Iq失衡圖像抑制的製作方法

2023-08-02 09:36:36

專利名稱：Iq失衡圖像抑制的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及CDMA無線通信，具體涉及降低由同相與正交(IQ)失衡導致的接收信號劣化(degradation)。

背景技術：
蜂窩無線通信系統，特別是碼分多址(CDMA)系統，在本領域眾所周知且被廣泛應用。通過將多天線技術和高階調製相結合，寬帶CDMA(WCDMA)的高速分組接入(HSPA)演進軌跡將提供顯著增大的數據速率。舉例來說，在下行鏈路中，將會使用2×2多輸入多輸出(MIMO)傳輸和64-QAM調製，從而數據速率能夠達到目前單天線發射和16-QAM可達到的數據速率的三倍。人們希望這些峰值數據速率能夠在「良好條件」下獲得，在所述良好條件下，傳播信道引發的幹擾以及來自其它外部源的幹擾較低。而實際上，接收機前端損害會變成限制因素。這種損害特別麻煩，因為不能通過功率分配或者幹擾協調來消除它們的影響。當天線處的期望信擾比(SIR)變大時，RF損害將變成主要的幹擾並導致錯誤下限(floor)和/或吞吐量上限(ceiling)。一些典型的這種損害是IQ失衡、相位噪聲、DC洩漏、量化和熱噪聲等等。
為了利用MIMO和高階模式(HOM)特性，已經判定總的接收機前端輸出的信噪比(SNR)與單流16-QAM所需的SNR相比肯定要高若干dB。提高RF電路的質量以提高輸出SNR相應地增大了硬體的成本。如果隨後的基帶處理階段可以處理較低質量的輸入信號(例如，通過執行另外的操作來消除損害分量)，那麼就可以避免或限制這種成本的增大。
在一種典型的成本經濟的RF電路設計中，一個重要的前端損害是IQ失衡。IQ失衡可能在接收機的多個點上產生，比如本地振蕩器(LO)(發射機和接收機處均有)；可變增益放大器(VGA)鏈；模數轉換器(ADC)；且也由於I和Q選擇濾波器的截止頻率的變化，產生了不想要的信號圖像。不同的IQ失衡影響(contribution)相干累加因此可能組成其中一個最主要的RF損害。利用具有足夠質量的RF設計可以將IQ失衡的影響降低到一個可接受的水平。然而，如果IQ失衡圖像分量可以通過基帶處理被消除或顯著降低，那麼可以利用較低質量但成本更加經濟的RF前端。


發明內容
根據這裡給出的一個或更多個實施方式，一種適於WCDMA接收機的系統和方法對由IQ失衡導致的圖像信號分量進行基帶抑制。根據傳統的信道估計和IQ失衡圖像信道的估計值來計算IQ失衡圖像縮放因子，IQ失衡圖像信道的估計值是將共軛加擾序列用作解擴的參考序列而求得的。通過用IQ失衡圖像縮放因子對接收信號的復共軛進行縮放來獲得IQ失衡圖像估計值，並在應用傳統的基帶解調算法之前從輸入信號中將其減去。
一個實施方式涉及一種在接收機中處理接收到的CDMA信號的方法。估計IQ失衡圖像縮放因子。通過使接收信號的復共軛縮放該IQ失衡圖像縮放因子來計算IQ失衡圖像估計值。接著將IQ失衡圖像估計值從接收信號中減去。
另一個實施方式涉及一種WCDMA接收機。該接收機包括RF前端電路，該RF前端電路被設置為從天線接收WCDMA信號並輸出包括同相和正交分量的復基帶接收信號。該接收機還包括IQ失衡圖像縮放因子估計器，其被設置為生成IQ失衡圖像縮放因子；以及IQ失衡圖像估計值生成器，其被設置為使接收信號的復共軛縮放所述IQ失衡圖像縮放因子。該接收機還包括減法器，其被設置為從接收信號中減去IQ失衡圖像估計值。



