補償器單元、接收機單元和相應的處理方法

2023-11-04 02:01:27

專利名稱：補償器單元、接收機單元和相應的處理方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及用於補償期望頻帶內同相位信號和正交相位信號之間的頻率相關性失配(frequency dependent imbalance)的補償器單元、接收機單元和用於處理同相位信號和正交相位信號的相應方法。
背景技術：
正交調製系統將第一源信號調製到載波信號的同相分量(I)上，並將第二源信號調製到載波信號的正交分量(Q)上，其中正交分量與同相分量在相位上相差90度。兩個分量被疊加然後通過真實信道(real channel)發送。在接收機執行相反的過程。所接收的信號被下變頻，以恢復第一源信號和第二源信號。第一源信號和第二源信號可以是獨立的模擬信號或者可以由單一的數位訊號得到，該單一的數位訊號在發送側被分成第一源信號和第二源信號，而在接收器側可以由合併接收的第一源信號和第二源信號得到恢復。利用I/Q信號處理的接收器結構易於造成I路和Q路(信道)之間的失配(不平衡)。例如，被配置為在I路和Q路之間等分引入的接收信號的分路器單元可以引入相位和增益差。這兩路中的不同信號延遲可能會引起額外的相位失配。由本機振蕩器輸出產生正交相位信號的移相器可以提供並非精確地為90度的差分相位。I信道和Q信道混頻器可能具有不同的變頻方式，其可以是頻率相關的。此外，在I路和Q路中的濾波器和放大器典型地並不完美地匹配。這些I/Q失配對接收機性能有有害影響。在調諧器中的模擬部分的I/Q失配能夠用數字的方式予以補償。如果存在頻率相關性I/Q失配，則用具有有限數量抽頭的補償器進行的補償並不理想。在這種情況下，現有的補償器顯示了頻率相關性性能。在1w-1F (中間頻率)接收器概念中，期望信號通常位於頻譜的負頻率，然而不期望 的信號卻位於頻譜的正頻率。對於一些輸入信號(即，例如，期望模擬電視(TV)廣播信號)和模擬相鄰信道，在頻譜的不期望的部分補償性能良好，而在期望部分則補償性能差。這導致相鄰信道的顯著串擾進入期望信號。需要提供一種補償技術，即使I/Q失配包含頻率相關性部分，也可以提供滿意的結果。

發明內容
本發明一方面提供了一種補償器單元，用於補償期望頻帶內同相位信號和正交相位信號之間的頻率相關性失配，所述補償器單元包括:第一濾波器，適於補償所述同相位信號和所述正交相位信號之間的失配；自相關估計單元，適於估計所述同相位信號和所述正交相位信號之間的自相關；其中估計的所述自相關用於計算所述第一濾波器的濾波器係數；第二濾波器，位於所述補償器單元的輸入端和所述自相關估計單元的輸入端之間，並且適於削弱未位於所述期望頻帶的鏡像區內的至少一個信號。進一步地，所述至少一個信號包括未位於所述期望頻帶的所述鏡像區內的最強信號。
進一步地，所述第二濾波器具有實值係數。進一步地，所述第二濾波器為帶通濾波器。進一步地，所述第二濾波器為帶阻濾波器。進一步地，所述第二濾波器由一個以上級聯的二階無限衝激響應陷波濾波器形成。所述補償器單元，進一步包括:分析器單元，適於:獲取輸入至所述補償器單元的樣本；基於獲取的所述樣本計算功率譜；將所述期望頻帶的鏡像頻率設置為0 ;以及在將所述鏡像頻率設置為0之後，識別出剩餘功率譜中的最強分量；其中，所述第二濾波器適於對所述最強分量進行陷波。本發明另一方面，提供了一種接收機單元，包括:正交解調器，被配置為根據調製載波信號生成採樣同相位信號和採樣正交相位信號；以及上述任一項中的補償器單元。本發明又一方面，提供了一種用於處理米樣同相位信號和米樣正交相位信號的方法，所述方法包括:削弱未位於期望頻帶的鏡像區內的至少一個信號；基於削弱的所述信號，估計所述同相位信號和所述正交相位信號之間的自相關；生成濾波器的濾波器係數；基於生成的所述濾波器係數，補償所述同相位信號和所述正交相位信號之間的失配。進一步地，所述至少一個信號包括未位於所述期望頻帶的所述鏡像區內的最強信號。進一步地，所述至少削弱最強信號包括:獲取同相位樣本和正交相位樣本；基於獲取的所述樣本計算功率譜；將所述期望頻帶的鏡像頻率設置為0 ;在將所述鏡像頻率設置為0之後，識別出剩餘功率譜中的最強分量；以及對所述最強分量進行陷波。


