CN1984101B - 一种tdd系统中收信机i/q校准方法以及收发信机平台 - Google Patents
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Abstract
一种TDD系统中收信机I/Q不平衡校准方法以及收发信机平台。所述方法包括：使能发信机处于工作状态，基带模块产生信号发送到发信机；使能收信机处于工作状态，接收发信机信号，并将获取的信号发送到基带模块进行I/Q不平衡校准处理。本发明依据TDD系统收发同频特性，以及发信机本身I/Q的精度完全可以满足接收机的I/Q不平衡性能要求的特点，利用发射机泄漏到接收机的射频信号进行IQ不平衡测量和校准，将接收机的I/Q不平衡校准到发信机的不平衡精度上来，提高了效率，减少了对仪器仪表的需求，由于本方法的效率极高，从而降低了系统对接收机集成电路(IC)的要求，为降低接收机IC的成本提供了可能。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术和检测技术，尤其是一种TDD系统中收信机I/Q不平衡的校准方法，以及能够进行I/Q自检的收发信机平台。
背景技术
在通信系统中，发射和接收链路同相分量I和正交分量Q都或多或少地存在着相位和幅度不平衡，这种I/Q不平衡直接导致发射和接收链路信号质量的恶化。
在发信机一端，一般数字电路不会带来I/Q不平衡，从DAC开始到正交上变频，电路的一致性以及混频器正交性的不理想，产生了发信机I/Q不平衡。一般情况下，发信机硬件电路的设计能够保证达到性能的要求：幅度不平衡典型值为0.01dB，极端情况不超过0.1dB，相位不平衡的典型值为1°到2°，极端情况不超过3°，因此，发信机通常情况下不必进行校准即满足技术性能要求。
在收信机一端，无论是外差式收信机还是直接变频收信机，从正交下变频起即产生I/Q不平衡，虽然大规模集成化电路提高了电路的正交性能和一致性，但是受收信机硬件电路自身的影响，I/Q不平衡的技术指标仍然不能满足要求，尤其是相位不平衡比较大。一般情况下，收信机的幅度不平衡的典型值为0.01dB，相位不平衡的典型值从3°到12°不等，并且离散性很大。相位的不平衡导致收信机信号质量明显恶化，因而仅靠收信机电路设计无法保证，对收信机I/Q不平衡进行校准变得迫切而必要。
收信机I/Q不平衡的校准可分为硬件校准和软件校准两种。收信机I/Q不平衡的硬件校准是在收发信机完成的，一般是对I/Q其中一路采用硬件的方法进行补偿，当正交混频器的正交两路本振相位差不是90°时，对其中一路增加一个移相器进行补偿，使其两路相位达到正交；当I/Q两路放大滤波不一致，导致幅度不平衡时，对其中幅度大的一路进行衰减。这种硬件补偿的方法缺点在于：由于增加了硬件，因而提高了系统复杂性和成本；并且，硬件补偿自身又带来了不一致性，校准结果很难达到较高精度。
I/Q不平衡的收信机软件校准一般是由信号发生器输出射频信号送给收信机，接收机将I/Q信号送往基带处理器，由基带处理器的软件算法测量出收信机的I/Q不平衡并根据I/Q不平衡测量值进行校准。I/Q不平衡的软件校准，不同于硬件校准之处在于它是在基带部分经过数字处理完成的，实现起来灵活方便，且算法比较简单。图1为典型的采用软件方法进行的I/Q不平衡校准框图。如图所示，信号发生器产生的射频信号送给收信机，收信机输出I/Q送给基带模块(BB，Baseband)，基带模块对接收的I/Q信号进行处理。现有收信机I/Q不平衡的软件校准方法，是一种通用的方法，需要信号源提供接收信号，需要为I/Q不平衡的校准搭建专用平台。众所周知，信号发生器等仪表是比较贵重的，这对系统的生产和改进来说是一个较大的成本支出；而搭建平台和测试平台工作的正常是比较耗时耗人力的事情，从而降低了工作和生产的效率，使软件校准方法变得复杂。
发明内容
