要求4所述的传收器,其中,所述回送电路更根据所述第一IQ补偿参数补偿所述回送电路内之第二IQ失衡,藉以产生一接收器IQ补偿过的信号,以及使用所述频率差对所述接收器IQ补偿过的信号进行下转换,藉以根据所述下转换后之接收器IQ补偿过的信号之一第二统计值而判定所述第一IQ补偿参数,以及所述传送器根据所述第一IQ补偿参数补偿传送器电路中之所述第一IQ失衡藉以产生所述IQ补偿过的调变信号。
6.如权利要求1所述的传收器,其中,所述传送器电路根据所述调变信号和所述IQ补偿过的调变信号而判定一比例因子,并且使用所述比例因子对所述IQ补偿过的调变信号进行缩放。
7.如权利要求1所述的传收器,其中,所述传送器电路包括:
一共轭复数单元,用于接收所述动态调变信号藉以产生所述调变信号之一共轭值;
一复数乘法器,用于将所述调变信号之所述共轭值和所述第一IQ补偿参数相乘藉以产生一IQ补偿信号;以及
一复数加法器,用于将所述调变信号和所述IQ补偿信号相加藉以产生所述IQ补偿过的动态调变信号。
8.如权利要求1所述的传收器,其中,所述第一IQ补偿参数包括一第一参数以及一第二参数,并且所述传送器电路包括:
一第一复数乘法器,用于将所述动态调变信号和所述第一参数相乘以产生一第一IQ补偿信号;
一共轭复数单元,用于接收所述动态调变信号以产生所述动态调变信号之一共轭值;
一第二复数乘法器,用于将所述动态调变信号之所述共轭值和所述第二参数相乘以产生一第二IQ补偿信号;以及
一复数加法器,用于将所述第一IQ补偿信号和所述第二IQ补偿信号相加以动态产生所述IQ补偿过的调变信号。
9.如权利要求1所述的传收器,其中,所述传送器电路更在所述传收器开机时将一单音信号进行上转换,用以对所述传送器电路中之所述第一IQ失衡进行初始补偿。
10.一种补偿方法,用于补偿传收器的IQ失衡,包括:
对一动态调变信号进行上转换以产生一第一RF信号;
对所述第一RF信号进行下转换和数字化;
根据所述数字化及下转换后之第一RF信号之一第一统计值判定一第一IQ补偿参数;以及
根据所述第一IQ补偿参数而对第一IQ失衡进行补偿而产生一IQ补偿过的调变信号。
11.如权利要求10所述的补偿方法,更包括通过具有一第一振荡频率之一第一振荡信号而对所述动态调变信号进行上转换,所述第一振荡频率和一第二振荡信号之一第二振荡频率相同,所述第二振荡信号用于对所述第一RF信号进行下转换。
12.如权利要求10所述的补偿方法,更包括:
从一空气接口接收一第二RF信号;
将所述第二RF信号进行下转换和数字化;
根据所述数字化及下转换后之第二RF信号的一第二统计值来判定一接收器IQ补偿参数;以及
根据所述接收器IQ补偿参数补偿所述传收器之一接收器路径之IQ失衡。
13.如权利要求10所述的补偿方法,更包括:
使用包括一第一频率之一第一振荡信号对所述动态调变信号进行上转换;以及
使用包括一第二频率之一第二振荡信号对所述第一RF信号进行下转换,
其中,所述第一振荡频率和所述第二振荡信号间有一频率差。
14.如权利要求13所述的补偿方法,更包括:
根据所述第一IQ补偿参数补偿所述回送电路内之第二IQ失衡,藉以产生一接收器IQ补偿信号;
使用所述频率差对所述接收器IQ补偿信号进行下转换,藉以根据所述下转换后之接收器IQ补偿信号之一第二统计值而判定所述第一IQ补偿参数;以及
根据所述第一IQ补偿参数补偿传送器电路中之所述第一IQ失配藉以产生所述IQ补偿过的调变信号。
15.如权利要求10所述的补偿方法,其中,所述补偿所述第一IQ失衡的步骤包括根据所述调变信号和所述IQ补偿过的调变信号而判定一比例因子,并且使用所述比例因子对所述IQ补偿调变信号进行缩放。
16.如权利要求10所述的补偿方法,更包括:
动态接收所述调变信号藉以产生所述调变信号之一共轭值;
将所述调变信号之所述共轭值和所述第一IQ补偿参数相乘藉以产生一IQ补偿信号;以及
将所述调变信号和所述IQ补偿信号相加藉以产生所述IQ补偿过的动态调变信号。
17.如权利要求10所述的补偿方法,其中,第一IQ补偿参数包括一第一参数以及一第二参数,以及所述补偿方法更包括:
将所述动态调变信号和所述第一参数相乘以产生一第一IQ补偿信号;
接收所述动态调变信号以产生所述动态调变信号之一共轭值;
将所述动态调变信号之所述共轭值和所述第二参数相乘以产生一第二IQ补偿信号;以及
将所述第一IQ补偿信号和所述第二IQ补偿信号相加以动态产生所述IQ补偿过的调变信号。
18.如权利要求10所述的补偿方法,更包括在所述传收器开机时,将一单音信号进行上转换,用以对所述第一IQ失衡进行初始补偿。
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