专利名称：利用自适应模拟正交调制器补偿的通信系统中的差分同相正交延迟补偿的系统及方法
技术领域：
本发明涉及数字通信领域，具体涉及结合用于单边带传输的正交调制的无线电发射机。
背景技术：
在数字信息的RF传输中，数字数据被映射为待调制到正交载波上的符号。正交调制器可应用于数字域，产生实际IF数字信号，或者可应用于模拟域。由于数字正交调制器很完善，所以结果是单边带抑制载波模拟信号。模拟正交调制器(AQM)不完善；两个基带信号通道之间的增益、相位和DC不平衡使图像和本机振荡器(LO)频率分量泄漏到所得模拟调制信号上。
调制模拟信号直接或者通过多个转换级转换成预期RF工作频率。RF信号则采用功率放大器放大到预期输出功率。功率放大器呈现极强的非线性，它对于可变幅度调制方案、如WCDMA产生到相邻频带的极大频谱泄漏。由于这种泄漏受到政府机构的严格控制，所以必须通过影响发射机效率的在更线性区域操作功率放大器，或者通过采用线性化方案、如前馈或数字前置补偿，使其为最小。
采用数字前置补偿线性化方案的许多系统需要大的带宽来适应补偿信号。现有数模转换器(DAC)技术对于宽带宽系统阻止使用数字正交调制器，因为可实现的最大带宽被限制为FDAC/2Hz。然而，利用模拟正交调制器的模拟基带系统实际上具有双倍带宽容量。
在多载波传输系统中，复合基带信号可能具有多个频率偏移载波。如果这些载波关于0Hz对称，则从模拟正交调制器的不完善所建立的图像隐藏在相反载波之下。但是，为了帮助设计发射机，许多系统能够把基带载波定位在任意偏移频率。在这种情况中，图像是可见的，并且在没有被最小化时可能违反频谱发射要求。
图像边带抑制的质量取决于调制器的输入信号通道上或者内部本机振荡器中出现的同相与正交通道之间的增益和相位平衡的质量。另外，同相与正交通道之间的任何相对DC偏移使载波抑制降级。
因此，目前需要一种系统及方法，用于在通信系统的模拟正交调制器之前补偿施加到同相和正交通道的增益和相位不平衡。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种用于补偿利用模拟正交调制器的通信系统的同相与正交信号通道之间的相对时间延迟的方法。该方法包括以数字方式计算同相和正交信号通道的计时误差，并且调节同相和正交信号通道中的一个或两个以便消除同相与正交信号通道之间的相对时间延迟。
在该方法的一个优选实施例中，以数字方式计算同相和正交信号通道的计时误差包括从前向通道信号和观察信号计算计时误差。更具体来说，同相信号通道的计时误差从同相前向通道信号和观察信号的延迟同相部分的互相关与同相前向通道信号与观察信号的提前同相部分的互相关之间的差异来计算。正交信号通道的计时误差从前向通道信号的正交部分和观察信号的延迟正交部分的互相关与前向通道信号的正交部分和观察信号的提前正交部分的互相关之间的差异来计算。调节同相和正交信号通道中的一个或两个以便消除相对时间延迟优选地包括修改前向通道中的内插滤波器的系数。该方法还可包括累计同相计时误差和/或正交计时误差，以及调节同相和正交信号通道中的一个或两个以便补偿相对时间延迟可包括采用累计同相和正交计时误差来修改同相和正交前向通道上的内插滤波器的系数。
根据另一方面，本发明提供一种用于补偿数字调制发射机的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法。该方法包括从前向通道和发射机的观察通道接收同相和正交数字信号，采用观察通道和前向通道同相数字信号之间的互相关以数字方式计算同相计时误差，采用观察通道和前向通道正交数字信号之间的互相关以数字方式计算正交计时误差，以及确定同相与正交计时误差之间的绝对差值。该方法还包括采用同相计时误差和正交计时误差来校正前向信号通道中的同相和正交信号之间的相对时间延迟，以及采用同相和正交计时误差之间的绝对差值来修改前向信号通道中的计时误差校正的环路增益。
在该方法的一个优选实施例中，校正前向信号通道中的同相和正交信号之间的相对时间延迟包括采用从同相和正交计时误差所计算的系数来修改前向信号通道中的内插滤波器的系数。内插滤波器优选地在同相和正交前向通道中引入分数延迟。例如，内插滤波器的系数值可通过时间偏移sinc函数来计算。在校正计时误差时优选地在同相和正交前向信号通道之间相等地划分同相和正交信号之间的相对时间延迟。计算互相关优选地包括计算同相和正交前向通道信号与提前和延迟同相及正交观察通道信号的互相关。该方法还可包括在互相关计算之前内插观察通道信号。