圖1是接收機的功能框圖，描述了IQ失衡的來源。
圖2是接收機的功能框圖，該接收機計算IQ失衡圖像估計值並在基帶處理之前將其從接收信號中減去。
圖3是IQ失衡圖像縮放因子生成電路的功能框圖。
圖4是接收機的功能框圖，該接收機計算IQ失衡圖像估計值並將其從IQ補償信號中減去。
圖5是另一個實施方式的功能框圖，用於計算IQ失衡圖像估計值並將其從接收信號中減去。
圖6是從接收信號中移除IQ失衡圖像估計值的方法的流程圖。

具體實施例方式 圖1描述了RF接收機10，其示出了IQ失衡的幾個來源。在天線12處接收的發射信號χt可以被建模為

或

其中項

表示發射機LO中的誤差，其導致了IQ失衡。該接收信號由帶通濾波器和低噪聲放大器14進行前端處理，且通過在乘法器16、18處與來自接收機LO的相移周期信號相乘來分離同相(I)和正交(Q)信號分量。LO信號中的相位失衡由Sin(ωt+δ)中的項δ表示，它也導致了IQ失衡。另外，IQ失衡可能由I和Q低通濾波器20、22中的截止頻率的變化所導致，此外IQ失衡還可能產生自I和Q VGA 24、26中的增益失衡γ。如圖1所示，復輸出信號yt可以根據其同相和正交分量被表示為It+jQt，或者如這裡更加全面描述的，發射信號的縮放形式加上IQ失衡圖像分量，α1xt+α2xt*。
利用上面定義的符號，圖像抑制比(image rejection rate，IRR)-傳統上用來表徵IQ失衡的影響的性能量度-被計算為 由於IQ失衡機制的線性特性，發射機和各接收機級的貢獻，如圖1所示，可以集總在一項中並共同對待。IQ失衡的相加與振幅相同，也就是，具有30dB圖像抑制的兩個IQ失衡源均導致一個總的(最差情形，如果失衡具有相同的方向)24dB的圖像抑制。在WCDMA的MIMO情形中，用於對信道進行估計的公共導頻信道(CPICH)將產生與理想信道非常接近的信道估計值(例如，對於最強路徑的處於40-50dB量級的信道估計值SNR)。因此，即使IRR較高(25-30dB量級)，這些高SNRMIMO情形中的IQ失衡圖像信道估計值也會相當好(例如，10-20dB量級的信道估計值SNR)。此外，假設IQ失衡圖像縮放因子是緩慢變化的參數，那麼在一個相對長時間(比如幾個時隙)內對縮放因子取平均，就可以提高IQ失衡圖像估計的質量。
從數學上假設復值信號xt受到了IQ失衡的影響。我們可以將所有IQ失衡源建模為單個集總的「IQ失衡單元」。這個「IQ失衡單元」的輸出yt可以寫為 其中， 這裡，α2是IQ失衡圖像縮放因子而IRR在等式(1)中定義。
如上面所提到的，在基於CDMA的無線通信系統，比如WCDMA中，導頻信號(CPICH)對於信道估計是有用的。在通過「IQ失衡單元」後，導頻信號也獲得了IQ失衡圖像分量，該分量與通過多徑信道響應的共軛的共軛擾碼相對應。估計IQ失衡圖像縮放因子的一種方式是將最強路徑用於簡化(擴展到使用多徑是顯而易見的)。首先，常規上對導頻信道進行解擴以獲得信號信道估計值(也就是，乘以st*ctCPICH，其中st是擾碼而ctCPICH是導頻信號或者CPICH、擴頻碼) 接著，通過利用「共軛CPICH」進行解擴來獲得相應的IQ失衡圖像信道估計值，也就是，乘以st*ctCPICH(注意只有擾碼St是複數；擴頻碼ctCPICH是實數) 接著，根據等式(2)和(3)，IQ失衡圖像縮放因子α2被估計為 通過使接收信號的復共軛yt*縮放該IQ失衡圖像縮放因子α2來獲得接收信號IQ失衡圖像分量的估計值。由於|α1|2＞＞|α2|2，所以可以從接收信號yt中減去IQ失衡圖像估計以獲得沒有IQ失衡圖像分量的接收信號的近似值，它非常接近於發射信號 圖2中的功能框圖描述了在一個典型接收機30中，在進一步的基帶處理之前，先從接收信號yt中去除IQ失衡圖像估計值。接收到的多徑信號yt被引導至路徑搜索器功能32中，該功能產生用於信道估計的功率延遲分布(PDP)，如傳統上所知道的那樣。路徑搜索功能32進一步把PDP提供給IQ失衡圖像縮放因子估計功能34，該功能估計IQ失衡圖像縮放因子

