申请/专利权人：佛山市顺德区中山大学研究院;广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院;中山大学

申请日：2018-01-24

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN108366037B

主分类号：H04L27/36(20060101)

分类号：H04L27/36(20060101);H04L27/38(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.15#授权;2018.08.28#实质审查的生效;2018.08.03#公开

摘要：本发明公开了一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，先获取IQ通信系统误差参数估计值，根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，并计算获得IQ通路的表达式，然后计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Yjω，根据频谱Yjω计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果，最后在根据补偿结果进行失真校正,本发明的校正方法综合补偿了整个IQ通信收发系统所引起的失配误差，对发送端失配、接收端失配、模拟器件的误差以及部分类型的信道失真进行了补偿，整体补偿修正效果较好，提高了信号的传输质量。

主权项：1.一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于：包括以下步骤：A、获取IQ通信系统误差参数估计值，所述误差参数估计值包括发送端I通道的FA误差等效通路冲击响应发送端Q通道的FA误差等效通路冲击响应发送端I通路的幅度和相位发送端Q通路的幅度和相位信道的冲击响应为gt、接收端I的FA误差等效通路冲击响应Q通道的FA误差等效通路冲击响应接收端I通路的幅度和相位接收端Q通路的幅度和相位B、根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系为： 其中，xt是IQ通信系统输出信号，st为发送端的原信号，hrt为接收端低通滤波器的冲击响应，ψt、分别为通过发送端和接收端各部分误差参数的估计值计算得到的系数，ψt、由下列表达式得到： 其中，gt为信道的冲击响应； C、计算获得IQ通路的表达式，I通路的表达式为： Q通路的表达式为： 其中，为辅助等效传递函数，且 st为发送端的原信号；D、计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Yjω；E、根据频谱Yjω计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果，其中，根据频谱Yjω的表达式计算TIADC镜像频谱的补偿结果，具体步骤为：E11、TIADC输出信号yt经过2倍上采样器并频谱右移ωs′4后通过带通滤波器hBPt得到辅助信号yat，带通滤波器hBPt的通带为-ω′s2≤ω≤0，ω′s是采样频率的2倍；E12、在-ω′s2≤ω≤0频域内，构造滤波器W1jω＝HT1jωHT0jω；E13、yat经过滤波器W1jω作用并通过2倍上采样器后得到辅助信号f0t；E14、TIADC镜像频谱的补偿结果v1t＝yt-f0t；根据频谱Yjω的表达式计算TIADC失配频谱的补偿结果，具体步骤为：E21、TIADC镜像频谱的补偿结果经频谱左移ωs4后取共轭后得到辅助信号ybt；E22、构造滤波器E23、ybt经过滤波器W2jω作用并右移ωs4后得到辅助信号f1t；E24、TIADC失配频谱的补偿结果v2t等于TIADC镜像频谱的补偿结果减去f1t；根据频谱Yjω的表达式计算IQ不平衡频谱的补偿结果，具体步骤为：E31、TIADC失配频谱的补偿结果取共轭后得到辅助信号yct；E32、构造滤波器E33、yct经过滤波器W3jω作用后得到辅助信号f2t；E34、IQ不平衡频谱的补偿结果v3t等于TIADC失配频谱的补偿结果减去f2t；F、根据补偿结果进行失真校正；其中，TIADC为时间交替模数转换器；ω′＝ω-ωs2，HT0、HT1、HT2、HT3由IQ输出信号与I、Q通路各支路的ADC通道传递函数进行变换以及运算得到。