根据另一方面，本发明提供一种用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的系统。该系统包括前向通道输入端，用于接收数字同相和正交前向通道信号；以及同相和正交内插电路，耦合到前向通道输入端，接收同相和正交前向通道信号和采用内插系数分别对其进行时间调节。该系统还包括适配电路块，它耦合到前向通道输入端，接收同相和正交通道信号，并且还具有用于接收与通信系统的抽样输出对应的同相和正交数字观察信号的观察通道输入端。适配电路块接收同相和正交前向通道和观察信号，以及从同相和正交前向通道和观察信号计算内插系数，并向同相和正交内插电路提供内插系数。
在该系统的一个优选实施例中，同相和正交内插电路包括有限脉冲响应滤波器，以及内插系数包括滤波器系数。有限脉冲响应滤波器优选地在同相和正交前向通道中引入相等且相反的分数时间延迟。适配电路块优选地包括同相互相关计算电路块，接收同相前向通道和观察信号，并对其执行互相关计算；正交互相关计算电路，接收正交前向通道和观察信号，并对其执行互相关计算；以及系数计算电路块，经过耦合以便接收同相和正交相关计算电路块的输出。适配电路块还可包括耦合在观察通道输入与同相和正交互相关计算电路块之间的同相和正交分数内插滤波器。在一个实施例中，适配电路块可包括通过同相和正交观察信号与前向通道信号之间的互相关的误差所驱动的同相和正交延迟锁定环路。
本发明的其它特征和优点在以下详细说明中进行阐述。
图1是用于实现通信系统中的AQM补偿的优选电路的示意图。
图2是相对信号通道延迟对旋转相量的正交误差的影响的图形表示。
图3是使两个(IQ)信号通道之间的大块时间延迟或平均频率延迟为最小的作用的图形表示。
图4是根据本发明的第一实施例、用于实现采用AQM补偿的通信系统中的差分IQ延迟补偿的电路的示意图。
图5是根据本发明的第二实施例、用于实现采用AQM补偿的通信系统中的差分IQ延迟补偿的电路的示意图。
图6是采用模拟正交调制器(AQM)和AQM补偿的通信系统的示意框图。
具体实施例方式
本发明提供用于采用模拟正交调制器(AQM)和AQM补偿的通信系统中的差分IQ延迟补偿的系统及方法。AQM补偿校正AQM相关增益和相位不平衡，并在通信系统的模拟正交调制器之前应用于同相和正交通道。
图6是采用模拟正交调制器(AQM)和AQM补偿的通信系统的示意框图。所示通信系统是数字调制无线发射机，并包括前向通道100和观察通道102。前向通道100包括接收调制数字I、Q输入信号的输入端104。输入信号可能是宽带宽RF蜂窝通信信号，例如WCDMA信号。输入信号被提供给数字前置补偿器106，它补偿由发射机中的非线性元件所引入的失真。数字前置补偿器106的输出被提供给AQM补偿电路块108，它提供对于AQM114所引入的增益和相位不平衡的自适应补偿，下面进行更详细说明。AQM补偿块108的输出被提供给数模(D/A)转换器110、112，它们向AQM114提供模拟I、Q信号。AQM114可包括用于上变频到RF载波频率的电路，或者可采用附加的传统上变频电路块。已调制RF信号被提供给功率放大器116，它把放大RF输出信号提供给在蜂窝通信应用中耦合到RF输出信号的无线传输的适当天线的输出端118。诸如附加增益级、滤波器和耦合器之类的附加传统电路组件可设置在前向通道100中，如本领域的技术人员众所周知的那样。观察通道102接收来自抽样耦合器120的模拟抽样RF输出信号，并经由传统电路124对RF信号进行下变频及解调。来自电路块124的抽样模拟I、Q信号通过A/D转换器126、128转换为I、Q数字信号，A/D转换器126、128将它们作为I、Q数字观察信号提供给AQM补偿块108。如果数字前置补偿器106是自适应的，则这些观察通道I、Q信号也被提供给前置补偿器106。在这样一种实现中，为了前置补偿器106的精确适配，将需要观察和前向通道信号的绝对时间对准，并且这类时间对准的信号可被提供给AQM补偿块108，取代从A/D电路126、128提供的信号。例如，可采用前向通道和观察通道信号的互相关绝对时间对准，如2004年7月9日提交的美国临时申请序号60/586906中所述，通过引用将其公开结合到本文中。可提供附加观察通道电路，例如适当的缓冲器、求平均电路块以及本领域的技术人员已知的其它实现特定电路。
实现AQM补偿块108的一个优选方法如图1和图4所示。图1的电路能够把相反增益、相位和DC偏移施加到同相和正交通道，而不是模拟正交调制器中呈现的那些。更具体来说，增益电路1、2、3、4以及组合器5、6校正增益和相位误差，以及加法电路7、8接收DC偏移校正。
图1所示的补偿电路依靠成为频率无关的正交调制降级。如果存在频率相关性，则可能仅对特定频率来优化电路，从而使用于宽信号带宽的这种技术的功效降低。一种用于提供发射机中的频率相关正交误差的机制是同相和正交信号通道之间的群时延的差异。图4的电路补偿这种群时延误差，并改进AQM补偿的有效性。
