一种共本振IQ不平衡耦合校正方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种共本振IQ不平衡耦合校正方法及装置。

背景技术

对高速宽带业务日益增长的需求要求无线通信系统采用更高的频谱效率和更宽的带宽。随着无线移动网络向第五代演进，采用更高阶调制和多信道聚合进行无线回传已成为行业趋势。实际上，低成本微波回传系统通常使用同相(I)/正交(Q)调制体系结构进行上下转换和信道化。此体系结构由两个具有相同载频的正交本振子(LOs)的混频器组成。I/Q调制体系结构的实现需要在发射机(Tx)和接收机(Rx或ORx，以下主要描述反馈ORx)分别安装两个数模转换器(D/A)和两个模数转换器(A/D)。在Tx或ORx的每个I和Q分支也有一个低通滤波器用于信号重建或抗混叠。I和Q分支中各分量之间的任何变化都会导致I/Q不平衡，从而阻碍了高阶调制的工程化。因此，模拟I/Q调制仍然是主流的低成本无线电架构，而I/Q不平衡补偿通常在数字信号处理链中实现。

然而Tx和ORx的I/Q不平衡导致的镜像阻塞了一些典型工业场景的使用。例如，在接收系统中，为了提高容量和降低成本，必须预先补偿Tx处的I/Q不平衡，以消除通道的干扰，以便每个通道都能满足严格的解调要求。对于包含MIMO在内的多数通信系统，应在局部数字侧进行I/Q不平衡估计。此外，由于通信系统的带宽更宽(超过200MHz)，I/Q不平衡的频率依赖性应被考虑在内。

分离Tx和ORx I/Q失衡是相当具有挑战性的，因为ORX接收到的信号只能看到Tx和ORx I/Q失衡造成的整体影响。一般来说，不能从一次观察中发现两个未知数，除非有其他自变量造成观察的变化。目前很多技术仅用于独立估计ORx I/Q失衡或者估计TX I/Q失衡，多数方案都是在接收机上补偿解决I/Q失衡，和在发射机上预先补偿TxI/Q失衡。系数的估计方式方法均有独立在时域和频域解决，且都依赖于TX混频器和反馈混频器的频点不完全一致来独立估计TX的I/Q失衡或者ORX I/Q失衡。以上方案均不能解决在TX混频器和反馈或者RX混频器共频点下镜像耦合问题。

因此，如何提供一种能区分校正共本振频点下发射和反馈镜像/直流耦合的方法，是目前亟待解决的问题。

发明内容

为了改善上述问题，本发明提供了一种共本振IQ不平衡耦合校正方法及装置。

本发明实施例的第一方面，提供了一种共本振IQ不平衡耦合校正方法，所述方法包括：

上电初始化后，初始化环路移相器的角度为第一相位值；

建立载波业务信号，进行发射数据和反馈环回数据时延对齐，计算第一环路增益；

根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，计算第一镜像估计补偿系数；

控制所述环路移相器的角度到第二相位值，所述第二相位值至少大于所述第一相位值5度以上；

在载波业务信号不改变的情况下，再次进行发射数据和反馈环回数据时延对齐，计算第二环路增益；

根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，计算第二镜像估计补偿系数；

根据所述第一计算镜像补偿系数和所述第二计算镜像补偿系数计算发射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数；

将计算得到的射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数写入对应的补偿滤波器结构中。

可选地，所述根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，计算第一镜像估计补偿系数的步骤，具体包括：

根据公式

计算第一镜像估计补偿系数c

所述根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，计算第二镜像估计补偿系数的步骤，具体包括：

根据公式

计算第二镜像估计补偿系数c

其中，fb

可选地，所述根据所述第一计算镜像补偿系数和所述第二计算镜像补偿系数计算发射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数的步骤，具体包括：

根据所述第一镜像估计补偿系数和第二镜像估计补偿系数构建二元一次方程组

对方程组求解，得到发射镜像补偿系数f和反馈镜像补偿系数h；

其中，G

可选地，所述方法还包括：

按一定的周期轮询重复对所述发射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数进行计算，直到补偿滤波器的补偿性能满足预设要求。

