发送器电路、补偿值校正装置与同相与正交不平衡补偿值校正方法与流程

1.本发明关于一种校正同相与正交(in-phase and quadrature
–
phase，缩写iq)不平衡补偿值的方法与应用所述补偿方法的发送器电路。


背景技术：

2.零中频(zero intermediate frequency，缩写zero-if)发送器或零中频接收器的设计因仅使用一个混频级就将基频信号转换至射频，或者仅使用一个混频级就将接收到的射频信号直接转换为基频信号，而存在着iq不平衡的性能限制。形成iq不平衡原因在于，当同相信道与正交通道的响应有差异时，就会使通过同相通道与正交通道的两个信号具有不等的振幅或相位增益。
3.为解决零中频发送器或零中频接收器中存在的iq不平衡问题，需要一种可有效校正iq不平衡补偿值的方法。


技术实现要素：

4.本发明的一目的在于藉由有效校正iq不平衡补偿值解决零中频发送器或零中频接收器中存在的iq不平衡问题。
5.根据本发明的一实施例，一种发送器电路包括至少一发送信号处理装置、补偿装置以及补偿值校正装置。补偿装置用以接收输入信号，并根据第一补偿值处理输入信号以产生第一补偿过的输入信号，以及根据第二补偿值处理输入信号以产生第二补偿过的输入信号。至少一发送信号处理装置用以接收并处理第一补偿过的输入信号与第二补偿过的输入信号，以分别产生第一输出信号与第二输出信号。补偿值校正装置耦接至至少一发送信号处理装置的一输出端，用以接收第一输出信号与第二输出信号分别作为第一反馈信号与第二反馈信号，并执行一校正操作。补偿值校正装置包括一数字信号处理器，耦接至补偿装置，于校正操作中，数字信号处理器根据第一反馈信号于既定频率的能量、第二反馈信号于既定频率的能量、第一补偿值以及第二补偿值决定校正过的补偿值，以及将校正过的补偿值提供给补偿装置。
6.根据本发明的另一实施例，一种补偿值校正装置，用以校正一发送器的一补偿装置所使用的一或多个个补偿值，包括：功率频谱密度估算装置以及数字信号处理器。功率频谱密度估算装置用以估算接收自发送器的第一反馈信号于既定频率的能量与第二反馈信号于既定频率的能量，其中第一反馈信号根据第一补偿值被产生，第二反馈信号根据第二补偿值被产生。数字信号处理器耦接至功率频谱密度估算装置与补偿装置，用以于一校正操作中根据第一反馈信号于既定频率的能量、第二反馈信号于既定频率的能量、第一补偿值以及第二补偿值决定校正过的补偿值，以及将校正过的补偿值提供给补偿装置。
7.根据本发明的另一实施例，一种同相与正交不平衡补偿值校正方法，包括：估算接收自一发送器的一第一反馈信号于一既定频率的能量与一第二反馈信号于既定频率的能
量，其中第一反馈信号根据一第一补偿值被产生，第二反馈信号根据一第二补偿值被产生；根据第一反馈信号于既定频率的能量、第二反馈信号于既定频率的能量、第一补偿值以及第二补偿值决定一校正过的补偿值；以及根据校正过的补偿值处理后续接收到的一输入信号。
附图说明
8.图1显示根据本发明的一实施例所述的发送器电路。图2显示根据本发明的一实施例所述的发送器电路的数学模型。图3显示根据本发明的一实施例所述的同相与正交不平衡补偿值校正方法流程图。【符号说明】100:发送器电路110:发送信号处理路径120:反馈信号处理路径111:补偿装置112-1,112-2:数字模拟转换器113-1,113-2,123-1,123-2:滤波器114-1,114-2,124-1,124-2:混频器115:加法器116:缓冲电路117:功率放大器121:功率频谱密度估算装置122-1,122-2:模拟数字转换器125:数字信号处理器126:衰减器200:数学模型201,202:运算方块a,b,c,p:节点c
cancel
:补偿值c
image
:iq不平衡e
jωt
,e
jωct
,e-jωc(i+dt)
:信号g0,g1,g2:增益值lo:振荡信号
具体实施方式
9.图1显示根据本发明的一实施例所述的发送器电路。发送器电路100可包括发送信号处理路径110与反馈信号处理路径120。发送信号处理路径110中可包括多个级发送信号处理装置，用以处理发送信号，例如，将基频信号转换为射频信号。根据本发明的一实施例，发送信号处理路径110可包括补偿装置111、分别位于同相通道与正交通道上的数字模拟转
换器(digital to analog converter，缩写dac)112-1与112-2、滤波器113-1与113-2、混频器114-1与114-2、以及加法器115与缓冲电路116。补偿装置111可接收测试信号或原始输入信号，根据iq补偿值对接收到的信号执行iq不平衡的补偿，以产生补偿过的输入信号。其中，iq补偿值可以是针对同相通道与正交通道的振幅与相位进行补偿的补偿值，例如，补偿装置111可根据iq补偿值调整接收到的信号的振幅与相位，用以去除发送信号处理路径上的iq不平衡。
