具有幅度和相位誤差補償的調製載波的方法和設備的製作方法
2023-09-22 23:22:40 2
專利名稱：具有幅度和相位誤差補償的調製載波的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及調製載波，尤其是RF載波的方法，而且其中補償了在此調製期間所產生的幅度和相位誤差。
本發明還涉及能夠進行具有這種補償的調製的設備。其主要應用在基於衛星的雙向多媒體通信系統，特別是那些使用Ku頻帶或Ka頻帶的系統中。本發明還涉及LMDS(局域多點分布式系統的標準)型RF傳輸系統。
背景技術：
通常利用對基於一個或多個本地振蕩器的頻率的一系列改變來進行RF調製，這是非常複雜而昂貴的。
通過進行直接矢量調製而免去對頻率的這些改變是非常有利的。這種解決方案實現起來既簡單又便宜。但是，這種解決方案受到調製器所產生的幅度不均衡的限制，尤其是在使用相對較大的頻帶時的毫米波頻率上。這種不均衡一方面來自硬體中的靜電擴散(staticspread)，而另一方面來自多種漂移，尤其是由於溫度而引起的漂移。
為了補償由於硬體所引起的靜電擴散，一種傳統使用的方法在於在工廠測量這種傳播，並引入相反的傳播，例如，在數位訊號處理的水平，特別針對每個調製器，編程PROM。這種方法的缺點是較為昂貴。
為了補償其他種類的缺點，並可能補償靜電擴散，還可以使用如圖1所示的、包括矢量解調器的動態校準系統。
在圖中，被稱為DSP的數位訊號處理系統101直接計算調製信號I和Q。然後，在轉換器102和103中將這兩個信號轉換為模擬量，在增益控制放大器104和105中進行放大，然後，在濾波器106和107中進行濾波。
本地振蕩器108發出載波頻率，在乘法器109中與信號I相乘，在可變移相器110和90度移相器111移相之後，在乘法器112中與信號Q相乘。
在求和器113中對乘法器109和112的輸出信號求和，然後，在輸出放大器114中進行放大。
輸出耦合器115使其能夠分接出少部分來自放大器114的輸出信號，從而將其施加於矢量解調器116，矢量解調器116使其能夠檢測相位和幅度的誤差。
將幅度誤差施加於放大器104和105的增益控制，而將相位誤差施加於可變移相器110的增益控制。
為了實際確定這些誤差，需要時常地發送校準信號，其缺點在於這時打斷了有用信號的傳輸。
在所考慮的頻域中，也就是說毫米波範圍中，移相器，可變移相器110和90度移相器111不能夠具有所需的精度，也就是說一度。此外，矢量解調器116本身具有正交缺陷，從而幹擾了校正。因此，這樣的結構在毫米波頻率上是不可能的。
發明內容
為了能夠進行像這樣的直接RF調製，本發明提出了一種載波調製的方法，尤其是RF載波，其中，產生兩個正交分量I和Q，並以這兩個分量矢量調製本地頻率。按照本發明的主要特徵，在零頻率周圍對信號I或Q進行濾波，從而產生小自由頻帶；交替地在信號I和信號Q中的這個小自由頻帶中，插入低頻副載波，所述低頻副載波遠離零頻率，從而不產生任何連續分量的移位誤差，而且相對於信號I或Q的電平，具有足夠低的相對電平，以不幹擾信號I或Q；以相同的本地頻率、同步方式、交替地餘弦和正弦解調少部分矢量調製的信號；對解調信號進行低通濾波，從而提取出受到與矢量調製之後、信號I和Q受其幹擾的幅度和相位誤差依次對應的幅度和相位誤差幹擾的副載波；測量這些幅度和相位誤差；根據這些測量值，反饋校正初始分量I和Q，從而補償這些誤差。
按照另一特徵，除了矢量調製、本地頻率的產生、解調和低通濾波器之外，全部操作都以數字方式進行。
