CN1741513A - I/q信号a/d转换dc偏置控制器 - Google Patents

I/q信号a/d转换dc偏置控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种新型、高可靠性、低复杂度、抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器。该DC偏置控制器利用接收到的、来自模拟基带电路单元(A/D转换电路)的原始I/Q信号的电平，计算出A/D转换电路的DC偏置控制电压，从而实现对I/Q信号A/D转换DC偏置电压的调整、补偿和控制。在该DC偏置控制器中，采用指数窗IIR滤波器对时间同步导频I/Q符号序列进行滤波，提高了对I/Q信号A/D转换DC偏置电压调整和补偿估计的准确性和可靠性。指数窗IIR滤波器的输出，用于调整I通道和Q通道的脉冲密度调制器的控制电压，从而使得I通道和Q通道的脉冲密度调制器的输出可以准确调整、补偿、控制I/Q信号A/D转换DC偏置电压，非常适合于嵌入在通信芯片中以硬件的方式实现，可直接商用。

Description

I/Q信号A/D转换DC偏置控制器
技术领域：
本发明提出一种新型、高可靠性、低复杂度、抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，可用于实现高集成度、高精度、高灵敏度、高可靠性、抗干扰、嵌入式的第三代/***移动通信接收机，属于移动通信领域。
背景技术：
在新一代(如第三代/***移动通信)的无线电收信机中，模拟基带电路负责完成模拟解调过程，将接收到的模拟调制信号转换成数字序列，发送到数字基带电路，再由数字基带电路完成数字解调过程。模拟基带电路从模拟信号(如BPSK/QPSK/8PSK)中解调出并发送给数字基带电路的，是(原始)同相序列(I信号)和(原始)正交相位序列(Q信号)。
模拟基带电路是利用高速数/模(A/D)转换电路完成模拟信号到原始I/Q信号的转换。在转换的最后阶段，A/D转换电路中的判决单元根据解调出的信号的每一时刻抽样值的电平，判决出该时刻的抽样值是比特1还是比特0，判决单元根据判决结果将解调出的信号的抽样值序列转换成二进制的(原始)I/Q信号序列，发送给数字基带电路。
上述A/D转换电路的DC(直流)偏置电压决定了判决单元的判决门限值，因而对解调出的信号的抽样值序列判决的准确性，起着至关重要的作用。
由于干扰、衰落等外界因素的影响，模拟基带电路接收到的模拟信号的电平往往处于动态变化过程中，造成A/D转换电路输出的I/Q信号的电平也在动态地变化。如果模拟信号的电平超出A/D转换电路的处理范围，就很可能导致对解调出的信号的抽样值序列的判决错误。因此，需要根据A/D转换电路输出的I/Q信号电平的动态变化，动态调整A/D转换单元的DC(直流)偏置电压，使得A/D转换电路获得最大动态处理范围。
发明内容：
设计目的：本发明提出一种新型、高可靠性、低复杂度、抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器。利用本发明提出的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，可以准确及时地动态调整I/Q信号A/D转换电路的DC偏置电压，保证了A/D转换电路输出I/Q信号的准确性和可靠性。这种DC偏置控制器，利用接收到的、来自模拟基带电路单元(A/D转换电路)的原始I/Q信号的电平，计算出A/D转换电路的DC偏置控制电压，从而实现对I/Q信号A/D转换DC偏置电压的调整、补偿和控制。
设计方案：本发明提出的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器的接口和结构框图，如附图一所示。
根据本发明，I/Q信号A/D转换DC偏置控制环路，由以下部件构成：(1)I/Q数据积分收集器；(2)I/Q符号电平量化器；(3)单极点IIR(无限冲击响应)滤波器；(4)脉冲密度调制器；(5)积分欠抽样器；(6)A/D转换器。
在上述部件中，除了A/D转换器是在模拟基带电路中，其它部件均在数字基带电路中。而I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，则是由数字基带电路中的以下4个部件构成：(1)I/Q数据积分收集器；(2)I/Q符号电平量化器；(3)单极点IIR(无限冲击响应)滤波器；(4)脉冲密度调制器。
这种DC偏置控制器，利用接收到的、来自模拟基带电路单元(A/D转换电路)的原始I/Q信号的电平，计算出A/D转换电路的DC偏置控制电压，从而实现对I/Q信号A/D转换DC偏置电压的调整、补偿和控制。
来自模拟基带***的原始I/Q数据通过积分欠抽样器，完成短周期积分，并将积分得出的结果构成新的序列，由于新的序列比原始I/Q序列的速率低，因而称之为欠抽样序列。积分欠抽样器的输出送到I/Q数据积分收集器。I/Q数据积分收集器分别对I/Q信号完成短周期积分、抽样、保持、消除等处理过程，同步地分别恢复出I符号序列和Q符号序列。
