专利名称：具有幅度和相位误差补偿的调制载波的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及调制载波，尤其是RF载波的方法，而且其中补偿了在此调制期间所产生的幅度和相位误差。
本发明还涉及能够进行具有这种补偿的调制的设备。其主要应用在基于卫星的双向多媒体通信系统，特别是那些使用Ku频带或Ka频带的系统中。本发明还涉及LMDS(局域多点分布式系统的标准)型RF传输系统。
背景技术：
通常利用对基于一个或多个本地振荡器的频率的一系列改变来进行RF调制，这是非常复杂而昂贵的。
通过进行直接矢量调制而免去对频率的这些改变是非常有利的。这种解决方案实现起来既简单又便宜。但是，这种解决方案受到调制器所产生的幅度不均衡的限制，尤其是在使用相对较大的频带时的毫米波频率上。这种不均衡一方面来自硬件中的静电扩散(staticspread)，而另一方面来自多种漂移，尤其是由于温度而引起的漂移。
为了补偿由于硬件所引起的静电扩散，一种传统使用的方法在于在工厂测量这种传播，并引入相反的传播，例如，在数字信号处理的水平，特别针对每个调制器，编程PROM。这种方法的缺点是较为昂贵。
为了补偿其他种类的缺点，并可能补偿静电扩散，还可以使用如图1所示的、包括矢量解调器的动态校准系统。
在图中，被称为DSP的数字信号处理系统101直接计算调制信号I和Q。然后，在转换器102和103中将这两个信号转换为模拟量，在增益控制放大器104和105中进行放大，然后，在滤波器106和107中进行滤波。
本地振荡器108发出载波频率，在乘法器109中与信号I相乘，在可变移相器110和90度移相器111移相之后，在乘法器112中与信号Q相乘。
在求和器113中对乘法器109和112的输出信号求和，然后，在输出放大器114中进行放大。
输出耦合器115使其能够分接出少部分来自放大器114的输出信号，从而将其施加于矢量解调器116，矢量解调器116使其能够检测相位和幅度的误差。
将幅度误差施加于放大器104和105的增益控制，而将相位误差施加于可变移相器110的增益控制。
为了实际确定这些误差，需要时常地发送校准信号，其缺点在于这时打断了有用信号的传输。
在所考虑的频域中，也就是说毫米波范围中，移相器，可变移相器110和90度移相器111不能够具有所需的精度，也就是说一度。此外，矢量解调器116本身具有正交缺陷，从而干扰了校正。因此，这样的结构在毫米波频率上是不可能的。
发明内容
为了能够进行像这样的直接RF调制，本发明提出了一种载波调制的方法，尤其是RF载波，其中，产生两个正交分量I和Q，并以这两个分量矢量调制本地频率。按照本发明的主要特征，在零频率周围对信号I或Q进行滤波，从而产生小自由频带；交替地在信号I和信号Q中的这个小自由频带中，插入低频副载波，所述低频副载波远离零频率，从而不产生任何连续分量的移位误差，而且相对于信号I或Q的电平，具有足够低的相对电平，以不干扰信号I或Q；以相同的本地频率、同步方式、交替地余弦和正弦解调少部分矢量调制的信号；对解调信号进行低通滤波，从而提取出受到与矢量调制之后、信号I和Q受其干扰的幅度和相位误差依次对应的幅度和相位误差干扰的副载波；测量这些幅度和相位误差；根据这些测量值，反馈校正初始分量I和Q，从而补偿这些误差。
按照另一特征，除了矢量调制、本地频率的产生、解调和低通滤波器之外，全部操作都以数字方式进行。
按照另一特征，通过在RF频率上加上正弦和余弦数字产生的足够低的参考频率F1，完成本地频率的产生。
本发明还提出了一种用于调制载波的设备，尤其是RF载波，所述设备包括数字处理器，用于产生两个正交分量I和Q；本地基频发生器和矢量调制器，用于通过这两个分量调制此本地频率，其特征在于所述设备还包括滤波装置，在零频率周围，对信号I或Q进行滤波；低频副载波发生器；插入装置，将此副载波交替地插入信号I和信号Q；同步解调装置，用于以同步方式、本地频率、交替地余弦和正弦解调少部分来自矢量调制器的输出信号；滤波器，用于从解调的信号中提取受到幅度和相位误差干扰的副载波；测量装置，用于测量这些幅度和相位误差；以及校正装置，用于根据这些测量值，校正初始分量I和Q，从而补偿这些误差。
按照另一特征，所述装置包括发生装置，用于产生由数字处理器处理的足够低的补充本地频率；第一加法装置，用于将所述补充本地频率与基本本地频率相加；数字移相装置，用于交替地余弦和正弦数字移相对解调有用的所述补充本地频率；第二加法装置，将这样移相的本地频率与基本本地频率相加，从而提供给所述同步解调装置。
通过下面对参照附图的非限制性示例的描述，本发明的其他特征和优势将变得更加清楚，其中图1，按照现有技术的具有补偿的直接调制器；图2，调制信号I和Q的基带频谱；图3，按照本发明进行滤波之后，调制信号I和Q的频谱；图4，在滤波和插入参考副载波之后，调制信号I和Q的频谱的局部视图；