按照另一特徵，通過在RF頻率上加上正弦和餘弦數字產生的足夠低的參考頻率F1，完成本地頻率的產生。
本發明還提出了一種用於調製載波的設備，尤其是RF載波，所述設備包括數字處理器，用於產生兩個正交分量I和Q；本地基頻發生器和矢量調製器，用於通過這兩個分量調製此本地頻率，其特徵在於所述設備還包括濾波裝置，在零頻率周圍，對信號I或Q進行濾波；低頻副載波發生器；插入裝置，將此副載波交替地插入信號I和信號Q；同步解調裝置，用於以同步方式、本地頻率、交替地餘弦和正弦解調少部分來自矢量調製器的輸出信號；濾波器，用於從解調的信號中提取受到幅度和相位誤差幹擾的副載波；測量裝置，用於測量這些幅度和相位誤差；以及校正裝置，用於根據這些測量值，校正初始分量I和Q，從而補償這些誤差。
按照另一特徵，所述裝置包括發生裝置，用於產生由數字處理器處理的足夠低的補充本地頻率；第一加法裝置，用於將所述補充本地頻率與基本本地頻率相加；數字移相裝置，用於交替地餘弦和正弦數字移相對解調有用的所述補充本地頻率；第二加法裝置，將這樣移相的本地頻率與基本本地頻率相加，從而提供給所述同步解調裝置。
通過下面對參照附圖的非限制性示例的描述，本發明的其他特徵和優勢將變得更加清楚，其中圖1，按照現有技術的具有補償的直接調製器；圖2，調製信號I和Q的基帶頻譜；圖3，按照本發明進行濾波之後，調製信號I和Q的頻譜；圖4，在濾波和插入參考副載波之後，調製信號I和Q的頻譜的局部視圖；
圖5，按照本發明的直接調製器的簡圖；圖6，按照本發明校正誤差的順序的流程圖；以及圖7，受到這些誤差幹擾的信號I和Q及對這些誤差的測量的標繪圖。
具體實施例方式
在圖2中以公知的方式示出了在這種調製中所使用的信號I和Q的基帶頻譜。
如圖3所示，按照本發明的方法提出在第一步中消除此信號在零頻率周圍的部分。
作為示例，在4QAM型調製的情況下，通過信號處理器中的數字濾波完成此操作。通過消除與信號的有用頻帶相比非常小的頻帶，則相對於有用信號所產生的誤差為二階的。
在使用如OFDM(正交頻分復用)型等多載波型調製的情況下，消除0周圍的載波是相當簡單的，位於此處的所有有用信號都通過編碼被轉入其他載波。
如圖4所示，本發明接下來提出將副載波403插入在零頻率和基帶402的剩餘部分之間這樣產生的凹谷401中。此副載波離零足夠遠，從而並不產生歸因於連續分量的移位(「偏移」)的公知誤差。此外，相對於基帶402的電平，副載波的相對電平足夠低，而不幹擾基帶402。
以隨後將描述的特定順序連續發送的此副載波被用於測量相位誤差和幅度誤差，從而使參照圖5的簡圖所描述的方法能夠進行反饋校正。
如圖5所示，在DSP處理器501級執行校正操作的實質操作。當然，在此DSP內部，以全數字的方式執行此操作和全部在DSP 501中執行的操作。
通過模/數和數/模轉換器實現此DSP的信號輸入和輸出，為了使圖簡化，在圖中未示出這兩部分。
在此處理器中，在公知的編碼系統502中產生有用的信號，然後，將此信號發送給信號I和Q發生器503，信號I和Q發生器503根據以下述方式獲得的誤差信號，同時執行調製誤差校正。
然後，在濾波模塊504中對處於基帶中的這些信號I和Q進行濾波，從而獲得圖3中的頻譜。
發生器505產生低頻LF參考副載波403。
然後，藉助於開關506將此信號通過求和器507和508交替地插入信號I和Q。由序列發生器522發出的時鐘信號確定這種插入的速度(tempo)，從而獲得想要的補償速度。
然後，將這些包括此LF頻率的信號I和Q施加於矢量調製器509，矢量調製器509以傳統的方式包括兩個乘法器510和511、90度移相器513和加法器512。