由I/Q数据积分收集器恢复出的I符号序列和Q符号序列，被同步地送入量化器，对每一时刻的I符号和Q符号重新做量化处理。
量化后的I符号序列和Q符号序列被发送到单极点指数窗IIR滤波器进行滤波。滤波输出的结果分别用于调整I通道的脉冲密度调制器控制电压和Q通道的脉冲密度调制器控制电压。
最后，I通道的脉冲密度调制器和Q通道的脉冲密度调制器输出的密度调制脉冲，分别用于调整、补偿、控制I通道和Q通道的A/D转换器的DC偏置电压。
以上所述是I/Q信号A/D转换DC偏置控制器的基本原理和工作过程，以下阐述该A/D转换DC偏置控制器使用的有关算法。
1.将I/Q信号A/D转换DC偏置控制器中，原始I/Q序列经过积分欠抽样、积分收集、量化过程，由量化器输出的序列分别记作Di和Dq
Di是原始I序列经过积分欠抽样、积分收集、量化过程而构成的新序列；
Dq是原始Q序列经过积分欠抽样、积分收集、量化过程而构成的新序列。
2.Di和Dq经单极点指数窗IIR滤波器进行滤波
Di和Dq在输入到单极点指数窗IIR(无限冲击响应)滤波器，按下式进行滤波。
DCi(k)＝(1-β)·DCi(k-1)+β·Di(k)        (EQ1)
DCq(k)＝(1-β)·DCq(k-1)+β·Dq(k)        (EQ2)式中，DCi(k)是I通道的脉冲密度调制器控制电压序列，DCq(k)是Q通道的脉冲密度调制器控制电压序列。k是Di和Dq序列的下标。β是单极点IIR滤波器的遗忘因子。
3.分别调整I通道的脉冲密度调制器控制电压和Q通道的脉冲密度调制器控制电压
(1)调整I通道的脉冲密度调制器控制电压：
1)如果DCi(k)＞0，则将I通道的脉冲密度调制器的控制电压增加一个电压调整步长Δc；
2)如果DCi(k)＜0，则将I通道的脉冲密度调制器的控制电压减少一个电压调整步长Δc；
(2)调整Q通道的脉冲密度调制器控制电压
1)如果DCq(k)＞0，则将Q通道的脉冲密度调制器的控制电压增加一个电压调整步长Δc；
2)如果DCq(k)＜0，则将Q通道的脉冲密度调制器的控制电压减少一个电压调整步长Δc。
技术方案：新型高可靠性低复杂度抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，I/Q信号A/D转换DC偏置控制环路，由以下部件构成：(1)I/Q数据积分收集器；(2)I/Q符号电平量化器；(3)单极点IIR(无限冲击响应)滤波器；(4)脉冲密度调制器；(5)积分欠抽样器；(6)A/D转换器。
I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，A/D转换器是在模拟基带电路中，其它部件均在数字基带电路中，I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，则是由数字基带电路中的以下4个部件构成：(1)I/Q数据积分收集器；(2)I/Q符号电平量化器；(3)单极点IIR(无限冲击响应)滤波器；(4)脉冲密度调制器。
I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，其原始I/Q序列经过积分欠抽样、积分收集过程，来自模拟基带***的原始I/Q数据通过积分欠抽样器，完成短周期积分，并将积分得出的结果构成新的序列，由于新的序列比原始I/Q序列的速率低，因而称之为欠抽样序列，积分欠抽样器的输出送到I/Q数据积分收集器，I/Q数据积分收集器分别对I/Q信号完成短周期积分、抽样、保持、消除等处理过程，同步地分别恢复出I符号序列和Q符号序列。
I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，对I/Q数据积分收集器恢复出的I符号序列和Q符号序列重新进行量化，由I/Q数据积分收集器恢复出的I符号序列和Q符号序列，被同步地送入量化器，对每一时刻的I符号和Q符号重新做量化处理。
I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，对量化后的I符号序列和Q符号序列做单极点指数窗IIR滤波，Di和Dq在输入到单极点指数窗IIR(无限冲击响应)滤波器，按下式进行滤波。
DCi(k)＝(1-β)·DCi(k-1)+β·Di(k)
DCq(k)＝(1-β)·DCq(k-1)+β·Dq(k)
式中，DCi(k)是I通道的脉冲密度调制器控制电压序列，DCq(k)是Q通道的脉冲密度调制器控制电压序列。k是Di和Dq序列的下标。β是单极点IIR滤波器的遗忘因子。Di是原始I序列经过积分欠抽样、积分收集、量化过程而构成的新序列；Dq是原始Q序列经过积分欠抽样、积分收集、量化过程而构成的新序列。
I/Q信号A/D转换DC偏置控制器中，单极点指数窗IIR滤波器的输出用于分别调整I通道的脉冲密度调制器控制电压和Q通道的脉冲密度调制器控制电压，其特征是：
(1)调整I通道的脉冲密度调制器控制电压：