图2说明相对信号通道延迟对旋转相量的正交误差的影响。迹线1表示没有延迟的相量，没有提供正交误差并且提供完全的圆形轨迹。迹线2表示具有在正交信号通道中引入的任意时间延迟的相同相量的轨迹。该轨迹的增益和相位偏斜。但是，对于这个具体频率，增益和相位偏移可应用于补偿电路，以便校正正交误差，从而使轨迹返回到迹线1的圆形。迹线3表示以迹线2所示的频率的两倍但具有相同时间延迟的旋转相量的轨迹。可以看到，需要不同的增益和相位偏移来校正这种正交误差。
因此，同相和正交信号通道之间的相对群时延是用于正交调制的降级的附加机制。使相对群时延为最小的一种有效方法是使两个信号通道之间的大块时间延迟或平均频率延迟为最小，如图3所示。本发明提供用于使同相和正交信号通道之间的相对大块时间延迟为最小的系统及方法。在一个优选实施例中，这通过修改各通道中的频率平坦分数计时内插滤波器来实现。
图4是根据本发明的第一实施例、用于实现采用AQM补偿的通信系统中的差分IQ延迟补偿的电路的示意图。在优选实施例中，估算IQ时间偏移所需的信号处理为块处理。在图4中，FWD和OBS因而可表示有限长度的数据捕捉缓冲器。图4说明用于补偿正交计时误差的相关前向通道13和适配块14的电路块。对前向通道处理块13的输入是来自图1的电路的AQM补偿信号的同相分量10和正交分量20。或者，图1的电路的操作可结合到前置补偿器106(图6)中，并且来自前置补偿器106的前置补偿后的数字信号包括对前向通道处理块13的输入的同相分量10和正交分量20。计时偏移通过一对内插FIR滤波器11和21来实现，它们分别在I和Q通道中引入相等但相反的分数时间延迟。延迟补偿后的输出12和22则可经过进一步处理，或者直接发送到数模转换器110、112(图6)。
在优选实施例中，内插滤波器11和21是频率平坦N抽头的有限脉冲响应滤波器。系数值根据时间偏移sinc函数来计算，如下式(1)所示，其中N为系数的数量，以及Δt为I和Q通道之间的相对时间延迟。所引入的时间延迟在两个通道之间相等地划分。系数的数量被选择成优化通带平坦性和实现成本。另外，频率响应可通过适当窗口函数的应用来进一步优化，以便使纹波为最小。
FIR_coeffs=sin(πT)πTT≠01T=0---(1)]]>T=-(N-1)2±Δt2:(N-1)2±Δt2]]>内插滤波器11和21的系数由适配块14来优化。这个块采用前向通道信号的同相(I)通道分量10和正交(Q)通道分量20以及来自观察通道、取自功率放大器的输出并且下变频为基带的观察信号的I和Q通道分量30、40作为其输入，如上所述(结合图6)。我们假定，在这里，前向通道和观察通道信号按照例如在采用自适应前置补偿的实现中最大化的两个信号的绝对时间上互相关来进行时间对准。在优选实施例中，没有发生进一步的外部计时适配，直到已经优化内插滤波器系数。
IQ延迟采用分别服务于同相和正交通道的两个延迟锁定环(DLL)来导出。各DLL通过参考信号10或20与观察信号30或40的两个互相关之间的误差来驱动；两个互相关通过观察信号的时间延迟和时间提前形式来区分。
在优选实施例中，内插滤波器11和21的系数的适配完全在数字信号处理器中进行。当适配完成时，前向通道中的滤波器11和21的系数被更新。图4的实施例采用数字信号处理器中的附加内插滤波器31和41，但是不需要像滤波器11和12那么复杂，因为通带平坦性在这种情况中是较小的问题。
滤波器31和41的输出与参考信号10和20一起进入相关计算块32和42。同相通道的早/迟门互相关按照下式(2)所示来计算；正交通道的等效相关在等式(3)中表示。
E^I_early=Σp=1+DLL_GAPLEN-DLL_GAPFWDI[p].OBSI[p+DLL_GAP]---(2)]]>E^I_late=Σp=1+DLL_GAPLEN-DLL_GAPFWDI[p].OBSI[p-DLL_GAP]]]>E^Q_early=Σp=1+DLL_GAPLEN-DLL_GAPFWDQ[p].OBSQ[p+DLL_GAP]---(3)]]>E^Q_late=Σp=1+DLL_GAPLEN-DLL_GAPFWDQ[p].OBSQ[p-DLL_GAP]]]>时间偏移DLL_GAP优选地根据传送波形的特性来选择，在其中，其调制包络可能限制中心相关波瓣，因而限制锁定范围。在优选实施例中，偏移为两个样本。
两个通道的计时误差在分别如下式(4)和(5)所示的计时延迟估算和求平均块33、43中计算，其中，E是对所累计数据捕捉缓冲器的数量i的期望值或平均值。