全文数据：基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法技术领域[0001]本发明涉及模数转换领域，特别是一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法。背景技术[0002]随着无线通信系统的不断发展，数字化技术的推广，对更高的采样率、更强的稳定性和更低的成本产生了越来越高的要求，而在实际的IQ通信系统当中，总是不可避免的存在各种各样的失配问题，其中主要包括射频收发终端的FI失配、模拟器件产生的ro失配和信道传输过程中的噪声和损耗等，这些失配信号会严重降低信号的传输质量以及传输信号的信噪比。[0003]另一方面，在目前集成电路工艺水平下，单片ADC的采样速度和转换精度不可能同时提高，为了在不牺牲精度的前提下提高采样率，时间交替ADCTIADC采样系统被提出，在时间交替ADC采样系统里有M片ADC，这些ADC的采样时钟相互之间相位差为360M度，系统里这些ADC是同时工作，因此理论上对于被采样信号来说，时间交替ADC采样系统的采样率是单片ADC的M倍，但是由于制造工艺本身固有的缺点，不可能使得每一片ADC完全一模一样，所以必然又会使得各个通道ADC之间产生新的失配误差，从而又进一步降低了整个ADC系统的信噪比。发明内容[0004]为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，可以校正整个通信收发系统所引发的失配误差，包括发送端的IQ失配，发送端的模拟器件误差，接收端IQ失配，接收端的模拟器件误差以及部分类型的信道失真等，可以推动TIADC在通信系统中的发展和使用。[0005]本发明解决其问题所采用的技术方案是：[0006]—种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，包括以下步骤：[0007]A、获取IQ通信系统误差参数估计值；[0008]B、根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系；[0009]C、计算获得IQ通路的表达式；[0010]D、计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Yjω;[0011]Ε、根据频谱Yjω计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果；[0012]F、根据补偿结果进行失真校正。[0013]进一步，所述步骤A中获取IQ通信系统误差参数估计值，所述误差参数估计值包括发送端I通道的FA误差等效通路冲击响应发送端Q通道的FA误差等效通路冲击响应V、发送端I通路的幅度和相位发送端Q通路的幅度和相位信道的冲击响、·》应为gt、接收端I的FA误差等效通路冲击响应通道的FA误差等效通路冲击响应、接收端I通路的幅度，’和相位接收端Q通路的幅虔和相位对IQ通信系统、〇中会引起误差的参数进行估计得到估计值，通过误差参数估计值可以分析出输出与输入之间的关系。[0014]进一步，所述步骤B中根据误差参数的估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系为：[0015][0016]其中，X⑴是IQ通信系统输出信号，s⑴为发送端的原信号，hr⑴为接收端低通滤波器的冲击响应：分别为通过发送端和接收端各部分误差参数的估计值计算得到的系数，由下列表达式得到：[0017][0018][0019]其中，g⑴为信道的冲击响应；[0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028]进一步，所述步骤C中计算获得IQ通路的表达式，I通路的表达式为：[0029][0030]Q通路的表达式为：[0031][0032]其中为辅助等效传递函数，s⑴为发送端的原信号。[0033]进一步，所述步骤D中计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Yjω，其中I、Q通路各支路的ADC通道传递函数分别为GojcoX1Jco、G2jco、G3jco。ADC通道传递函数也会对输入信号产生影响，通过ADC通道传递函数与输入信号可以计算得到输出频谱。[0034]进一步，频谱Yjω的表达式为：[0035][0036]其中，ω=ω-ωs2，Htq、Hn、Ht2、Ht3由IQ输出信号与I、Q通路各支路的ADC通道传递函数进行变换以及运算得到;根据频谱Yj«的表达式计算TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果。频谱Yjω内包括了TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱，通过频谱Yj«的表达式可以找到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱相对应部分的频谱，然后进行补偿即可。[0037]进一步，根据频谱Yjω的表达式计算TIADC镜像频谱的补偿结果，S卩补偿#_j[ω-kωs]对应的频谱，具体步骤为：[0038]ElUTIADC输出信号yt经过2倍上采样器并频谱右移ω\4后通过带通滤波器hBPt得到辅助信号yat，带通滤波器hBPt的通带为是采样频率的2倍；[0039]E12、在-ωV2彡ω彡〇频域内，构造滤波器W1jω=Ht1jωHtojω;[0040]E13、yat经过滤波器W1jω作用并通过2倍上采样器后得到辅助信号fo⑴；[0041]E14、TIADC镜像频谱的补偿结果[0042]进一步，根据频谱Yjω的表达式计算TIADC失配频谱的补偿结果，S卩补偿Sj[ω-kωs]对应的频谱，具体步骤为：[0043]E21、TIADC镜像频谱的补偿结果经频谱左移cos4后取共辄后得到辅助信号ybt;[0044]E22、构造滤波器[0045]E23、yb⑴经过滤波器此jω作用并右移ωs4后得到辅助信号5⑴；[0046]E24、TIADC失配频谱的补偿结果V2⑴等于TIADC镜像频谱的补偿结果减去fi⑴。