·附圖被包括進來以提供對實施方式的進一步理解並形成一體且構成本說明書的一部分。附圖示出了實施方式並和描述一起來解釋實施方式的原理。其它實施方式及其許多預期的優點將容易理解，通過參考以下詳細描述能更好地理解它們。圖1是根據本發明實施方式的補償器單元的示意性框圖；圖2是示出了根據本發明另一實施方式的在正交解調器中的I/Q信道之間補償失配的方法的簡化流程圖；圖3是示出了低中頻接收器結構的示意性框圖；圖4是具有陷波頻率的濾波器頻率響應的實例；圖5a和5b是示出了在根據本發明實施方式的沒有和具有第二濾波器的自相關估計單元的輸入端的頻譜的框圖；圖6a和6b是示出了根據本發明實施方式的沒有和具有第二濾波器的鏡像抑制比(MIRR)的比較的框圖；圖7描述了根據本發明進一步實施方式的補償器單元的示意性框圖；圖8示出了根據本發明進一步實施方式的補償失配的方法的示意性流程圖；圖9示出了根據用於解釋背景技術的實例的補償器單元的示意性框圖；圖10示出下變頻至中頻之後I/Q失配的影響。
具體實施例方式圖1示出了補償器單元100，包括第一濾波器102、自相關估計單元104和第二濾波器106。第一濾波器102適於補償同相位信號和正交相位信號之間的失配。自相關估計單元104適於估計同相位信號和正交相位信號之間的自相關，並基於該自相關計算第一濾波器102的濾波器係數。第二濾波器106位於補償器單元100的輸入端108和自相關估計單元104的輸入端之間。第二濾波器106適於削弱不位於期望頻帶的鏡像區(mirror region)中的至少一個信號。在第二濾波器106作為數字濾波器實現時係數可以存儲在補償器單元100的存儲單元(例如，寄存器)中。被削弱的至少一個信號可以是未位於期望頻帶的鏡像區內的最強信號。該最強信號可以位於期望頻帶內。補償器單元100的輸入端108可以從模數轉換器(ADC，未描述)或從混頻器(未描述)接收信號。在圖2中，示出了根據本發明實施方式的方法步驟。在步驟S200中，削弱未位於期望頻帶的鏡像區內的至少一個信號。該至少一個信號可以是未位於期望頻帶的鏡像區內的最強信號。在步驟S202中，基於從步驟S200所削弱的信號，估計在同相位信號和正交相位信號之間的自相關。在步驟S204中，基於同相位信號和正交相位信號之間的自相關，生成第一濾波器102的濾波器係數。 在步驟S206中，基於所生成的濾波器係數，對失配予以補償。第二濾波器106用於抑制(reject)由並未在接收器中引發任何接收問題的失配所產生的圖像。因此，自相關估計單元104並未看到這些圖像，因此不會調節補償以抑制這些圖像。相反，它將調節補償以抑制期望頻帶內的圖像。第二濾波器106能夠削弱期望信號的強的部分。它也可能削弱強的帶外信號。可能合適的濾波器形狀為帶阻濾波器或帶通濾波器。為了保持關於零頻率的信號譜的對稱，第二濾波器106在作為數字濾波器實現時可以具有實值係數。由於第二濾波器106位於由第二濾波器106和自相關估計單元104形成的估計路徑中，所以不需要精確的頻率響應或者不變的群延遲。第二濾波器106的可能實施基於級聯的二階無限衝激響應(IIR)陷波濾波器(notch filter)。正如圖3對補償器單元100的示意性描述，它可以用在低中頻(中頻)接收機結構中。例如，接收機結構可以是模擬電視接收機的部分。在這種情況下，期望頻帶可以是包含與期望的(例如，用戶選擇的)電視頻道相關聯的音視頻信號的頻帶。無線頻率信號302由天線304接收並在預選濾波器306中進行濾波。然後，預選濾波信號在低噪音放大器中進行放大並在第一混頻器310中與來自第一本地振蕩器312的信號進行混頻。生成的中頻312在另一個放大器314中被放大並通過中頻濾波器316濾波。然後，所濾波的信號由模數轉換器(ADC) 318轉換成數位訊號，並在第二混頻器319中與來自第二本地振蕩器320的信號進行混頻，生成基帶信號330。在基帶中，基帶信號330進一步由信道選擇濾波器332濾波。補償器單元100可以位於例如模數轉換器318和第二混頻器319之間。在圖4中，描述了在土 1.4MHz和±5.9MHz處具有示例性陷波頻率的第二濾波器106的頻率響應的實例。