本发明实施例的第二方面，提供了一种共本振IQ不平衡耦合校正装置，所述装置包括：

移相控制单元，用于上电初始化后，初始化环路移相器的角度为第一相位值；

增益计算单元，用于建立载波业务信号，进行发射数据和反馈环回数据时延对齐，计算第一环路增益；

补偿计算单元，用于根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，计算第一镜像估计补偿系数；

所述移相控制单元，还用于控制所述环路移相器的角度到第二相位值，所述第二相位值至少大于所述第一相位值5度以上；

所述增益计算单元，还用于在载波业务信号不改变的情况下，再次进行发射数据和反馈环回数据时延对齐，计算第二环路增益；

所述补偿计算单元，还用于根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，计算第二镜像估计补偿系数；

所述补偿计算单元，还用于根据所述第一计算镜像补偿系数和所述第二计算镜像补偿系数计算发射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数；

系数写入单元，用于将计算得到的射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数写入对应的补偿滤波器结构中。

可选地，所述补偿计算单元，具体用于：

根据公式

计算第一镜像估计补偿系数c

根据公式

计算第二镜像估计补偿系数c

其中，fb

可选地，所述补偿计算单元，还具体用于：

根据所述第一镜像估计补偿系数和第二镜像估计补偿系数构建二元一次方程组

对方程组求解，得到发射镜像补偿系数f和反馈镜像补偿系数h；

其中，G

可选地，所述装置还包括：

定时轮询单元，用于按一定的周期轮询重复对所述发射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数进行计算，直到补偿滤波器的补偿性能满足预设要求。

本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；存储器；一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行如第一方面所述的方法。

本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如第一方面所述的方法。

综上所述，本发明提供了一种共本振IQ不平衡耦合校正方法、装置、电子设备及存储介质，通过移相器变化引入变量来构造二元一次评估系数方程组来解耦TX镜像/直流与ORX镜像/直流或者的耦合性问题，能在数字侧解决TDD大带宽场景下镜像和LO泄露问题，能节省RX或者反馈混频器器件，性能稳定，可靠性强。主要应用在小基站或者MIMO宏基站或者企业级WIFI领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的共本振IQ不平衡耦合校正方法所解决的问题示意图；

图2为本发明实施例的共本振IQ不平衡耦合校正方法的方法流程图；

图3为本发明实施例的发射镜像未校正结果图和计算补偿系数f后的预失真镜像图；

图4为本发明实施例的反馈镜像校正结果图。

图5为本发明实施例的共本振IQ不平衡耦合校正装置的功能模块框图；

图6为本发明实施例的用于执行根据本申请实施例的共本振IQ不平衡耦合校正方法的电子设备的结构框图。

图7是本发明实施例的用于保存或者携带实现根据本申请实施例的共本振IQ不平衡耦合校正方法的程序代码的计算机可读存储介质的结构框图。

附图标记：

移相控制单元110；增益计算单元120；补偿计算单元130；系数写入单元140；定时轮询单元150；电子设备300；处理器310；存储器320；计算机可读存储介质400；程序代码410。

具体实施方式

对高速宽带业务日益增长的需求要求无线通信系统采用更高的频谱效率和更宽的带宽。随着无线移动网络向第五代演进，采用更高阶调制和多信道聚合进行无线回传已成为行业趋势。实际上，低成本微波回传系统通常使用同相(I)/正交(Q)调制体系结构进行上下转换和信道化。此体系结构由两个具有相同载频的正交本振子(LOs)的混频器组成。I/Q调制体系结构的实现需要在发射机(Tx)和接收机(Rx或ORx，以下主要描述反馈ORx)分别安装两个数模转换器(D/A)和两个模数转换器(A/D)。在Tx或ORx的每个I和Q分支也有一个低通滤波器用于信号重建或抗混叠。I和Q分支中各分量之间的任何变化都会导致I/Q不平衡，从而阻碍了高阶调制的工程化。因此，模拟I/Q调制仍然是主流的低成本无线电架构，而I/Q不平衡补偿通常在数字信号处理链中实现。

然而Tx和ORx的I/Q不平衡导致的镜像阻塞了一些典型工业场景的使用。例如，在接收系统中，为了提高容量和降低成本，必须预先补偿Tx处的I/Q不平衡，以消除通道的干扰，以便每个通道都能满足严格的解调要求。对于包含MIMO在内的多数通信系统，应在局部数字侧进行I/Q不平衡估计。此外，由于通信系统的带宽更宽(超过200MHz)，I/Q不平衡的频率依赖性应被考虑在内。