從發出RF頻率的本地振蕩器514，通過與模塊521中的數字合成所產生的補充本地參考頻率F1混頻，並在乘法器515中，加到本地振蕩器514的頻率上，獲得載波頻率。
在調製器509的輸出獲得的調製了的載波由功率放大器517進行放大，然後施加在天線上。
在放大器517的輸出，耦合器518使其能夠分接出少部分的信號，從而將其發送到作為同步解調器的乘法器519。
施加在此乘法器上的解調頻率與調製頻率相同，並基于振蕩器514、頻率F1的發生器和乘法器520獲得。但是，由DSP 501的模塊521發出此頻率F1，模塊521提供數字頻率合成功能，並縮寫為DDS(直接數字合成)。
模塊521發出用於調製的(只是正弦相位)、施加於混頻器515的頻率F1。相同的頻率用於解調。為此，交替地利用90度的相移產生從模塊DDS發出的頻率F1，以代表正弦或餘弦。由於需要在頻率F1具有精確的90度相移，以便不在企圖獲得校正的解調中加入任何額外的誤差，而且不能以模擬方式獲得這樣精確的相移，在處理器DSP的模塊DDS中，數字地產生了這樣交替移相的頻率F1。
由於不可能利用數字處理器產生從正弦到餘弦以及從餘弦到正弦精確地翻轉的毫米波頻率，因而，使用如100MHz量級等較低的頻率，處理器能夠產生此頻率，並將其加在本地振蕩器514產生的頻率上。
在序列發生器模塊522的控制下，在模塊521中執行此操作。序列發生器模塊522還以遵照下述序列的方式發出引起繼電器506翻轉的時鐘信號。
低通濾波器523能夠非常簡單地隔離出LF副載波。相對於從加法器507和508注入的LF副載波，此LF副載波在幅度和相位上都發生了漂移。然後，將其發送到處理器501，在處理器501中，模塊524能夠測量相位差d(Φ)和幅度差d(amp)。將這些測量值發送給誤差校正器501，誤差校正器501據此修改信號I和Q，從而能夠連續地校正變化的誤差，尤其是歸因於邏輯單元的誤差，尤其是矢量調製器509，其中主要的誤差來源於90度移相器513。
如上所述，為了能夠區分I和Q信道上的誤差，LF副載波獨立並依次施加在這兩個信道上。由於在這兩個信道中的每一個中都存在相位誤差和幅度誤差，為了區分這兩個誤差，相對於圖7中的標繪圖，使用圖6所示的序列。基於序列發生器522獲得此序列。
在步驟60 1中首先餘弦解調I信道的副載波，在步驟602中正弦解調I信道的副載波。這能夠獲得矢量I的坐標x(i)和y(i)，使其可以確定此信道I中的相位誤差和幅度誤差。
然後，在步驟603和604中餘弦和正弦解調Q信道的副載波，從而獲得矢量Q的坐標x(q)和y(q)。
在序列發生器522的控制下，在模塊524中執行這些步驟。
於是，這些坐標使其可以在相同的模塊524中計算相位誤差和幅度誤差，然後將相位誤差和幅度誤差施加於校正模塊501。
從而，這樣描述的方法使其可以執行直接矢量調製，尤其在毫米波頻率，並不受到歸因於傳統的頻率變換結構的嚴重濾波約束的限制。這使其能夠簡化設備的結構，從而降低其成本。校正並不局限於來源於矢量調製器的誤差，而延伸到電路的其他部分，尤其是矢量調製器之後的功率單元。
基於數字處理器獲得正交信號I和Q，使其能夠消除通常使用的90度移相器較差的精確度。
調製信號的低頻窄帶濾波以便在其中引入參考副載波，使其能夠獲得校正，而不需要中斷有用數據的傳輸。
使用本地傳輸振蕩器的頻率依次相位和正交解調參考副載波的單混頻器的使用，使其能夠消除通常由校正環本身所產生的誤差。
本發明在毫米波頻帶中的點多點傳輸系統的結構中尤為有效，但本發明也可以應用在基於載波調製的任何傳輸系統中。
權利要求