图5，按照本发明的直接调制器的简图；图6，按照本发明校正误差的顺序的流程图；以及图7，受到这些误差干扰的信号I和Q及对这些误差的测量的标绘图。
具体实施例方式
在图2中以公知的方式示出了在这种调制中所使用的信号I和Q的基带频谱。
如图3所示，按照本发明的方法提出在第一步中消除此信号在零频率周围的部分。
作为示例，在4QAM型调制的情况下，通过信号处理器中的数字滤波完成此操作。通过消除与信号的有用频带相比非常小的频带，则相对于有用信号所产生的误差为二阶的。
在使用如OFDM(正交频分复用)型等多载波型调制的情况下，消除0周围的载波是相当简单的，位于此处的所有有用信号都通过编码被转入其他载波。
如图4所示，本发明接下来提出将副载波403插入在零频率和基带402的剩余部分之间这样产生的凹谷401中。此副载波离零足够远，从而并不产生归因于连续分量的移位(“偏移”)的公知误差。此外，相对于基带402的电平，副载波的相对电平足够低，而不干扰基带402。
以随后将描述的特定顺序连续发送的此副载波被用于测量相位误差和幅度误差，从而使参照图5的简图所描述的方法能够进行反馈校正。
如图5所示，在DSP处理器501级执行校正操作的实质操作。当然，在此DSP内部，以全数字的方式执行此操作和全部在DSP 501中执行的操作。
通过模/数和数/模转换器实现此DSP的信号输入和输出，为了使图简化，在图中未示出这两部分。
在此处理器中，在公知的编码系统502中产生有用的信号，然后，将此信号发送给信号I和Q发生器503，信号I和Q发生器503根据以下述方式获得的误差信号，同时执行调制误差校正。
然后，在滤波模块504中对处于基带中的这些信号I和Q进行滤波，从而获得图3中的频谱。
发生器505产生低频LF参考副载波403。
然后，借助于开关506将此信号通过求和器507和508交替地插入信号I和Q。由序列发生器522发出的时钟信号确定这种插入的速度(tempo)，从而获得想要的补偿速度。
然后，将这些包括此LF频率的信号I和Q施加于矢量调制器509，矢量调制器509以传统的方式包括两个乘法器510和511、90度移相器513和加法器512。
从发出RF频率的本地振荡器514，通过与模块521中的数字合成所产生的补充本地参考频率F1混频，并在乘法器515中，加到本地振荡器514的频率上，获得载波频率。
在调制器509的输出获得的调制了的载波由功率放大器517进行放大，然后施加在天线上。
在放大器517的输出，耦合器518使其能够分接出少部分的信号，从而将其发送到作为同步解调器的乘法器519。
施加在此乘法器上的解调频率与调制频率相同，并基于振荡器514、频率F1的发生器和乘法器520获得。但是，由DSP 501的模块521发出此频率F1，模块521提供数字频率合成功能，并缩写为DDS(直接数字合成)。
模块521发出用于调制的(只是正弦相位)、施加于混频器515的频率F1。相同的频率用于解调。为此，交替地利用90度的相移产生从模块DDS发出的频率F1，以代表正弦或余弦。由于需要在频率F1具有精确的90度相移，以便不在企图获得校正的解调中加入任何额外的误差，而且不能以模拟方式获得这样精确的相移，在处理器DSP的模块DDS中，数字地产生了这样交替移相的频率F1。
由于不可能利用数字处理器产生从正弦到余弦以及从余弦到正弦精确地翻转的毫米波频率，因而，使用如100MHz量级等较低的频率，处理器能够产生此频率，并将其加在本地振荡器514产生的频率上。
在序列发生器模块522的控制下，在模块521中执行此操作。序列发生器模块522还以遵照下述序列的方式发出引起继电器506翻转的时钟信号。
低通滤波器523能够非常简单地隔离出LF副载波。相对于从加法器507和508注入的LF副载波，此LF副载波在幅度和相位上都发生了漂移。然后，将其发送到处理器501，在处理器501中，模块524能够测量相位差d(Φ)和幅度差d(amp)。将这些测量值发送给误差校正器501，误差校正器501据此修改信号I和Q，从而能够连续地校正变化的误差，尤其是归因于逻辑单元的误差，尤其是矢量调制器509，其中主要的误差来源于90度移相器513。
如上所述，为了能够区分I和Q信道上的误差，LF副载波独立并依次施加在这两个信道上。由于在这两个信道中的每一个中都存在相位误差和幅度误差，为了区分这两个误差，相对于图7中的标绘图，使用图6所示的序列。基于序列发生器522获得此序列。
在步骤60 1中首先余弦解调I信道的副载波，在步骤602中正弦解调I信道的副载波。这能够获得矢量I的坐标x(i)和y(i)，使其可以确定此信道I中的相位误差和幅度误差。