EI=E[DLL_LOOP_GAIN*(E^I_late[i]-E^I_early[i]LEN)]---(4)]]>EQ=E[DLL_LOOP_GAIN*(E^Q_late[i]-E^Q_early[i]LEN)]---(5)]]>计时延迟估算块的输出是各通道的当前计时偏移误差。块34和44累计这些误差，并采用等式(1)重新计算内插滤波器31、41的系数。
两个通道之间的绝对误差差值在块(50)中计算，它用作对两个比较器65和75的输入。比较器65具有由输入60设置的最大误差差异门限，并用于随着环路收敛减小等式(4)和(5)中的DLL_LOOP_GAIN，这减小收敛结果的方差。比较器75由下门限70控制，并确定两个环路已经充分收敛的时间。
两个环路不仅对IQ相对延迟收敛，而且在已经禁用主计时算法之后的任何残余时还对参考和观察通道之间的时间延迟收敛。只有I和Q通道之间的相对时间延迟才是在前向通道中重要的，从而避免任何不必要的时间延迟，块80在更新前向通道内插滤波器11和21之前消除两个通道之间的任何公共时间偏移。这由比较器75的输出来触发。
本发明的第二实施例如图5所示。在第二实施例中，图4的内插滤波器(31和41)被移去，以及前向通道内插器15、25直接被修改，如图5所示。如第一实施例中那样，块80用于在更新前向通道内插滤波器之前消除I和Q通道之间的任何公共时间偏移。比较器75用于在环路已经收敛时禁用前向通道内插器15和25的更新。
虽然已经描述了具体的详细实施例，但是它们不应当被看作实际限制，因为本领域的技术人员会理解，采用本发明的理论可提供各种修改。
权利要求
1.一种用于补偿利用模拟正交调制器的通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，包括以数字方式计算所述同相和正交信号通道的计时误差；以及调节所述同相和正交信号通道中的一个或两个以消除所述同相和正交信号通道之间的相对时间延迟。
2.如权利要求1所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，以数字方式计算所述同相和正交信号通道的计时误差包括从前向通道信号和观察信号来计算所述计时误差。
3.如权利要求2所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，以数字方式计算所述计时误差包括从所述同相前向通道信号和所述观察信号的延迟同相部分的互相关与所述同相前向通道信号和所述观察信号的提前同相部分的互相关之间的差值来计算所述同相信号通道的所述计时误差。
4.如权利要求3所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，以数字方式计算所述计时误差还包括从所述前向通道信号的正交部分和所述观察信号的延迟正交部分的互相关与所述前向通道信号的正交部分和所述观察信号的提前正交部分的互相关之间的差值来计算所述正交信号通道的所述计时误差。
5.如权利要求2所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，调节所述同相和正交信号通道中的一个或两个包括修改所述前向通道中的内插滤波器的系数。
6.如权利要求3所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，还包括累计所述同相计时误差，以及其中调节所述同相和正交信号通道中的一个或两个以补偿所述相对时间延迟包括采用所累计的同相计时误差来修改所述同相前向通道上的内插滤波器的系数。
7.如权利要求4所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，还包括累计所述正交计时误差，以及其中调节所述同相和正交信号通道中的一个或两个以补偿所述相对时间延迟包括采用所累计的正交计时误差来修改所述正交前向通道上的内插滤波器的系数。
8.一种用于补偿数字调制发射机的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，包括接收来自发射机的前向通道和观察通道的同相和正交数字信号；采用所述观察通道和前向通道同相数字信号之间的互相关以数字方式计算同相计时误差；采用所述观察通道和前向通道正交数字信号之间的互相关以数字方式计算正交计时误差；确定所述同相和正交计时误差之间的绝对差值；采用所述同相计时误差和正交计时误差来校正所述前向信号通道中的所述同相和正交信号之间的所述相对时间延迟；以及采用所述同相和正交计时误差之间的所述绝对差值来修改所述前向信号通道中的计时误差校正的环路增益。