在框36中計算接收信號yt的復共軛，並且在乘法器38處將其縮放IQ失衡圖像縮放因子估計值

以產生信號yt中的IQ失衡圖像的估計值。在加法器40處，從接收信號yt中減去這個IQ失衡圖像估計值，並將經過IQ失衡圖像抑制的信號

傳送到靶式接收機或廣義靶式(G-Rake)接收機44進行解調。信道估計功能42為靶式/廣義靶式接收機44以及IQ失衡圖像縮放因子估計器34生成信道估計值。
圖3中示出了典型的IQ失衡圖像縮放因子估計器34的功能框圖。通過在乘法器50處將接收信號yt中導頻符號乘以「共軛CPICH」來獲得IQ失衡圖像信道估計值。在框52處，針對每個導頻符號在擴頻因子上對數值進行相干累加(coherently accumulate)。通過在乘法器54處將接收信號yt中的導頻符號乘以st*ctCPICH，並在框56處對數值進行相干累加，按傳統方式獲得信號信道估計值。在框58處計算信號信道估計值的復共軛，並在框60處，將IQ失衡圖像信道估計值除以信號信道估計值的復共軛，從而得到IQ失衡圖像縮放因子估計值
我們不希望數值α2突然變化。因此，可以對其應用另外的濾波以提高噪聲抗擾度，如圖3中的框62所示，得到了α2。舉例來說，可以利用指數平滑或移動平均濾波。濾波器的時間常數可以基於接收機的運行狀態而調整。舉例來說，對於自動增益控制(AGC)經常變化的模式，當溫度漂移很迅速，或者當其它接收機運行參數迅速變化時，可以使用較短的時間常數。另一方面，對於更加穩定的接收機運行，比如一個或更多個接收機運行參數在預定時段內不變化，則濾波器時間常數可以增大。濾波後的α2可以提供更加魯棒的IQ失衡圖像縮放因子。接著可以如下進行抑制 從圖2和3可以看到，在其中公開的實施方式中，

是通過測量數據採樣yt而直接估計出的，並沒有執行IQ抑制。所確定的IQ失衡圖像縮放因子估計值

隨後被應用到另外一個數據序列。儘管這在概念上比較簡單，但是它仍然需要處理幾個不同的信號輸入(比如，校正過的和沒有校正過的)。圖4描繪了一個實施方式，其中計算估計並應用了當前IQ補償之後留下的剩餘增益偏移

注意IQ失衡圖像縮放因子估計功能34接收的是經IQ補償的採樣序列

而不是未補償過的yt。隨後在下一個更新間隔內，在試圖將增益偏移誤差

變為零的跟蹤控制環中，使用剩餘增益偏移

來調整

值。
具體來講，將剩餘增益偏移

提供給可變縮放(variable scaling)框46。縮放框46對於調整控制環的靈敏度和速度是必需的。對於較大的K值，環對於瞬時檢測誤差反應更快。但是，K值太大將導致溢出和不穩定。典型的增益K值範圍是0.1-0.4。Z-1延遲功能47表示一個採樣的延遲。延遲功能47和求和操作48組成了積分器，對瞬時的剩餘增益漂移