为解决上述问题，本发明目的是提供一种TDD系统中收信机I/Q校准方法，该方法能达到测试精度，简化I/Q不平衡测量方法，摆脱对仪表的依赖；相应的，本发明还提供一种能实现I/Q自检的收发信机平台。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种TDD系统中收信机I/Q校准方法，具体为：使能发信机处于工作状态，基带模块产生信号发送到发信机；使能收信机处于工作状态，预置收发信机的射频开关到发射端，所述收信机直接接收发信机通过所述射频开关泄漏到收信机信号，并将所述射频信号经过所述接收机处理后的I/Q信号发送到基带模块进行I/Q不平衡测量和不平衡补偿，所述射频信号为收信机校准的标准信号。
所述校准包括：测量收信机I/Q不平衡。进一步，本发明采用软件的方法根据收信机I/Q不平衡测量值对收信机I/Q进行补偿。
本发明还提供了一种TDD收发信机系统，包括：发信机、收信机、射频开关和基带模块，其中：发信机用于输出射频信号；射频开关置于发信机输出端；收信机在发信机开启时，获取通过所述射频开关泄漏的发信机射频信号；
基带模块，用于产生信号发送到发信机，并获取收信机处理后的I/Q信号，实现对收信机I/Q不平衡测量和补偿。
以上技术方案可以看出，本发明依据TDD系统收发同频特性，以及发信机本身I/Q的精度完全可以满足接收机的I/Q不平衡性能要求的特点，利用发射机泄漏到接收机的射频信号进行IQ不平衡测量和校准，将接收机的I/Q不平衡校准到发信机的不平衡精度上来，提高了效率，减少了对仪器仪表的需求。
并且，本发明的接收机I/Q不平衡的校准方法，特别适用于生产测试平台，可以在测试项前作为独立的一项进行测量和校准，也可以放在发信机测试完成后进行，对以往的平台和测试项没有任何影响。
进而，由于本方法的效率极高，从而降低了系统对接收机集成电路(IC)的要求，为降低接收机IC的成本提供了可能。
本发明还提供了一种TDD收发信机系统。相应的，该系统能够在不需独立信号发生器的情况下进行I/Q不平衡的校准，可以达到接收机的I/Q不平衡的要求，简单实用，减少了对仪器仪表的需求和IQ不平衡专用平台的依赖。
附图说明
图1为典型的采用软件方法进行的I/Q不平衡校准框图；
图2为本发明I/Q不平衡校准框图。
具体实施方式
如背景技术所述，对于发信机，一般数字电路不会带来I/Q不平衡，从DAC开始到正交上变频，电路的一致性以及混频器的正交性的不理想产生发信机I/Q不平衡，一般情况下，发信机硬件电路的设计使得不必对发信机进行I/Q校准即可满足技术指标的要求。
本发明基于TDD系统收发同频的特性，以及发信机未经校准，其I/Q不平衡的精度即可满足收信机的I/Q不平衡的性能要求，利用发信机的泄漏功率来测量和校准收信机的I/Q不平衡，使收信机的I/Q不平衡的精度达到发信机I/Q不平衡的程度，本发明所采用的收信机I/Q不平衡的校准方法，以发信机的射频信号作为收信机校准的标准信号，直接利用发射信号通过射频开关泄漏到收信机的射频信号，对收信机的IQ不平衡进行测量和校准，进而，将收信机的I/Q不平衡校准到发信机的不平衡精度上来。该方法减少了对仪表的需求和平台的搭建，极大提高了生产测试中I/Q不平衡校准的工作效率，适用于所有TDD通信系统。
根据TDD(时分复用)系统的特点，收发信机工作在相同的频率，因而收信机能够接收本地发信机的信号；并且，在时分复用系统中，收发状态不可能在同一时间进行，TDD系统的收发状态的切换通过射频开关实现。即射频收发信机处于发射状态时，射频开关置于发射端；相应的射频收发信机处于接收状态时，射频开关置于接收端。为了保证系统性能和省电，发射状态时，收信机通常是关闭的，即shutdown状态。
参照图2可知，射频开关Switch为三端口器件，理论上，在发射状态，即1端口和3端口相联时，1端口与2端口的隔离以及3端口与2端口的隔离为无穷大，但实际上，他们的隔离度是有限的，一般为20dB，性能好射频开关该隔离度可达到30dB。因此端口1和3泄漏到端口2的信号只比发射信号小20dB到30dB，对收信机来说已经是比较大的信号了，本发明即利用了泄漏到端口2的信号以作为检测信号源。图中虚线所示为发信机信号泄漏到收信机的方式。