10.数字模拟转换器112-1与112-2分别用以于同相通道及正交通道上将补偿过的多个输入信号由数字域转为模拟域。滤波器113-1与113-2分别用以对接收到的信号执行滤波操作。混频器114-1与114-2分别用以将接收到的信号与一振荡信号lo相乘，用以将接收到的信号自基频转换为射频信号，其中提供给混频器114-1与114-2的振荡信号lo可为频率相同相位正交的两信号。加法器115用以将同相通道与正交通道上的信号合并。缓冲电路116可以是功率放大器117的驱动电路，用以缓冲接收到的射频信号并推动后级的功率放大器117。功率放大器117用以于射频信号通过天线被发送出去前将之放大。
11.于本发明的实施例中，可利用一零中频接收器作为反馈信号处理路径120的基本架构。例如，反馈信号处理路径120可包括多个反馈信号处理装置，例如，衰减器126、分别位于同相通道与正交通道上的混频器124-1与124-2、滤波器123-1与123-2、以及模拟数字转换器(analog to digital converter，缩写adc)122-1与122-2、功率频谱密度估算装置121与数字信号处理器125。其中衰减器、混频器、滤波器、模拟数字转换器与数字信号处理器125皆为一般零中频接收器所具有的组件。
12.反馈信号处理路径120可耦接至至少一发送信号处理装置的一输出端，例如，缓冲电路116的输出端，用以自输出端接收由发送信号处理装置所产生的输出信号作为反馈信号，并处理反馈信号。衰减器126用以衰减接收到的反馈信号。混频器124-1与124-2分别用以将接收到的反馈信号与振荡信号lo相乘，用以将接收到的反馈信号自射频转换为基频信号。滤波器123-1与123-2分别用以对接收到的反馈信号执行滤波操作。模拟数字转换器122-1与122-2分别用以将反馈信号由模拟域转为数字域。功率频谱密度估算装置121可对接收到的反馈信号执行快速傅立叶变换，以产生频域的反馈信号，并估算反馈信号的功率在频域的分布状况。数字信号处理器125耦接至功率频谱密度估算装置121与补偿装置111，用以根据反馈信号的频域功率信息执行一校正操作，以校正由补偿装置111所使用的一或多个补偿值。
13.于本发明的实施例中，于发送信号处理路径110上的组件以及功率放大器117与天线可作为一个整体被视为一发送器，而于反馈信号处理路径120上的一或多个组件可作为一个整体被视为一补偿值校正装置，用以辅助校正操作的执行，以校正发送器的补偿装置111所使用的一或多个补偿值。
14.根据本发明的一实施例，校正操作可包括一或多次迭代的操作。于校正操作的开始，数字信号处理器125可先设定补偿装置111所使用的多个初始补偿值，其至少包括一第一补偿值与一第二补偿值，并将测试信号送入发送器的接收端，例如，补偿装置111的接收端。其中，初始补偿值可以是任意选定的数值，或者适当调整先前所得的一较佳补偿值后产生的数值。而送入发送器的测试信号可以是包括/结合一同相成分与一正交成分的一单频信号，或者可以是频率相同且相位正交的两个单频信号，例如，角频率为ω的余弦信号cos
ωt与正弦信号sinωt。需注意的是，本发明并不限定产生/提供测试信号的装置。例如，测试信号亦可由耦接至补偿装置111接收端的另一信号产生装置(图未示)产生。
15.此外，需注意的是，所述的补偿值可以是一多个(complex number)，其中实部的数值为振幅补偿值，虚部的数值为相位补偿值，也可以仅是一振幅补偿值或一相位补偿值。
16.于本发明的实施例中，假设反馈信号处理路径120上的节点c与p之间的传输路径为理想的传输路径，即，不存在iq不平衡，或者反馈信号处理路径120上iq不平衡已被校正完好而接近于0了，则输入信号自补偿装置111的接收端经由发送信号处理路径110与反馈信号处理路径120所经历的信号处理可由一数学模型表示。
17.图2显示根据本发明的一实施例所述的发送器电路自补偿装置111的输入端起至节点p的信号处理所对应的数学模型，其中运算方块201与202用以表示取共轭复数(complex conjugate)的运算。于数学模型200的输入端的信号e
jωt
用以代表前述送入发送器的余弦信号cosωt与正弦信号sinωt的一结合，其中e
jωt
＝cosωt+jsinωt，经补偿装置111根据补偿值c
cancel