9.如权利要求8所述的用于补偿数字调制发射机的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，校正所述前向信号通道中的所述同相和正交信号之间的所述相对时间延迟包括采用从所述同相和正交计时误差所计算的系数来修改所述前向信号通道中的内插滤波器的系数。
10.如权利要求9所述的用于补偿数字调制发射机的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，所述内插滤波器在所述同相和正交前向通道中引入分数延迟。
11.如权利要求9所述的用于补偿数字调制发射机的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，所述系数值通过时间偏移sinc函数来计算。
12.如权利要求8所述的用于补偿数字调制发射机的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，所述同相和正交信号之间的所述时间延迟在校正所述同相和正交前向信号通道时被相等地划分。
13.如权利要求8所述的用于补偿数字调制发射机的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，计算所述互相关包括计算所述同相和正交前向通道信号与提前和延迟的同相和正交观察通道信号的互相关。
14.如权利要求13所述的用于补偿数字调制发射机的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的方法，其特征在于，还包括在所述互相关计算之前内插所述观察通道信号。
15.一种用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的系统，包括前向通道输入端，用于接收数字同相和正交前向通道信号；同相和正交内插电路，耦合到所述前向通道输入端，接收同相和正交前向通道信号并且采用内插系数分别对其进行时间调节；以及适配电路块，耦合到所述前向通道输入端并且具有用于接收与所述通信系统的抽样输出对应的同相和正交数字观察信号的观察通道输入端，用于接收所述同相和正交前向通道及观察信号，并从所述同相和正交前向通道和观察信号计算所述内插系数，以及把所述内插系数提供给所述同相和正交内插电路。
16.如权利要求15所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的系统，其特征在于，所述同相和正交内插电路包括有限脉冲响应滤波器，以及所述内插系数包括滤波器系数。
17.如权利要求16所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的系统，其特征在于，所述有限脉冲响应滤波器在所述同相和正交前向通道中引入相等但相反的分数时间延迟。
18.如权利要求15所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的系统，其特征在于，所述适配电路块包括同相互相关计算电路块，接收所述同相前向通道和观察信号，并对其执行互相关计算；正交互相关计算电路，接收所述正交前向通道和观察信号，并对其执行互相关计算；以及系数计算电路块，经过耦合以接收所述同相和正交校正计算电路块的输出。
19.如权利要求18所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的系统，其特征在于，所述适配电路块还包括耦合在所述观察通道输入端与所述同相和正交互相关计算电路块之间的同相和正交分数内插滤波器。
20.如权利要求15所述的用于补偿通信系统的同相和正交信号通道之间的相对时间延迟的系统，其特征在于，所述适配电路块包括通过所述同相和正交观察信号与前向通道信号之间的互相关中的误差所驱动的同相和正交延迟锁定环。
全文摘要
公开用于补偿结合了模拟正交调制器(114)的数字调制发射机的同相I和正交Q通道之间的时间延迟的系统及方法。同相I和正交Q通道之间的时间延迟被计算并用于校准前向通道中的一组内插滤波器(11，21)，它们补偿这种延迟，从而减小模拟正交调制器的性能的频率相关降级。所公开的系统及方法在更宽的带宽上在模拟正交调制器中提供增益、相位和DC偏移的改进补偿。分数延迟内插滤波器可用来估算同相和正交通道之间的延迟。这消除了对于工厂校准过程的需要，从而加快制造速度并降低成本。
文档编号H04L25/49GK101027865SQ200580029767
公开日2007年8月29日 申请日期2005年7月7日 优先权日2004年7月9日
发明者C·G·卢克, I·约翰逊, S·A·伍德 申请人:电力波技术公司