参照图2，本发明的TDD系统中收信机I/Q校准方法具体为：第一步I/Q不平衡测量，预置射频开关置于发射端，即使能收发信机处于发射状态，使能发信机进行工作，获取基带模块的信号，使能收信机处于工作状态，进而发信机的射频信号可通过射频开关直接泄漏到收信机的输入端，收信机打开，进一步将获取的发信机信号发送到基带模块进行I/Q不平衡处理。所述基带模块所进行的I/Q不平衡的校准处理主要包括通过软件算法一次性测量出该接收机的I/Q不平衡；补偿算法根据该接收机的I/Q不平衡测量值，对以后接收工作状态时的I/Q进行补偿。
所述I/Q不平衡软件校准方法通常经过两步实现，第一步I/Q不平衡测量：一般测量平台与工作平台有所不同，需要一般或者特殊的信号发生器输出信号给接收机，接收机将基带I/Q信号送给基带(BB)，基带BB对接收机送来的I/Q信号进行ADC采样，将模拟I/Q信号转换成数字I/Q信号，然后BB根据测量算法，采集需要的一定数量的数字I/Q信号，对其进行算法处理，计算出I/Q不平衡的测量值，并将测量值存储在BB中；第二步I/Q不平衡补偿：在系统工作平台上，BB对ADC采样后的数字I/Q信号加入I/Q不平衡补偿算法软件，在以后系统的工作中，BB都会对I/Q两路的其中一路数字信号进行补偿，然后再将补偿后的I/Q两路进行必要的基带处理，从而达到校准的目的。上文提供了软件进行I/Q不平衡校准的较佳实施方法，本领域技术人员亦可从本领域公知技术中进行选取，本发明并无意对基带模块对于I/Q不平衡的具体测量和补偿方法进行限定。
本发明所提供的收信机I/Q不平衡的校准方法尤其适用于生产测试平台，可以在测试项前作为独立的一项进行测量和校准，也可以放在发信机测试完成后进行，对以往的平台和测试项没有任何影响。
本发明还提供一种TDD收发信机系统，能够实现I/Q不平衡的自校准。包括：发信机、收信机、射频开关，基带模块。所述发信机用于获取基带模块产生的信号并进行调制输出；射频开关置于发信机输出端；所述收信机处于工作状态时，若发信机开启，则收信机获取通过所述射频开关泄漏的发信机信号；并将接收机处理后的I/Q信号发送到基带模块进行I/Q不平衡的测量并储存；所述基带模块用于产生I/Q信号发送到发信机；获取收信机的I/Q信号，并对I/Q不平衡通过测量算法进行测量，并储存测量值。系统正常工作时，接收机根据I/Q不平衡测量值和补偿算法，对接受链路处于正常工作的I/Q进行补偿，从而实现对收信机I/Q不平衡的校准。
以上对本发明所提供的一种TDD系统中收信机I/Q校准方法以及收发信机系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种TDD系统中收信机I/Q校准方法，其特征在于：
使能发信机处于工作状态，基带模块产生信号发送到发信机；
使能收信机处于工作状态，预置收发信机的射频开关到发射端，所述收信机直接接收发信机通过所述射频开关泄漏到收信机的射频信号，并将所述射频信号经过所述接收机处理后的I/Q信号发送到基带模块进行I/Q不平衡测量和不平衡补偿，所述射频信号为收信机校准的标准信号。
2.如权利要求1所述的TDD系统中收信机I/Q校准方法，其特征在于，所述校准包括：
测量收信机I/Q不平衡，以及对收信机I/Q进行补偿。
3.如权利要求1所述的TDD系统中收信机I/Q校准方法，其特征在于：
采用软件的方法根据收信机I/Q不平衡测量值对收信机I/Q进行补偿。
4.一种TDD收发信机系统，包括：发信机、收信机、射频开关和基带模块，其特征在于：
发信机用于输出射频信号；
射频开关置于发信机输出端；收信机在发信机开启时，获取通过所述射频开关泄漏的发信机射频信号；
基带模块，用于产生信号发送到发信机，并获取收信机处理后的I/Q信号，实现对收信机I/Q不平衡测量和补偿。
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