对输入信号的振幅与相位执行iq不平衡补偿(例如，调整输入信号的振幅与相位)后，输入信号会被传递至发送信号处理路径110上的后续装置，由各装置依序根据接收到的输入信号作对应的处理(例如，于先前段落所介绍过的信号处理，包含分别于同相通道与正交通道上所为的信号处理)，并且于节点b产生对应的输出信号。其中，c
image
代表因自节点a起同相通道与正交通道的不匹配而产生的iq不平衡，g0与g1代表自节点a至节点b的信号处理路径上的增益值，于进入节点b之前将信号与信号e
jωct
的运算代表混频器114-1与114-2所为的升频操作，g2代表衰减器的增益值，于进入节点p之前将信号与信号e-jωc(t+dt)
的运算代表混频器124-1与124-2所为的降频操作，dt代表信号处理路径上的总延迟。
18.利用数学模型200，于a、b、p节点的各信号的数学表示式可被推导如下：a＝e
jwt
+c
cancel
e-jwt
ꢀꢀ
式(1)b＝e
jwct
g1{g0(e
jwt
+c
cancel
e-jwt
)+c
image
[g0(e
jwt
+c
cancel
e-jwt
)]
*
}＝e
jwct
g1{(g0+c
imageg0*ccancel*
)e
jwt
+(g0c
cancel
+g
0*cimage
)e-jwt
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)p＝e-jwc(t+dt)
g2e
jwct
g1{(g0+c
imageg0*ccancel*
)e
jwt
+(g0c
cancel
+g
0*cimage
)e-jwt
}＝e-jwcdt
g2g1{(g0+c
imageg0*ccancel*
)e
jwt
+(g0c
cancel
+g
0*cimage
)e-jwt
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(3)
[0019]
若取节点p于角频率为-ω的信号e-jwct
系数并将之整理如下：e-jwcdt
g2g1(g0c
cancel
+g
0*cimage
)＝g(c
cancel
+c
image
)
ꢀꢀ
式(4)
[0020]
其中因增益值g0为实数，g
0*
＝g0，且可假设g-e-jwcdt
g2g1g0。
[0021]
其中角频率-ω即为因发送信号处理路径上存在iq不平衡而产生不想要的镜像信号所在的频率。
[0022]
藉由数学模型200的推导，可得知当测试信号为角频率为ω的一对余弦信号cosωt与正弦信号sinωt时，若能将c
cancel
校正至一最佳值c
best
，使c
best
＝-c
image
，则可使镜像信号的能量降至0，如此便可有效去除发送信号处理路径上的iq不平衡，其中最佳值c
best
可以是一复数，实部的数值为振幅补偿值，虚部的数值为相位补偿值。
[0023]
根据本发明的一实施例，于校正操作中，可分别于发送信号处理路径110上分别设定两个不同的初始补偿值，例如，补偿值c0与c1，其中补偿值c0与c1可以是复数，用以处理测试信号，并且利用功率频谱密度估算装置112估算对应于初始补偿值c0与c1的两个反馈信号
于既定频率，即，前述的镜像信号所在的频率(例如，角频率-ω)的能量，例如，p0与p1。若将补偿值c0与c1以及能量p0与p1分别带入式(4)，可得以下两式：p0＝g(c0+c
image
)
ꢀꢀ
式(5)p1＝g(c1+c
image
)
ꢀꢀ
式(6)
[0024]
利用式(5)与式(6)可推导出式(7)与式(8)如下：p0/p1＝(c0+c
image
)/(c1+c
image
)
ꢀꢀ
式(7)c
image
＝(p0c
1-c0p1)/(p
1-p0)
ꢀꢀ
式(8)
[0025]
利用式(8)可进一步推导出式(9)如下：
[0026]
更具体的说，于校正操作中，补偿装置111可分别根据补偿值c0与c1处理输入信号，例如，角频率为ω的一对余弦信号cosωt与正弦信号sinωt，以分别产生第一补偿过的输入信号，以及第二补偿过的输入信号，其中第一补偿过的输入信号可以是由补偿装置111根据补偿值c0执行过振福及/或相位补偿后产生的一对相位正交的信号，第二补偿过的输入信号可以是由补偿装置111根据补偿值c1执行过振福及/或相位补偿后产生的一对相位正交的信号。
[0027]