1.一種載波調製的方法，尤其是射頻(RF)載波，其中，產生兩個正交分量I和Q(502、503)，並以這兩個分量矢量調製(509)本地頻率(514)，其特徵在於在零頻率周圍對信號I/Q進行濾波(504)，從而產生小自由頻帶(401)；交替地(506)在信號I和信號Q中的所述小自由頻帶中，插入(507、508)低頻副載波(403)，所述低頻副載波遠離零頻率，從而不產生任何連續分量的移位誤差，而且相對於信號I/Q的電平，具有足夠低的相對電平，以不幹擾信號I/Q；以相同的本地頻率、同步方式(519)、交替地餘弦和正弦解調少部分(518)矢量調製的信號；對解調信號進行低通濾波(523)，從而提取出受到與矢量調製之後、信號I和Q受其幹擾的幅度和相位誤差依次對應的幅度和相位誤差幹擾的副載波；測量(524)這些幅度和相位誤差；以及根據這些測量值，反饋校正初始分量I和Q，從而補償這些誤差。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於除了矢量調製(509)、本地頻率的產生(514)、解調(519)和低通濾波器(523)之外，全部操作都以數字方式進行。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特徵在於通過在RF頻率(514)上加上(515)正弦和餘弦數字產生(521)的足夠低的參考頻率F1，完成本地頻率的產生。
4.一種用於調製載波的設備，尤其是射頻(RF)載波，所述設備包括數字處理器(501)，用於產生兩個正交分量I和Q；本地基頻發生器(514)和矢量調製器(509)，用於通過這兩個分量調製此本地頻率，其特徵在於所述設備還包括濾波裝置(504)，在零頻率周圍，對信號I/Q進行濾波；低頻副載波發生器(505)；插入裝置(507、508、506)，將此副載波交替地插入信號I和信號Q；同步解調裝置(519)，用於以同步方式、本地頻率、交替地餘弦和正弦解調少部分來自矢量調製器的輸出信號；濾波器(523)，用於從解調的信號中提取受到幅度和相位誤差幹擾的副載波；測量裝置(524)，用於測量這些幅度和相位誤差；以及校正裝置(503)，用於根據這些測量值，校正初始分量I和Q，從而補償這些誤差。
5.按照權利要求4所述的用於調製載波的設備，其特徵在於還包括發生裝置(521)，用於產生由數字處理器處理的足夠低的補充本地頻率；第一加法裝置(515)，用於將所述補充本地頻率與基本本地頻率相加；數字移相裝置(521)，用於交替地餘弦和正弦數字移相對解調有用的所述補充本地頻率；第二加法裝置(520)，將這樣移相的本地頻率與基本本地頻率相加，從而提供給所述同步解調裝置(519)。
全文摘要
本發明涉及使其能夠利用正交信號直接調製RF載波的方法和設備。本發明在於在零頻率周圍對此正交信號進行濾波(504)，從而在每個信道上交替地引入(507、508)作為參考的低頻副載波。以同步方式(519)交替地餘弦和正弦解調這些信道中的每一個。對解調信號進行濾波(523)，從而恢復受到調製誤差幹擾的副載波。對這些誤差的測量(524)能夠對正交信號進行反饋校正(503)。本發明使其能夠在數字處理器(501)中執行大部分的操作，並能夠在毫米波頻率進行直接矢量調製。
文檔編號H04L27/34GK1489312SQ0315805
公開日2004年4月14日 申請日期2003年9月4日 優先權日2002年9月5日
發明者讓-呂克·羅貝爾, 讓-伊夫·勒納烏爾, 弗朗索瓦·巴龍, 瓦 巴龍, 讓-呂克 羅貝爾, 頡だ漳晌詼 申請人:湯姆森許可貿易公司