圖5a和5b示出了第二濾波器106對在自相關估計單元的輸入端的頻譜的影響。圖5a示出了沒有第二濾波器106的輸入頻譜實例，而在圖5b中，描繪了具有第二濾波器106的相應輸入頻譜。在圖5a中，在頻譜的負區域中，在頻率fl處能夠觀察到示例性的一個強期望視頻載波，並且在頻率f3處能夠觀察到對應的強期望音頻載波。在這個實例中，期望頻帶是包含期望視頻載波以及期望音頻載波的頻帶；期望頻帶的鏡像區域(其為與期望頻帶具有相同帶寬、相反符號的頻帶)包含相對應的圖像信號。在頻譜的正區域中頻率f5處能夠觀察到期望視頻載波的鏡像圖像。在頻譜的正區域中頻率f4處，存在不期望的強音頻載波。這個不期望的音頻載波的對應鏡像圖像位於頻譜的負區域中頻率f2處。由於自相關估計單元被配置為尋找鏡像圖像，所以它將檢測頻率f5和頻率f2處的鏡像。為了移除兩個鏡像，將優化失配校正的整個結果來移除這兩個鏡像，從而導致了圖6a中示意性描繪的鏡像抑制比。正如能夠很容易觀察到的，在這個實例中，鏡像抑制比對於頻譜正區域中的2MHz的頻率區域而言是高的。然而，這並不是位於頻譜負區域的期望頻帶。當實施適於削弱位於期望頻帶的鏡像頻率之外的至少一個信號(例如，如圖5中所描繪的，位於期望頻帶的鏡像區域之外的最強信號)的第二濾波器106時，易於觀察到在頻率fl的期望視頻載波的信號和在頻率f3的期望音頻載波的信號遠遠低於沒有第二濾波器106的信號。在頻率f4處的不期望的音頻載波沒有被削弱，因為它位於期望頻帶的鏡像區域內(因此沒有被選為位於期望頻帶的鏡像區域之外的最強信號)。另一方面，因為本實施方式的第二濾波器106具有實值係數一正如削弱所選擇的期望視頻載波，也要削弱對應的鏡像，在頻率f5處的期望視頻載波的鏡像也會被削弱，儘管其位於鏡像區域內。因此，自相關估計單元將會關注剩餘鏡像頻率(即，在頻率f2的不期望的音頻載波的鏡像)，從而為了補償I/Q失配，計算第一濾波器102的濾波器係數，並且其導致了具有4MHz左右的負頻率處的期望頻帶內最大值的鏡像抑制比，正如在圖6b中所描述的。嗎還由於在圖5a和5b中頻率fl左側和頻率f5右側的區域中的信號可能會影響自相關估計單元，並且所計算的第一濾波器102的濾波器係數可能不適於補償期望頻帶內的I/Q失配，還可能產生第二濾波器106，作為削弱或移除具有絕對值大於期望頻帶及其鏡像區域內的頻率的這些頻率的帶通濾波器。在圖7中，描述了補償單元700的另一實施方式。除了適於補償I/Q失配的第一濾波器102，自相關估計單元104和第二濾波器106之外，還設置了用於自動設置第二濾波器106的濾波器係數的分析單元702。使用這個實施方式，第二濾波器106的設置能夠自動地適於改變接收條件。分析器702所使用的方法被示意性地描繪為圖8中的流程圖。在步驟S800中，獲取某些時間周期的複雜輸入信號。在步驟S802中，使用這 個樣本數據計算複雜功率譜。在下一個步驟S804中，將鏡像(關於頻率f=0)期望頻帶(由箭頭810指示)的所有頻率點設置為O。
在步驟S806中，從剩餘功率譜中識別出具有最強功率的n個分量，其中n相當於第二濾波器106的陷波濾波器部分的數量。在步驟S808中，對應的頻率是陷波濾波器頻率的備選頻率，並且在步驟S809中用於設置第二濾波器106的對應濾波器係數。在圖9中，描述了作為現有技術的不具有第二濾波器106的補償器單元900。現有補償器單元示出了頻率相關性性能。對於一些輸入信號(即，期望模擬電視(TV)廣播信號)和模擬相鄰信道，在頻譜的不期望的部分補償性能良好，而在期望部分補償性能差。這會導致相鄰信道的明顯串擾進入期望信號。在圖10中，通過示出在I/Q下變頻之前和之後的頻域內信號的大小，示意性地描述了 I/Q失配的影響。在圖10的左側，在正頻率範圍(|Z (f) I)內描繪了第一載波I和第二載波2。在負頻率範圍內存在相應的鏡像頻譜(|Z* (f) |)0在下變頻(圖10的右側)之後，可見載波2的鏡像頻譜的部分漏入載波I的頻率區域，從而幹擾載波I (對應地，載波I的鏡像頻率的一部分將會干擾載波2)。當載波I為期望載波而載波2為不期望的載波時，載波I會受幹擾。利用根據本發明實施方式的第二濾波器106，自相關估計單元將削弱載波2的鏡像，由此優化載波I所位於的區域的鏡像抑制比，使得載波2的鏡像不幹擾載波I。所提出的補償器單元相應於使輸入信號有變化的時間而言具有魯棒性，它示出了快速收斂和小的實現尺寸以及低功耗。由於第二濾波器106插入估計器路徑，因為信號頻率響應不受影響並且自相關估計單元104容許群延遲失真，所以能夠使用低成本濾波器106。 在出現頻率相關性I/Q失配時可以使用一個抽頭的補償器單元100。一般地，對於給定的失配和補償性能，相比於沒有第二濾波器106的實施方式，補償器單元的抽頭數量可以更少。