分离Tx和ORx I/Q失衡是相当具有挑战性的，因为ORX接收到的信号只能看到Tx和ORx I/Q失衡造成的整体影响。一般来说，不能从一次观察中发现两个未知数，除非有其他自变量造成观察的变化。目前很多技术仅用于独立估计ORx I/Q失衡或者估计TX I/Q失衡，多数方案都是在接收机上补偿解决I/Q失衡，和在发射机上预先补偿TxI/Q失衡。系数的估计方式方法均有独立在时域和频域解决，且都依赖于TX混频器和反馈混频器的频点不完全一致来独立估计TX的I/Q失衡或者ORX I/Q失衡。以上方案均不能解决在TX混频器和反馈或者RX混频器共频点下镜像耦合问题。

因此，如何提供一种更准确有效的共本振IQ不平衡耦合校正方式，是目前亟待解决的问题。

鉴于此，本发明设计者考虑借助外部廉价移相器，通过移相器变化引入变量来构造二元一次评估系数方程组来解耦TX镜像/直流与ORX镜像/直流或者的耦合性问题。本发明提供的方式方法数学上严谨，性能好，稳定性强，具有较强的工程实现价值。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

从信号相关特征来分析，发射通道产生的镜像和反馈ORX通道产生的镜像在共LO频点场景下，会在反馈数字侧信号完全耦合，两个镜像信息就具有强相关性，无法从ORX接收信号的镜像中有效区分发射镜像成分信息和反馈镜像成分信息，图1中对该现象进行了展示。

请参阅图2，为了解决上述问题中TX和ORX共频点场景下的镜像耦合问题，本发明实施例提供了一种共本振IQ不平衡耦合校正方法，该方法包括：

步骤S101，上电初始化后，初始化环路移相器的角度为第一相位值。

首先完成对应用环境的初始化，环路移相器初始化的第一相位值为

步骤S102，建立载波业务信号，进行发射数据和反馈环回数据时延对齐，计算第一环路增益g

第一环路增益g

步骤S103，根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，计算第一镜像估计补偿系数c

可以采用LMS算法计算第一镜像估计补偿系数的步骤，具体的计算方法包括：

根据公式

计算第一镜像估计补偿系数c

其中，fb

步骤S102-步骤S103，是为了验证发射与ORX反馈环境的稳定性，且同时需要获取对发射数据和ORX数据时延增益对齐，并获取

步骤S104，控制所述环路移相器的角度到第二相位值，所述第二相位值至少大于所述第一相位值5度以上。

在对环路移相器的角度进行调整时，要求二次调整移相器角度

步骤S105，在载波业务信号不改变的情况下，再次进行发射数据和反馈环回数据时延对齐，计算第二环路增益。

第二环路增益g

步骤S106，根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，计算第二镜像估计补偿系数c

计算第二镜像估计补偿系数c

根据公式

计算第二镜像估计补偿系数c

其中，fb

步骤S104～步骤S106实现目的同步骤S101-步骤S103，获取相位移动后第二组计算数据，由于移相器的存在，可以认为两次相位下产生的镜像存在偏差。

步骤S107，根据所述第一计算镜像补偿系数和所述第二计算镜像补偿系数计算发射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数。

对于发射镜像补偿系数f和反馈镜像补偿系数h的计算，采用了联立方程组求解的方式，具体为：

根据所述第一镜像估计补偿系数和第二镜像估计补偿系数构建二元一次方程组

对方程组求解，得到发射镜像补偿系数f和反馈镜像补偿系数h；

其中，G

步骤S108，将计算得到的射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数写入对应的补偿滤波器结构中。

作为本发明的实施例的优选实施方式，本发明实施例所提供的方法还包括：

按一定的周期轮询重复对所述发射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数进行计算，直到补偿滤波器的补偿性能满足预设要求。

通过上述步骤S101-S108的过程，补偿滤波器的补偿性能不一定能够满足预设要求。

在执行完步骤S108后，需要执行步骤S109，对补偿滤波器的补偿性能进行判断，是否满足预设要求。如果补偿性不能满足预设要求，重复执行上述步骤S102-S108，直到补偿滤波器的补偿性能满足预设要求。

下面通过一个具体的例子来进行说明：

在本实施例中，测试信号为NR100M，测试下行频点为1.8G，载波频点为1.75GHz，Transceiver芯片采用白泽20，该芯片是TDD场景专用芯片，发射镜像和反馈ORX镜像耦合。下边实验以校正区分发射镜像和ORX反馈镜像为例。进行共本振IQ不平衡耦合校正方法的流程为：

