具有同相正交信號失衡估測及校正技術的無線通信接收器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明有關于無線通信系統(tǒng)，特別有關于根據被處理信號特征的信息，以用于改 善同相正交信號失衡現象的估測及校正準確度的技術。
【背景技術】
[0002] 在一無線信號接收器當中，模擬數字轉換器通常使用低的取樣率。因此，所接 收的射頻信號必須先進混頻器降頻后才能進行后續(xù)處理。在符合全球移動通信系統(tǒng) (GSM,GlobalSystemforMobilecommunication)規(guī)格的接收器內，正交信號會被降頻為 中頻信號，該中頻信號通?？梢允橇阒蓄l（ZIF)信號或是超低中頻（VLIF)信號。
[0003] 理論上來說，正交混頻會對鏡像頻段（imageband)造成無限地衰減。然而，在現 實的案例中，同相與正交信號總是會有些失衡（imbalance)的現象。其原因可能來自于局 部震蕩器（LO)所提供的信號在震幅與相位之間的不匹配，或者是由于溫度變化以及元器 件老化等。同相正交信號的失衡現象會導致不必要的鏡像頻段信號或鏡像信號，以至于所 需信號與造成干擾的鏡像頻段信號混和在一起。
[0004] 當使用超低中頻信號時，來自鄰近載波的信號可以產生非常強的干擾鏡像頻段信 號，其強度可以比所需信號強50-100分貝之多。請參見《在低中頻接收器里用于處理同相 正交信號失衡的先進數字信號處理器」。（Valkama，M;Renfors，M./'AdvancedDSPforI/Q imbalancecompensationinalow-IFreceiver，'，IEEEInternationalConferenceon Communications, 2000.ICC2000)然而，使用非零中頻信號的好處之一，在于可以減少閃爍 噪聲（flickernoiseor1/fnoise)的影響。為了避免會強烈干擾的鏡像頻段信號所導 致的問題，接收器需要在同相正交信號線路之間有非常緊密的平衡，或者是使用某種同相 正交信號的失衡估算及校正的機制。更進一步來說，在無線信號接收器當中的數字基頻信 號處理過程中，實作同相正交信號的失衡估算及校正的機制，比起在模擬信號階段處理的 解決方案，在消耗功率及使用芯片面積方面較為有利。
[0005] 某些低中頻信號接收器使用適應性的方法作為同相正交信號的失衡估算及校正 的機制，可以參考下列的論文：《在低中頻接收器里用于處理同相正交信號失衡的先進數字 信號處理器》（Valkama,M;Renfors，M.!"AdvancedDSPforI/Qimbalancecompensation inalow-IFreceiver"，IEEEInternationalConferenceonCommunications, 2000.ICC 2000)與《在90奈米CMOS制程的低中頻信號接收器中使用適應性去關聯法以補償同相正 交信號的不匹配》（Elahi.I. ;Muhammad，K.;BalsaraP.T. ;"I/Qmismatchcompensation usingadaptivede-correlationinalow-IFreceiverin90_nmCMOSprocess"，IEEE JournalofSolid-StateCircuits,Feb. 2006) 〇 一個較不復雜的解決方案則可見《包含 可選頻率元件的非理想模擬接收器的同相正交失衡補償》（Mailand，M. ;Richter，R.;and Jentschel,H.J.uIQ-imbalanceanditscompensationfornon-idealanalogreceivers comprisingfrequency-selectivecomponents"，Adv.RadioSci.，2006)〇
[0006] 這些已經存在的解決方法并沒有利用被處理信號特征的信息來改善同相正交信 號失衡現象的估測及校正準確度。再者，根據本發(fā)明所提供的較佳實施例，同相正交信號失 衡估計與同相正交信號失衡校正各自獨立進行，這種作法不僅僅提高性能表現，還可以減 少實作的復雜度。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明提供在無線通信接收器內的同相正交信號失衡估測與校正的新方法。這些 新技術里用已傳送信號與已接收信號的特征信息，以達到比現有技術更好的校正性能。在 本發(fā)明中所描述的方法也比先前的解決方法具有實作上的優(yōu)勢。
[0008] 根據本發(fā)明，接收器計算多個度量，供特征化已接收信號的多個特性。這些度量至 少是根據同相正交取樣信號的一區(qū)塊進行計算，接著被提供給一處理模塊。該處理模塊使 用這些數值來設定一同相正交信號失衡校正模塊，該同相正交信號失衡校正模塊在已接收 信號被提取傳送信息之前，對該已接收信號進行校正。該同相正交信號失衡校正模塊通常 被設定為對同相正交取樣信號的至少一區(qū)塊進行校正。