[0047]进一步，根据频谱Yjco的表达式计算IQ不平衡频谱的补偿结果，g卩补偿#_j[ω-kωs]对应的频谱，具体步骤为：[0048]E31、TIADC失配频谱的补偿结果取共辄后得到辅助信号y。⑴；[0049]E32、构造滤波器[0050]E33、yct经过滤波器W2jω作用后得到辅助信号f2⑴；[0051]E34、IQ不平衡频谱的补偿结果v3⑴等于TIADC失配频谱的补偿结果减去f2⑴。[0052]本发明的有益效果是：本发明采用的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，首先获取IQ通信系统误差参数估计值，根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，并计算IQ通路的表达式，然后再计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Yjω，根据频谱Yjω的表达式可以计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果，最后再根据这些补偿结果设计对应的滤波器对失真频谱进行失真校正，综合补偿了整个IQ通信收发系统所引发的失配误差，提高信号的传输质量，补偿修正效果较好。附图说明[0053]下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。[0054]图1是本发明的IQ通信收发系统框图；[0055]图2是本发明TIADC镜像频谱补偿的结构图；[0056]图3是本发明TIADC失配频谱补偿结的构图；[0057]图4是本发明IQ不平衡频谱补偿的结构图；[0058]图5是发明一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法的流程框图；[0059]图6是本发明TIADC输出信号频谱成分示意图；[0060]图7是补偿效果图。具体实施方式[0061]参照图1-图5,本发明的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，先获取IQ通信系统误差参数估计值，根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，并计算获得IQ通路的表达式，然后计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Yjω，根据频谱Yjω计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果，最后在根据补偿结果进行失真校正，本发明的校正方法综合补偿了整个IQ通信收发系统所引起的失配误差，对发送端失配、接收端失配、模拟器件的误差以及部分类型的信道失真进行了补偿，整体补偿修正效果较好，提高了信号的传输质量。[0062]具体地，误差参数估计值包括发送端I通道的FA误差等效通路冲击响应发送端Q通道的FA误差等效通路冲击响应、发送端I通路的幅度和相位发送端Q通.、路的幅度和相位信道的冲击响应为gt、接收端I的FA误差等效通路冲击响应、通道的FA误差等效通路冲击响应，接收端I通路的幅虔和相位接收端Q通路的幅度和相位其中各个误差参数的数值如下：[0063][0064]而发送端I、Q通道的FA误差等效通路冲击响应的估计值为：[0065][0066][0067]根据上述误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系为：[0068][0069]其中，X⑴是IQ通信系统输出信号，s⑴为发送端的原信号，hr⑴为接收端低通滤波器的冲击响应，通过发送端和接收端等各部分误差参数的估计值计可以算得到Φα、1的计算公式为：[0072]其中，g⑴为信道的冲击响应；[0081]将误差参数的估计值带入到上述的所有式子中即可推出，然后可以得到IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系。[0082]由上述IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系可以得出IQ通路的表达式分别为：[0085]其中，st为发送端的原信号，为辅助等效传递函数，且的表达式为：[0090]具体地，IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出频谱Yjco，其中I、Q通路各支路的ADC通道传递函数分别为Gojω、Gijω、G2jω、G3jω，ADC通道传递函数为：[0091]，其中，估计值如下表所示：[0092][0093]由此可以计算得到各个ADC通道的传递函数。[0094]具体地，由IQ通路表达式以及各支路ADC通道传递函数可以得到IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Yjω:[0095][0096]其中，ω=ω-ωs2，Htq、Hn、Ht2、Ht3由IQ输出信号与I、Q通路各支路的ADC通道传递函数进行变换以及运算得到：[0101]四个辅助等效传递函数对应的傅里叶变换。[0102]根据频谱Yjω的表达式计算TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果，具体地，计算TIADC镜像频谱的补偿结果，S卩补偿#_j[c0-kcos]对应的频谱，具体步骤为:ElI、TIADC输出信号yt经过2倍上采样器并频谱右移ωs4后通过带通滤波器hBPt得到辅助信号yat，带通滤波器hBPt的通带为-ωω〇，ω\是采样频率的2倍;Ε12、在-ω\2ω〇频域内，构造滤波器___ya⑴经过滤波器W1jω作用并通过2倍上采样器后得到辅助信号fot;E14、TIADC镜像频谱的补偿结果[0103]计算TIADC失配频谱的补偿结果，S卩补偿Sj[ω-kωs]对应的频谱，具体步骤为:E2UTIADC镜像频谱的补偿结果经频谱左移cos4后取共辄后得到辅助信号ybt;E22、构造滤波器经过滤波器W2jω作用并右移cos4后得到辅助信号心t;E24、TIADC失配频谱的补偿结果V2⑴等于TIADC镜像频谱的补偿结果减去fi⑴。