然后，在步骤603和604中余弦和正弦解调Q信道的副载波，从而获得矢量Q的坐标x(q)和y(q)。
在序列发生器522的控制下，在模块524中执行这些步骤。
于是，这些坐标使其可以在相同的模块524中计算相位误差和幅度误差，然后将相位误差和幅度误差施加于校正模块501。
从而，这样描述的方法使其可以执行直接矢量调制，尤其在毫米波频率，并不受到归因于传统的频率变换结构的严重滤波约束的限制。这使其能够简化设备的结构，从而降低其成本。校正并不局限于来源于矢量调制器的误差，而延伸到电路的其他部分，尤其是矢量调制器之后的功率单元。
基于数字处理器获得正交信号I和Q，使其能够消除通常使用的90度移相器较差的精确度。
调制信号的低频窄带滤波以便在其中引入参考副载波，使其能够获得校正，而不需要中断有用数据的传输。
使用本地传输振荡器的频率依次相位和正交解调参考副载波的单混频器的使用，使其能够消除通常由校正环本身所产生的误差。
本发明在毫米波频带中的点多点传输系统的结构中尤为有效，但本发明也可以应用在基于载波调制的任何传输系统中。
权利要求
1.一种载波调制的方法，尤其是射频(RF)载波，其中，产生两个正交分量I和Q(502、503)，并以这两个分量矢量调制(509)本地频率(514)，其特征在于在零频率周围对信号I/Q进行滤波(504)，从而产生小自由频带(401)；交替地(506)在信号I和信号Q中的所述小自由频带中，插入(507、508)低频副载波(403)，所述低频副载波远离零频率，从而不产生任何连续分量的移位误差，而且相对于信号I/Q的电平，具有足够低的相对电平，以不干扰信号I/Q；以相同的本地频率、同步方式(519)、交替地余弦和正弦解调少部分(518)矢量调制的信号；对解调信号进行低通滤波(523)，从而提取出受到与矢量调制之后、信号I和Q受其干扰的幅度和相位误差依次对应的幅度和相位误差干扰的副载波；测量(524)这些幅度和相位误差；以及根据这些测量值，反馈校正初始分量I和Q，从而补偿这些误差。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于除了矢量调制(509)、本地频率的产生(514)、解调(519)和低通滤波器(523)之外，全部操作都以数字方式进行。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于通过在RF频率(514)上加上(515)正弦和余弦数字产生(521)的足够低的参考频率F1，完成本地频率的产生。
4.一种用于调制载波的设备，尤其是射频(RF)载波，所述设备包括数字处理器(501)，用于产生两个正交分量I和Q；本地基频发生器(514)和矢量调制器(509)，用于通过这两个分量调制此本地频率，其特征在于所述设备还包括滤波装置(504)，在零频率周围，对信号I/Q进行滤波；低频副载波发生器(505)；插入装置(507、508、506)，将此副载波交替地插入信号I和信号Q；同步解调装置(519)，用于以同步方式、本地频率、交替地余弦和正弦解调少部分来自矢量调制器的输出信号；滤波器(523)，用于从解调的信号中提取受到幅度和相位误差干扰的副载波；测量装置(524)，用于测量这些幅度和相位误差；以及校正装置(503)，用于根据这些测量值，校正初始分量I和Q，从而补偿这些误差。
5.按照权利要求4所述的用于调制载波的设备，其特征在于还包括发生装置(521)，用于产生由数字处理器处理的足够低的补充本地频率；第一加法装置(515)，用于将所述补充本地频率与基本本地频率相加；数字移相装置(521)，用于交替地余弦和正弦数字移相对解调有用的所述补充本地频率；第二加法装置(520)，将这样移相的本地频率与基本本地频率相加，从而提供给所述同步解调装置(519)。
全文摘要
本发明涉及使其能够利用正交信号直接调制RF载波的方法和设备。本发明在于在零频率周围对此正交信号进行滤波(504)，从而在每个信道上交替地引入(507、508)作为参考的低频副载波。以同步方式(519)交替地余弦和正弦解调这些信道中的每一个。对解调信号进行滤波(523)，从而恢复受到调制误差干扰的副载波。对这些误差的测量(524)能够对正交信号进行反馈校正(503)。本发明使其能够在数字处理器(501)中执行大部分的操作，并能够在毫米波频率进行直接矢量调制。
文档编号H04L27/34GK1489312SQ0315805
公开日2004年4月14日 申请日期2003年9月4日 优先权日2002年9月5日
发明者让-吕克·罗贝尔, 让-伊夫·勒纳乌尔, 弗朗索瓦·巴龙, 瓦 巴龙, 让-吕克 罗贝尔, 颉だ漳晌诙 申请人:汤姆森许可贸易公司