[0009] 在本發(fā)明的一實施例中，被提供給該處理模塊的多個度量包含已接收信號內同相 正交信號的功率以及其互相關值。在本發(fā)明的更一實施例當中，接收器也計算同相正交取 樣信號的直流電偏移。
[0010] 該處理模塊所計算的同相正交信號失衡校正模塊的組態(tài)值可能是單一多個形式 的等化器權重。在計算同相正交信號失衡校正模塊的組態(tài)值時，該處理模塊也可以推導出 同相正交信號相位與增益失衡的代表值。
[0011] 該處理模塊可以使用已接收信號的多個取樣區(qū)塊的特性所對應的多個度量，用于 改善所計算的校正組態(tài)值的正確性。本發(fā)明提供幾種方法，用于結合多個取樣區(qū)塊所對應 的多個度量。
[0012] 該處理模塊也可以利用已傳送信號特征的先驗知識，用于推算同相正交信號失衡 校正模塊的組態(tài)值?？梢杂靡褌魉托盘柕耐嘈盘柕墓β逝c正交信號的功率以及其互相關 來表示上述先驗知識。
[0013] 接收器所所知的同相正交信號增益與相位失衡范圍的知識，也可以被該處理模塊 用來改善同相正交信號失衡校正程序的正確性。
[0014] 接收器可以設計成，同相正交信號失衡校正模塊所校正的同相正交信號的取樣區(qū) 塊不同于同相正交信號失衡估測模塊所估測的同相正交信號的取樣區(qū)塊。比方說，同相正 交信號失衡估測模塊所估測的同相正交信號取樣可以源自一測試信號，該測試信號的特征 已經為該接收器所知，且所推導出來的校正組態(tài)值可以用于來自另一不同且未知信號的同 相正交信號取樣上。
[0015] 根據本發(fā)明的一個方面，可以在產生度量以特征化該以接收信號時，對已接收信 號進行信號調節(jié)（conditioning)的技術。在本發(fā)明的一實施例中，上述的信號調節(jié)包含對 已接收信號上適用一視窗化信號。在另一實施例中，雖然不對已接收信號適用該視窗化信 號，但在計算關于該已接收信號特征的多個度量時，將視窗化信號的影響包含在內。在本發(fā) 明的更一實施例當中，適用于已接收信號的信號調節(jié)技術是以一數字濾波的形式進行。信 號調節(jié)的組態(tài)值可用于應付接收器處理時的預期缺陷，例如頻率偏移等。上述信號調節(jié)的 組態(tài)值可以根據如頻率偏移等的已接收信號的特征而變化。
[0016] 根據本發(fā)明的另一個方面，可以控制已傳送信號的特征以便符合改善同相正交信 號失衡估測的某些設計門檻。在本發(fā)明的一實施例中，同時考慮到已傳送信號的頻譜以及 用于同相正交信號失衡估測的取樣數量，以便最小化某一成本函數，其表示同相正交信號 失衡估測誤差。
【附圖說明】
[0017] 圖1為一無線信號接收器的一簡化方塊示意圖。
[0018] 圖2顯示了第二個鄰近干擾源出現時對同相正交信號失衡所造成的影響。
[0019] 圖3為第三代移動通信合作計畫（3GPP)技術標準TS45. 005第二鄰近頻道性能所 要求的鏡像抑制比（IRR,imagerejectionratio)的一示意圖。
[0020] 圖4顯示了不同的同相正交信號振幅與相位失衡值所對應的鏡像抑制比。
[0021] 圖5為具有同相正交信號失衡估測及校正功能的數字前端的數字基頻處理模塊 的一簡化方塊示意圖。
[0022] 圖6為同相正交信號失衡校正模塊的一簡化方塊不意圖。
[0023] 圖7為同相正交信號失衡估測模塊的一簡化方塊示意圖。
[0024] 圖8為不特別移除直流電偏移的具有同相正交信號失衡估測及校正功能的數字 基頻處理模塊的一簡化方塊示意圖。
[0025] 圖9為不特別移除直流電偏移的同相正交信號失衡估測模塊的一簡化方塊示意 圖。
[0026] 圖10顯示了在固定頻率誤差的情況下使用視窗化技術所導致的鏡像抑制改善狀 況。
[0027] 圖11顯示了具有視窗化技術的同相正交信號失衡估測模塊的一簡化方塊示意 圖。
[0028] 圖12顯示了具有濾波功能的同相正交信號失衡估測模塊的一簡化方塊示意圖。
[0029] 圖13顯示了一帶通濾波器對同相正交信號失衡估測模塊的信號頻譜的影響。
[0030] 圖14顯示了通過在同相正交信號失衡估測模塊之前使用信號調節(jié)技術所造成校 正后鏡像抑制的情況。
[0031] 符號說明
[0032]110天線
[0033]120射頻信號前端
[0034] 130傳接器
[0035] 131混頻器
[0036] 132混頻器
[0037] 133局部震蕩器
[0038] 134低通濾波器
[0039] 140數字基頻信號模塊 [0040]141模擬數字轉換器
[0041] 142數字濾波器
[0042] 143同相正交信號處理電路
[0043] 144數字信號處理模塊
[0044] 510數字前端模塊
[0045] 520同相正交信號失衡估測模塊