补偿过的输入信号在经由具有同相通道与正交通道的发送信号处理路径110上的后续装置作对应的处理后产生对应的第一输出信号与第二输出信号。接着，补偿值校正装置可自缓冲电路116的输出端接收第一输出信号与第二输出信号分别作为第一反馈信号与第二反馈信号，并且由功率频谱密度估算装置121估算第一反馈信号于既定频率的能量p0与第二反馈信号于既定频率的能量p1，其中既定频率可以是输入频率(例如，ω)的镜射频率(例如，-ω)，因此，于本发明的实施例中，既定频率的一绝对值与输入频率的一绝对值相等。于分别取得能量p0与p1的信息后，数字信号处理器125可利用式(9)根据补偿值c0与c1及能量p0与p1计算出最佳值c
best
作为校正过的补偿值，以及将校正过的补偿值提供给补偿装置111。其中，如式(9)所示，数字信号处理器125可根据补偿值c0与c1的一差值以及能量p0与p1的一差值决定校正过的补偿值。
[0028]
需注意的是，于本发明的一些实施例中，图1中模拟数字转换器122-1与122-2的输出也可直接被提供给功率频谱密度估算装置121以分别做为其输入的实部信号与虚部信号，并且可由功率频谱密度估算装置121计算出前述于节点p的信号。
[0029]
于本发明的实施例中，补偿值校正装置可于计算出最佳值c
best
后，便结束校正操作，也可将以上操作视为校正操作的第一次迭代(iteration)，并基于第一次迭代中所计算出的最佳值c
best
再执行一或多次的迭代。于第二次迭代中，补偿值校正装置可根据最佳值c
best
重新产生补偿值c0与c1，例如，藉由微调最佳值c
best
重新产生补偿值c0与c1，并由补偿装置111可根据新的补偿值c0与c1处理输入信号，以分别产生第三补偿过的输入信号以及第四补偿过的输入信号，其中第三补偿过的输入信号可以是由补偿装置111根据新的补偿值c0执行过振福及/或相位补偿后产生的一对相位正交的信号，第四补偿过的输入信号可以是由补偿装置111根据新的补偿值c1执行过振福及/或相位补偿后产生的一对相位正交的信
号。
[0030]
于发送信号处理路径110上的装置接收并处理补偿过的输入讯后产生对应的第三输出信号与第四输出信号。接着，补偿值校正装置可自缓冲电路116的输出端接收第三输出信号与第四输出信号分别作为第三反馈信号与第四反馈信号，并且由功率频谱密度估算装置121估算第三反馈信号于既定频率的能量p0与第四反馈信号于既定频率的能量p1。于分别取得能量p0与p1的信息后，数字信号处理器125可再次利用式(9)根据补偿值c0与c1及能量p0与p1计算出新的最佳值c
best
以更新校正过的补偿值，以及将此(更新过的)校正过的补偿值提供给补偿装置111。
[0031]
于计算出新的最佳值c
best
后，数字信号处理器125可判断是否需进行校正操作的次一迭代，或者结束校正操作。当数字信号处理器125判断可结束校正操作时，数字信号处理器125可不再更新提供给补偿装置111的补偿值，并使补偿装置111不再接收测试信号。数字信号处理器125也可控制反馈信号处理路径上的其他组件停止运作。于校正操作完成后，补偿装置111于尔后操作中可接收一般的输入信号作为原始输入信号，并且根据最新取得的补偿值对后续接收到的输入信号执行iq不平衡的补偿，以产生补偿过的输入信号。
[0032]
图3显示根据本发明的一实施例所述的同相与正交不平衡补偿值校正方法流程图，包括由补偿值校正装置执行的以下步骤：
[0033]
步骤s302:估算接收自发送器的第一反馈信号于既定频率的能量与第二反馈信号于既定频率的能量，其中第一反馈信号根据第一补偿值被产生，并且为经由具有同相通道与正交通道的发送信号处理路径110上的一或多个发送信号处理装置作对应的处理后所产生的输出信号，第二反馈信号根据第二补偿值被产生，并且为经由具有同相通道与正交通道的发送信号处理路径110上的一或多个发送信号处理装置作对应的处理后所产生的输出信号。
[0034]
步骤s304:根据第一反馈信号于既定频率的能量、第二反馈信号于既定频率的能量、第一补偿值以及第二补偿值决定一校正过的补偿值。
[0035]
步骤s306:根据校正过的补偿值处理后续接收到的一输入信号。
[0036]
根据本发明的一实施例，步骤s306可更包括根据校正过的补偿值产生新的两个补偿值，并重复执行步骤s302、s304与s306，直到数字信号处理器125判断预设的迭代次数已到达或者反馈信号于既定频率的能量已满足既定条件(例如，小于一临界值)时，数字信号处理器125可结束校正操作。待校正操作结束后，发射器可于尔后操作中根据最新取得的补偿值执行iq不平衡的补偿。
[0037]
经由于校正操作中执行本发明所提出的补偿值校正方法，镜像信号的能量可在校正操作中逐渐被降低，因此可有效地藉由校正补偿装置所使用的补偿装置消除发送器内的iq不平衡。
[0038]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。