S1：测试环境初始化设置外围移相器初始相位为0°，将小区载波业务信号信号发出观察BZ20下行空口镜像性能；S2：将空口信号通过BZ20-ORX环回到数字逻辑侧，逻辑采数TX发射信号和反馈信号给到软件，软件实现发射数据和反馈环回数据时延对齐，计算环路增益g0；S3：根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，软件利用LMS算法计算镜像估计补偿系数c

综上，本发明提供了一种共本振IQ不平衡耦合校正方法，通过移相器变化引入变量来构造二元一次评估系数方程组来解耦TX镜像/直流与ORX镜像/直流或者的耦合性问题，能在数字侧解决TDD大带宽场景下镜像和LO泄露问题，能节省RX或者反馈混频器器件，性能稳定，可靠性强。主要应用在小基站或者MIMO宏基站或者企业级WIFI领域。

如图5所示，本发明实施提供的共本振IQ不平衡耦合校正装置，所述装置包括：

移相控制单元110，用于上电初始化后，初始化环路移相器的角度为第一相位值；

增益计算单元120，用于建立载波业务信号，进行发射数据和反馈环回数据时延对齐，计算第一环路增益；

补偿计算单元130，用于根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，计算第一镜像估计补偿系数；

所述移相控制单元110，还用于控制环路移相器的角度到第二相位值，所述第二相位值至少大于所述第一相位值5度以上；

所述增益计算单元120，还用于在载波业务信号不改变的情况下，再次进行发射数据和反馈环回数据时延对齐，计算第二环路增益；

所述补偿计算单元130，还用于根据时延对齐后的发射数据和反馈环回数据，计算第二镜像估计补偿系数；

所述补偿计算单元130，还用于根据所述第一计算镜像补偿系数和所述第二计算镜像补偿系数计算发射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数；

系数写入单元140，用于将计算得到的射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数写入对应的补偿滤波器结构中。

作为本实施例的优选实施方式，所述补偿计算单元130，具体用于：

根据公式

计算第一镜像估计补偿系数c

根据公式

计算第二镜像估计补偿系数c

其中，fb

作为本实施例的优选实施方式，所述补偿计算单元130，还具体用于：

根据所述第一镜像估计补偿系数和第二镜像估计补偿系数构建二元一次方程组

对方程组求解，得到发射镜像补偿系数f和反馈镜像补偿系数h；

其中，G

作为本实施例的优选实施方式，所述装置还包括：

定时轮询单元150，用于按一定的周期轮询重复对所述发射镜像补偿系数和反馈镜像补偿系数进行计算，直到补偿滤波器的补偿性能满足预设要求。

本发明实施例提供的共本振IQ不平衡耦合校正装置，用于实现上述共本振IQ不平衡耦合校正方法，因此具体实施方式与上述方法相同，在此不再赘述。

如图6所示，本发明实施例提供的一种电子设备300的结构框图。该电子设备300可以是智能手机、平板电脑、电子书等能够运行应用程序的电子设备300。本申请中的电子设备300可以包括一个或多个如下部件：处理器310、存储器320、以及一个或多个应用程序，其中一个或多个应用程序可以被存储在存储器320中并被配置为由一个或多个处理器310执行，一个或多个程序配置用于执行如前述方法实施例所描述的方法。

处理器310可以包括一个或者多个处理核。处理器310利用各种接口和线路连接整个电子设备300内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器320内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器320内的数据，执行电子设备300的各种功能和处理数据。可选地，处理器310可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器310可集成中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、图像处理器(Graphics Processing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器310中，单独通过一块通信芯片进行实现。

存储器320可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。存储器320可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器320可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于实现至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现下述各个方法实施例的指令等。存储数据区还可以存储终端在使用中所创建的数据(比如电话本、音视频数据、聊天记录数据)等。

如图7所示，本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质400的结构框图。该计算机可读介质中存储有程序代码410，所述程序代码410可被处理器调用执行上述方法实施例中所描述的方法。

计算机可读存储介质400可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。可选地，计算机可读存储介质400包括非易失性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。计算机可读存储介质400具有执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码410的存储空间。这些程序代码410可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。程序代码410可以例如以适当形式进行压缩。

综上所述，本发明提供了一种共本振IQ不平衡耦合校正方法、装置、电子设备及存储介质，通过移相器变化引入变量来构造二元一次评估系数方程组来解耦TX镜像/直流与ORX镜像/直流或者的耦合性问题，能在数字侧解决TDD大带宽场景下镜像和LO泄露问题，能节省RX或者反馈混频器器件，性能稳定，可靠性强。主要应用在小基站或者MIMO宏基站或者企业级WIFI领域。

在本申请所公开的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。