進行累加，以更新絕對IQ失衡圖像縮放因子估計值

如圖2中的實施方式，IQ失衡圖像縮放因子估計值

接著在乘法器38出對輸入採樣流

的復共軛進行縮放，以實現符合等式(5)的IQ失衡。
圖5示出了根據另一個實施方式的IQ失衡補償方法。轉換器64根據等式(1)將IQ失衡圖像縮放因子估計值

轉換成γ和δ值，也就是，

如圖1所示那樣對接收信號進行處理，且I和Q分量被γ和δ功能66、68補償。這個處理頂替了(in lieu of)圖2中的框36、38和40。在δ補償中，假設δ很小(例如，小於2或3度)。因此，sin(δ)＝0且cos(δ)＝1。在δ不是非常小的情況下，接著還對Q分量進行縮放。
圖6的流程圖示出了根據一個或更多個實施方式的IQ失衡圖像分量抑制方法。該方法「開始於」根據傳統技術計算信號信道的估計值(框72)。利用共軛CPICH擾碼來計算IQ失衡圖像信道的估計值(框74)。接著根據等式(4)來計算IQ失衡圖像縮放因子(框76)。作為可選步驟，對IQ失衡圖像縮放因子進行濾波(框78)。通過使接收信號的復共軛縮放(濾波後的)IQ失衡圖像縮放因子來計算IQ失衡圖像估計值(框80)。根據等式(5)或(6)從接收信號中減去IQ失衡圖像估計值(框82)。
注意，IQ失衡圖像抑制可能不會總是理想狀態。具體來講，當其它的噪聲分量佔主導地位時，減去IQ失衡圖像估計值可能會增大噪聲，而不是減小它。為了避免這種可能性，可以利用一個閾值判據。舉例來說，在一個實施方式中，減去IQ失衡圖像估計值可以僅僅在α2＞τ時執行，其中τ是一個預定的閾值，它可以是實施所特有的。在另一個實施方式中，瞬時值α2圍繞著α2的變動可以提供IQ失衡的影響在時間上是否相對不變的指示。如果不是這樣，例如，當var|α2-α2|＞λ時(其中λ是另一個預定閾值，它也可以是實施所特有的)，可以關閉IQ失衡抑制功能。
已經採用平均高斯白噪聲(AWGN)信道和典型的RF前端設計對這裡公開的IQ失衡圖像抵消(cancelling)技術進行了測試。IQ失衡圖像抵消算法具有針對高几何學因子(＞20dB)，也就是典型的MIMO和64-QAM情形，使Es/N提高1-2dB量級的能力。
將IQ失衡圖像抵消技術擴展到多天線是簡單明了的。由於每個天線都具有專門的RF前端且因此每個接收機支路都會體驗一個獨立的IQ失衡源，所以抑制必須基於每個天線來執行。換句話說，可以使用每個天線a上的最強路徑來產生IQ失衡圖像縮放因子α2(a)(或濾波過的α2(a))且通過每個天線的減法操作來實現IQ失衡圖像抑制 對於天線，a＝1，2，...，n. 本發明使得WCDMA接收機10、30能夠採用一種簡單的、成本經濟的RF前端設計，其中通過將IQ失衡圖像抑制從RF硬體移到基帶進行處理，允許由於IQ失衡引起的較高的剩餘損害。RF複雜性方面的節約可以在晶片面積和/或ASIC製造成本方面實現。
本領域技術人員將會認識到，圖1-3中的任何功能框都可以被實現為硬體電路、可編程邏輯和/或在處理器或數位訊號處理器(DSP)上運行的固件或軟體。當然，在不脫離本發明的本質特性的情況下，本發明可以按照與這裡所闡明的特定方式不同的其它方式來實現。這裡的實施方式的所有方面都應當被認為是示例性的，而不是限制性的，且落入所附權利要求書的含義及等效範圍內的任何改變都將被包含在其中。
權利要求
1.一種在接收機中對接收到的CDMA信號進行處理的方法，該方法包括以下步驟
估計IQ失衡圖像縮放因子；
通過使接收信號的復共軛縮放所述IQ失衡圖像縮放因子來計算IQ失衡圖像估計值；以及
從所述接收信號中減去所述IQ失衡圖像估計值以生成經過IQ失衡補償的信號。