[0104]具体地，计算IQ不平衡频谱的补偿结果，S卩补偿对应的频谱，具体步骤为:E31、TIADC失配频谱的补偿结果取共辄后得到辅助信号yc；t;E32、构造滤波器经过滤波器W2jω作用后得到辅助信号f2t;E34、IQ不平衡频谱的补偿结果v3⑴等于TIADC失配频谱的补偿结果减去f2⑴。[0105]经过上述的补偿后的得到的V3⑴即为联合补偿结果。[0106]参照图6,本发明TIADC输出信号频谱成分示意图，接收信号的频谱可分解为理想信号的频谱及其IQ镜像频谱，TIADC失配信号频谱以及TIADC失配镜像频谱四个部分，其中，深色部分为理想部分频谱，浅色部分为失配部分频谱。[0107]参照图7,图7中深色部分校正后的频谱，浅色部分为失配信号频谱，经本发明所述的方法补偿后，失配频谱的峰值均下降了18〜20dB，也即是证明了本发明所述补偿方法的有效性，本发明的方法对通信收发系统中的多通道TIADC的补偿具有很好的有效性和实用性。[0108]以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于：包括以下步骤：A、获取IQ通信系统误差参数估计值；B、根据误差参数估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系；C、计算获得IQ通路的表达式；D、计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Yjω;Ε、根据频谱Yjco计算得到TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果；F、根据补偿结果进行失真校正。2.根据权利要求1所述的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于:所述步骤A中获取IQ通信系统误差参数估计值，所述误差参数估计值包括发送端I通道的FA误差等效通路冲击响应发送端Q通道的FA误差等效通路冲击响应、发送端I通路的幅度和相位I发送端Q通路的幅度和相位信道的冲击响应为g、、t、接收端I的FA误差等效通路冲击响应、Q通道的FA误差等效通路冲击响应、接收端I通路的幅度^和相位接收端Q通路的幅度和相位、3.根据权利要求2所述的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于:所述步骤B中根据误差参数的估计值分析IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系，IQ通信系统输出信号与发送端原信号的关系为：其中，X⑴是IQ通信系统输出信号，s⑴为发送端的原信号，hrt为接收端低通滤波器的冲击响应，iKt分别为通过发送端和接收端各部分误差参数的估计值计算得到的系数，iKt、tpt由下列表达式得到：其中，g⑴为信道的冲击响应；4.根据权利要求1所述的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于:所述步骤C中计算获得IQ通路的表达式，I通路的表达式为：Q通路的表达式为：其中为辅助等效传递函数，S⑴为发送端的原信号。5.根据权利要求1所述的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于:所述步骤D中计算IQ输出信号分别通过双通道TIADC之后输出的频谱Yjco，其中1、9通路各支路的六0：通道传递函数分别为6」〇、61」〇、62」〇、63」〇。6.根据权利要求5所述的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于:频谱Yjω的表达式为：其中，ω=ω-ωs2，Htq、Hn、Ht2、Ht3由IQ输出信号与I、Q通路各支路的ADC通道传递函数进行变换以及运算得到;根据频谱Yj«的表达式计算TIADC镜像频谱、TIADC失配频谱以及IQ不平衡频谱的补偿结果。7.根据权利要求6所述的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于：根据频谱Yjω的表达式计算TIADC镜像频谱的补偿结果，S卩补偿f_j[ωωs]对应的频谱，具体步骤为：Ell、TIADC输出信号yt经过2倍上采样器并频谱右移ωs4后通过带通滤波器hBPt得到辅助信号y“t，带通滤波器hBPt的通带为-ωs，ω\是采样频率的2倍；E12、在-ωs_频域内，构造滤波器Wijω=HT1jωΗτοjω;E13、yat经过滤波器W1jω作用并通过2倍上采样器后得到辅助信号fot;E14、TIADC镜像频谱的补偿结果Vi⑴=yt-fo⑴。8.根据权利要求6所述的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于:根据频谱Yjω的表达式计算TIADC失配频谱的补偿结果，S卩补偿Sj[ω-kωs]对应的频谱，具体步骤为：E21、TIADC镜像频谱的补偿结果经频谱左移ωs4后取共辄后得到辅助信号yb⑴；E22、构造滤波器E23、ybt经过滤波器W2jω作用并右移ωs4后得到辅助信号5t;E24、TIADC失配频谱的补偿结果V2⑴等于TIADC镜像频谱的补偿结果减去A⑴。9.根据权利要求6所述的一种基于IQ通信收发系统的多通道TIADC失真校正方法，其特征在于:根据频谱Yjω的表达式计算IQ不平衡频谱的补偿结果，g卩补偿#_j[ω-kωs]对应的频谱，具体步骤为：E3UTIADC失配频谱的补偿结果取共辄后得到辅助信号y。t;E32、构造滤波器-9E33、y。t经过滤波器W2jω作用后得到辅助信号f2t;E34、IQ不平衡频谱的补偿结果v3⑴等于TIADC失配频谱的补偿结果减去f2t。

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