權利要求
1.一種補償器單元，用於補償期望頻帶內同相位信號和正交相位信號之間的頻率相關性失配，所述補償器單元包括: 第一濾波器，適於補償所述同相位信號和所述正交相位信號之間的失配； 自相關估計單元，適於估計所述同相位信號和所述正交相位信號之間的自相關；其中估計的所述自相關用於計算所述第一濾波器的濾波器係數； 第二濾波器，位於所述補償器單元的輸入端和所述自相關估計單元的輸入端之間，並且適於削弱未位於所述期望頻帶的鏡像區內的至少一個信號。
2.根據權利要求1所述的補償器單元，其中，所述至少一個信號包括未位於所述期望頻帶的所述鏡像區內的最強信號。
3.根據權利要求1或2中任一項所述的補償器單元，其中，所述第二濾波器具有實值係數。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的補償器單元，其中，所述第二濾波器為帶通濾波器。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的補償器單元，其中，所述第二濾波器為帶阻濾波器。
6.根 據權利要求1至5中任一項所述的補償器單元，其中，所述第二濾波器由一個以上級聯的二階無限衝激響應陷波濾波器形成。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的補償器單元，進一步包括:分析器單元，適於: 獲取輸入至所述補償器單元的樣本； 基於獲取的所述樣本計算功率譜； 將所述期望頻帶的鏡像頻率設置為O ;以及 在將所述鏡像頻率設置為O之後，識別出剩餘功率譜中的最強分量； 其中，所述第二濾波器適於對所述最強分量進行陷波。
8.一種接收機單元,包括: 正交解調器，被配置為根據調製載波信號生成採樣同相位信號和採樣正交相位信號；以及 權利要求1至7中任一項所述的補償器單元。
9.一種用於處理米樣同相位信號和米樣正交相位信號的方法，所述方法包括: 削弱未位於期望頻帶的鏡像區內的至少一個信號； 基於削弱的所述信號，估計所述同相位信號和所述正交相位信號之間的自相關； 生成濾波器的濾波器係數； 基於生成的所述濾波器係數，補償所述同相位信號和所述正交相位信號之間的失配。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述至少一個信號包括未位於所述期望頻帶的所述鏡像區內的最強信號。
11.根據權利要求9所述的方法，其中，所述至少削弱最強信號包括:獲取同相位樣本和正交相位樣本； 基於獲取的所述樣本計算功率譜； 將所述期望頻帶的鏡像頻率設置為0 ; 在將所述鏡像頻率設置為0之後，識別出剩餘功率譜中的最強分量；以及對所述最強分量進 行陷波。
全文摘要
本發明涉及補償器單元、接收機單元和相應的處理方法。該補償器單元用於補償在期望頻帶內同相位信號和正交相位信號之間的頻率相關性失配，包括第一濾波器，適於補償所述同相位信號和所述正交相位信號之間的失配；自相關估計單元，適於估計所述同相位信號和所述正交相位信號之間的自相關；其中所述估計的自相關用於計算所述第一濾波器的濾波器係數；第二濾波器，位於所述補償器單元的輸入端和所述自相關估計單元的輸入端之間，並且適於削弱未位於所述期望頻帶的鏡像區的至少一個信號。
文檔編號H04L27/34GK103248588SQ20131004501
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月4日 優先權日2012年2月2日
發明者橫島英城, 山本憲, 格爾德·斯帕林克 申請人:索尼公司