2.根據權利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟在減去所述IQ失衡圖像估計值後，對所述接收信號進行基帶處理。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，估計IQ失衡圖像縮放因子的步驟包括
計算接收信號信道估計值；
計算IQ失衡圖像信道估計值；以及
用所述IQ失衡圖像信道估計值除以所述接收信號信道估計值的復共軛。
4.根據權利要求3所述的方法，該方法還包括以下步驟對所述IQ失衡圖像縮放因子進行濾波。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，基於接收機運行狀態來調整IQ失衡圖像縮放因子濾波器的時間常數。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，當所述接收機運行狀態在預定時段內改變時減小所述IQ失衡圖像縮放因子濾波器的所述時間常數，而當所述接收機運行狀態在所述預定時段內恆定時增大所述時間常數。
7.根據權利要求4所述的方法，其中，從所述接收信號中減去所述IQ失衡圖像估計值的步驟包括僅當瞬時IQ失衡圖像縮放因子圍繞所述濾波後的IQ失衡圖像縮放因子的變化低於預定值時，才從所述接收信號中減去所述IQ失衡圖像估計值。
8.根據權利要求3所述的方法，其中，計算接收信號信道估計值的步驟包括對接收到的導頻信號、相關擾碼的復共軛以及相關導頻信道擴頻碼的乘積進行相干累加。
9.根據權利要求3所述的方法，其中，計算IQ失衡圖像信道估計值的步驟包括對接收到的導頻信號、相關擾碼以及相關導頻信道擴頻碼的乘積進行相干累加。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，從所述接收信號中減去所述IQ失衡圖像估計值的步驟包括僅當所述IQ失衡圖像縮放因子超過預定值時，才從所述接收信號中減去所述IQ失衡圖像估計值。
11.根據權利要求1所述的方法，其中，所述接收機包括多個天線、每個天線都接收CDMA信號，該方法還包括以下步驟
針對在每個天線上接收到的信號來估計IQ失衡圖像縮放因子；
通過使每個接收信號的復共軛縮放相關的IQ失衡圖像縮放因子，針對在每個天線處接收的信號來計算IQ失衡圖像估計值；以及
從每個接收信號中減去相應的IQ失衡圖像估計值。
12.根據權利要求1所述的方法，其中，從所述接收信號中減去所述IQ失衡圖像估計值的步驟包括執行等式
其中，yt是所述接收信號；
yt*是所述接收信號的復共軛；而
α2是所述IQ失衡圖像縮放因子。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述IQ失衡圖像縮放因子是按照下式計算的
其中，
是所述IQ失衡圖像信道估計值；而
是所述接收信號信道估計值的復共軛。
14.根據權利要求1所述的方法，其中，估計IQ失衡圖像縮放因子的步驟包括
計算保留在經過IQ失衡補償的信號中的殘留增益偏移；
對所述殘留增益偏移進行縮放；
使縮放後的殘留增益偏移延遲一個採樣；以及
將當前縮放後的殘留增益偏移與縮放後的殘留增益偏移的延遲採樣進行合併，以生成所述IQ失衡圖像縮放因子估計值。
15.一種在接收機中對接收到的CDMA信號進行處理的方法，該方法包括以下步驟
估計IQ失衡圖像縮放因子；
將IQ失衡圖像估計值轉換成相位失衡分量和增益失衡分量；以及
通過從接收信號中去除所述增益失衡分量以及從接收信號的正交分量中去除所述相位失衡分量，來對接收信號進行IQ失衡補償。
16.一種CDMA接收機，該CDMA接收機包括