1)如果DCi(k)＞0，则将I通道的脉冲密度调制器的控制电压增加一个电压调整步长Δc；2)如果DCi(k)＜0，则将I通道的脉冲密度调制器的控制电压减少一个电压调整步长Δc；
(2)调整Q通道的脉冲密度调制器控制电压：
1)如果DCq(k)＞0，则将Q通道的脉冲密度调制器的控制电压增加一个电压调整步长Δc；2)如果DCq(k)＜0，则将Q通道的脉冲密度调制器的控制电压减少一个电压调整步长Δc。
I/Q信号A/D转换DC偏置控制器中，I通道的脉冲密度调制器和Q通道的脉冲密度调制器输出的密度调制脉冲，分别用于调整、补偿、控制I通道和Q通道的A/D转换器的DC偏置电压。
本发明提出的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，利用接收到的、来自模拟基带电路单元(A/D转换电路)的原始I/Q信号的电平，计算出A/D转换电路的DC偏置控制电压，从而实现对I/Q信号A/D转换DC偏置电压的调整、补偿和控制。在该DC偏置控制器中，采用指数窗IIR滤波器对时间同步导频I/Q符号序列进行滤波，提高了对I/Q信号A/D转换DC偏置电压调整和补偿估计的准确性和可靠性。指数窗IIR滤波器的输出，用于调整I通道和Q通道的脉冲密度调制器的控制电压，从而使得I通道和Q通道的脉冲密度调制器的输出可以准确调整、补偿、控制I/Q信号A/D转换DC偏置电压。该I/Q信号A/D转换DC偏置控制器结构简单、复杂度小、计算开销低、A/D转换DC偏置控制可靠性高、易于实现、实用性强，非常适合于嵌入在通信芯片中以硬件的方式实现，可直接商用。
附图说明：
图1是本发明提出的新型高可靠性低复杂度抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器的接口和结构框图。
根据本发明，I/Q信号A/D转换DC偏置控制环路，由以下部件构成：(1)I/Q数据积分收集器；(2)I/Q符号电平量化器；(3)单极点IIR(无限冲击响应)滤波器；(4)脉冲密度调制器；(5)积分欠抽样器；(6)A/D转换器。
在上述部件中，除了A/D转换器是在模拟基带电路中，其它部件均在数字基带电路中。而I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，则是由数字基带电路中的以下4个部件构成：(1)I/Q数据积分收集器；(2)I/Q符号电平量化器；(3)单极点IIR(无限冲击响应)滤波器；(4)脉冲密度调制器。
上述单元的功能及相互之间关系，均已在发明内容中阐述说明。
具体实施方式：
实施例1：参照附图1。附图1是本发明提出的新型、高可靠性、低复杂度、抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器的接口和结构框图。
根据本发明，I/Q信号A/D转换DC偏置控制环路，由以下部件构成：(1)I/Q数据积分收集器；(2)I/Q符号电平量化器；(3)单极点IIR(无限冲击响应)滤波器；(4)脉冲密度调制器；(5)积分欠抽样器；(6)A/D转换器。
在上述部件中，除了A/D转换器是在模拟基带电路中，其它部件均在数字基带电路中。而I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，则是由数字基带电路中的以下4个部件构成：(1)I/Q数据积分收集器；(2)I/Q符号电平量化器；(3)单极点IIR(无限冲击响应)滤波器；(4)脉冲密度调制器。
这种DC偏置控制器，利用接收到的、来自模拟基带电路单元(A/D转换电路)的原始I/Q信号的电平，计算出A/D转换电路的DC偏置控制电压，从而实现对I/Q信号A/D转换DC偏置电压的调整、补偿和控制。
来自模拟基带***的原始I/Q数据通过积分欠抽样器，完成短周期积分，并将积分得出的结果构成新的序列，由于新的序列比原始I/Q序列的速率低，因而称之为欠抽样序列。积分欠抽样器的输出送到I/Q数据积分收集器。I/Q数据积分收集器分别对I/Q信号完成短周期积分、抽样、保持、消除等处理过程，同步地分别恢复出I符号序列和Q符号序列。
由I/Q数据积分收集器恢复出的I符号序列和Q符号序列，被同步地送入量化器，对每一时刻的I符号和Q符号重新做量化处理。
量化后的I符号序列和Q符号序列被发送到单极点IIR滤波器进行滤波。滤波输出的结果分别用于调整I通道的脉冲密度调制器控制电压和Q通道的脉冲密度调制器控制电压。
最后，I通道的脉冲密度调制器和Q通道的脉冲密度调制器输出的密度调制脉冲，分别用于调整、补偿、控制I通道和Q通道的A/D转换器的DC偏置电压。