射頻前端電路，其被設置為從天線接收CDMA信號，並輸出包括同相分量和正交分量的複數基帶接收信號；
IQ失衡圖像縮放因子估計器，其被設置為生成IQ失衡圖像縮放因子；以及
IQ失衡圖像估計值生成器，其被設置為使接收信號的復共軛縮放所述IQ失衡圖像縮放因子；以及
減法器，其被設置為從所述接收信號中減去IQ失衡圖像估計值。
17.根據權利要求16所述的接收機，該接收機還包括CDMA處理電路，其被設置為在沒有所述IQ失衡圖像估計值的情況下對所述接收信號進行解調。
18.根據權利要求17所述的接收機，其中，所述CDMA處理電路包括靶式接收機。
19.根據權利要求16所述的接收機，該接收機還包括信道估計器，其被設置為生成接收信號信道估計值以及IQ失衡圖像信道估計值，其中，所述IQ失衡圖像縮放因子估計器被設置為通過用所述IQ失衡圖像信道估計值除以所述接收信號信道估計值的復共軛來生成IQ失衡圖像縮放因子。
20.根據權利要求19所述的接收機，其中，所述信道估計器被設置為通過對接收到的導頻信號、相關擾碼的復共軛以及相關導頻信道擴頻碼的乘積進行相干累加來生成接收信號信道估計值。
21.根據權利要求19所述的接收機，其中，所述信道估計器被設置為通過對接收到的導頻信號、相關擾碼以及相關導頻信道擴頻碼的乘積進行相干累加來生成IQ失衡圖像信道估計值。
22.根據權利要求16所述的接收機，其中，所述IQ失衡圖像縮放因子估計器包括IQ失衡圖像縮放因子濾波器，其被設置為對瞬時IQ失衡圖像縮放因子值進行濾波。
23.根據權利要求22所述的接收機，其中，當接收機運行狀態在預定時段內變化時減小所述IQ失衡圖像縮放因子濾波器的時間常數，而當接收機運行狀態在所述預定時段內恆定時增大所述時間常數。
24.根據權利要求22所述的接收機，其中，所述減法器被設置為僅當瞬時IQ失衡圖像縮放因子圍繞濾波後的IQ失衡圖像縮放因子的變化低於預定值時，才從所述接收信號中減去所述IQ失衡圖像估計值。
25.根據權利要求16所述的接收機，該接收機還包括
多個天線；
相應的多個射頻前端電路，每個射頻前端電路都被設置為從不同的天線接收CDMA信號，並輸出包括同相分量和正交分量的複數基帶接收信號；
相應的多個IQ失衡圖像縮放因子估計器，每個估計器都被設置為針對在天線處接收的信號來生成IQ失衡圖像縮放因子；
相應的多個IQ失衡圖像估計值生成器，每個生成器都被設置為使在天線處接收的信號的復共軛縮放相應的IQ失衡圖像縮放因子；以及
相應的多個減法器，每個減法器都被設置為從在天線處接收的信號中減去相應的IQ失衡圖像估計值。
26.一種CDMA接收機，該CDMA接收機包括
射頻接收機裝置，其用於從天線接收CDMA信號並輸出包括同相分量和正交分量的複數基帶接收信號；
縮放因子估計裝置，其用於生成IQ失衡圖像縮放因子；
IQ失衡圖像估計裝置，其用於使接收信號的復共軛縮放所述IQ失衡圖像縮放因子；以及
減法裝置，其用於從所述接收信號中減去IQ失衡圖像估計值。
全文摘要
一種WCDMA接收機對由IQ失衡導致的圖像信號分量進行基帶抑制。根據傳統的信道估計和IQ失衡圖像信道的估計值來計算IQ失衡圖像縮放因子，IQ失衡圖像信道的估計值是將共軛加擾序列用作解擴的參考序列而求得的。通過使接收信號的復共軛縮放IQ失衡圖像縮放因子來獲得IQ失衡圖像估計值，並在應用傳統的基帶解調算法之前從輸入信號中減去IQ失衡圖像估計值。
文檔編號H04L27/38GK101785190SQ200880101511
公開日2010年7月21日 申請日期2008年7月9日 優先權日2007年8月2日
發明者本特·林多夫, 安德烈斯·雷亞 申請人:Lm愛立信電話有限公司