本发明提出的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，利用接收到的、来自模拟基带电路单元(A/D转换电路)的原始I/Q信号的电平，计算出A/D转换电路的DC偏置控制电压，从而实现对I/Q信号A/D转换DC偏置电压的调整、补偿和控制。在该DC偏置控制器中，采用指数窗IIR滤波器对时间同步导频I/Q符号序列进行滤波，提高了对I/Q信号A/D转换DC偏置电压调整和补偿估计的准确性和可靠性。指数窗IIR滤波器的输出，用于调整I通道和Q通道的脉冲密度调制器的控制电压，从而使得I通道和Q通道的脉冲密度调制器的输出可以准确调整、补偿、控制I/Q信号A/D转换DC偏置电压。该I/Q信号A/D转换DC偏置控制器结构简单、复杂度小、计算开销低、A/D转换DC偏置控制可靠性高、易于实现、实用性强，非常适合于嵌入在通信芯片中以硬件的方式实现，可直接商用。
需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明只是对本发明说明性的，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1、一种新型高可靠性低复杂度抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，其特征是：I/Q信号A/D转换DC偏置控制环路，由以下部件构成：
(1)I/Q数据积分收集器；
(2)I/Q符号电平量化器；
(3)单极点IIR(无限冲击响应)滤波器；
(4)脉冲密度调制器；
(5)积分欠抽样器；
(6)A/D转换器。
2、权利要求1所述的新型高可靠性低复杂度抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，其特征是：A/D转换器是在模拟基带电路中，其它部件均在数字基带电路中，I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，则是由数字基带电路中的以下4个部件构成：
(1)I/Q数据积分收集器；
(2)I/Q符号电平量化器；
(3)单极点IIR(无限冲击响应)滤波器；
(4)脉冲密度调制器。
3、权利要求1所述的新型高可靠性低复杂度抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，其原始I/Q序列经过积分欠抽样、积分收集过程，其特征是：来自模拟基带***的原始I/Q数据通过积分欠抽样器，完成短周期积分，并将积分得出的结果构成新的序列，由于新的序列比原始I/Q序列的速率低，因而称之为欠抽样序列，积分欠抽样器的输出送到I/Q数据积分收集器，I/Q数据积分收集器分别对I/Q信号完成短周期积分、抽样、保持、消除等处理过程，同步地分别恢复出I符号序列和Q符号序列。
4、在权利要求1所述的新型高可靠性低复杂度抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，对I/Q数据积分收集器恢复出的I符号序列和Q符号序列重新进行量化，其特征是：由I/Q数据积分收集器恢复出的I符号序列和Q符号序列，被同步地送入量化器，对每一时刻的I符号和Q符号重新做量化处理。
5、在权利要求1所述的新型高可靠性低复杂度抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器，对量化后的I符号序列和Q符号序列做单极点指数窗IIR滤波，其特征是：
Di和Dq在输入到单极点指数窗IIR(无限冲击响应)滤波器，按下式进行滤波。
        DCi(k)＝(1-β)·DCi(k-1)+β·Di(k)        (EQ1)
        DCq(k)＝(1-β)·DCq(k-1)+β·Dq(k)        (EQ2)
式中，DCi(k)是I通道的脉冲密度调制器控制电压序列，DCq(k)是Q通道的脉冲密度调制器控制电压序列。k是Di和Dq序列的下标。β是单极点IIR滤波器的遗忘因子。Di是原始I序列经过积分欠抽样、积分收集、量化过程而构成的新序列；Dq是原始Q序列经过积分欠抽样、积分收集、量化过程而构成的新序列。
6、在权利要求1所述的新型高可靠性低复杂度抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器中，单极点指数窗IIR滤波器的输出用于分别调整I通道的脉冲密度调制器控制电压和Q通道的脉冲密度调制器控制电压，其特征是：
(1)调整I通道的脉冲密度调制器控制电压
1)如果DCi(k)＞0，则将I通道的脉冲密度调制器的控制电压增加一个电压调整步长Δc；
2)如果DCi(k)＜0，则将I通道的脉冲密度调制器的控制电压减少一个电压调整步长Δc；
(2)调整Q通道的脉冲密度调制器控制电压
1)如果DCq(k)＞0，则将Q通道的脉冲密度调制器的控制电压增加一个电压调整步长Δc；
2)如果DCq(k)＜0，则将Q通道的脉冲密度调制器的控制电压减少一个电压调整步长Δc。
7、在权利要求1所述的新型高可靠性低复杂度抗干扰的I/Q信号A/D转换DC偏置控制器中，I通道的脉冲密度调制器和Q通道的脉冲密度调制器输出的密度调制脉冲，分别用于调整、补偿、控制I通道和Q通道的A/D转换器的DC偏置电压。
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