专利名称：用于双载波双转换接收器的数字iq失衡补偿的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信，并且具体地说，涉及用于双载波双转换无线接收器中IQ失衡(imbalance)测量和补偿的系统和方法。
背景技术：
为了在将来无线网络中实现更高峰值数据率，称为载波聚合的多个载波的同时传 送和接收被认为是关键要素。第三代合作伙伴项目(3GPP) —直在标准化用于两种技术的载波聚合如 K. Johansson、J. Bergman > D. Gerstenberger、M. Blomgren 和 A. Wallen的名称为 “Multi- carrier HSPA evolution, ”(在 Proc. IEEE Vehicular TechnologyConference (VTC)中发表，Barcelona, Spain, 2009年6月)的论文(其公开通过引用以其整体结合于本文中)中所述的高速分组接入(HSPA);以及如G. Yuan、X. Zhang、Wang和 Y. Yang 的名称为 “Carrier aggregation for LTE-Advanced mobile communicationsy stems，” I 在 IEEE Coimun. Mag.中发表，vol. 48, no. 2, pp. 88-93，2010年2月)的论文(其公开也通过引用以其整体结合于本文中)中所述的长期演进(LTE)。从移动終端的角度而言，载波聚合提出了前所未有的设计挑战，特别是在需要同时传送和接收多个非邻接(contiguous)载波时。关于移动终端的接收器架构，直接转换(direct conversion)接收器将很适合用于载波聚合。虽然直接转换接收器近来已获得更多青睐，但如B. Razavi的EEMicroelectronics (Upper Saddle River, NJ, Prentice-Hal1,1998) 一书(其公开通过引用以其整体结合于本文中)中所示的，每个载波不可避免地要求单独的接收器，由此导致低效的实现。另ー方面，宽带IF双转换接收器是已知的，如A. Springer、L. Maurer和R. Weigel 的名称为 “RF system concepts for highly integrated RFICs for ff-CDMAmobile radio terminals, ” {在 IEEE Trans. Mi crow. Theory and Tech.中发表，vol.50，no. I, pp. 254-267，2002年I月)的论文(其公开通过引用以其整体结合于本文中)中所述的。宽带IF双转换接收器再使用RF混频级和IF混频级(S卩，本地振荡器或LO和混频器)，从而允许具成本效益和功率闻效的实现。另外，它保留有方向转换(directionconversion)接收器的许多优点,例如,激进的载波聚合所必需的高度可编程的信道选择。宽带IF双转换接收器架构可应用到多载波接收。在例如双载波双转换接收器中，一个接收器分支可接收和处理第一载波，而另ー接收器分支接收和处理第二载波。通过选择适当的LO频率和混频器參数，第二接收器分支可与第一分支共享LO和混频器以节省硬件。此类双载波双转换接收器的一个缺陷是对源于共享増益和相位失衡LO和混频器的接收信号的同相⑴和正交(Q)分量之间的失衡(称为IQ失衡)的敏感。在J. C. Rudell,J. -J Ou, T. B. Cha、G. Chien、F. Brianti、J. A. Weldon 和 P. R. Gray 的名称为 “AI. 9-GHz wide-band IF double conversion CMOS receiver for cordless telephoneapplications, y,{^￡IEEE J. of Solid-State Circuits キ发轰,vol. 32, no. 12, pp.2071-2088，1997 年 12月)和S. Cho 与 H. S. Lee 的名称为 “Effect of phase mismatchon image rejection in Weaver architecture, ^ ( IEEE Trans. Microw. WirelessComp. Zeiiers 中发表，vol. 17, no. I, pp. 70-72，2007 年 I 月)的论文中，阐述了IQ失衡的问题，这两篇论文的公开通过引用以其整体结合于本文中。处理IQ失衡是要进行大量研究的领域。用于IQ失衡的解决方法主要归类成两种方案数字控制辅助的模拟校准和数字补偿。在模拟校准中，数字电路测量失真并相应地控制最小化失真的方向上的RF/模拟电路(例如，本地振荡器)。此方案在L. Der与B.Razavi 的名称为 “A 2-GHz CMOS image-re ject receiver with LMS calibration,，，(在IEEE J. of Solid-State Circuits 今H，vol. 38，no. 2，pp. 167- 175，2003 年 2月)和M. Valkama 与 M. Renfors 的名称为“A novel image rejection architecture for
quadrature radio receivers, ”{在IEEE Trans. Circuits Syst. II - Express Briefs中发表，vol. 51，no. 2，pp. 61-68，2004年2月)的论文中被描述，这两篇论文的公开通过引用以其整体结合于本文中。另ー方面，数字补偿以纯数字方式抵消IQ失衡，即，无控制RF/模拟组件。此方案在A. Tarighat> R. Bagheri与A. Sayed的有关正交频分复用(OFDM)系统的名称为“Compensation schemes and performance analysis οι IQ imbalances in OFDMreceivers,，，(在 IEEE Trans. Signal Processing 中发表，vol. 53, no. 8, pp.3257-3268，2005 年 8 月)和 Pciter Kiss 与 V. Prodanov 的名称为 “One-tap widebandI/Q compensation for zero-IF filters, ”、校 IEEE Trans. Circuits Sys t. I - Reg.Papersキ发東,vol. 51, no. 6, pp. 1062-1074, 2004年6月)的论文中被描述，这两篇论文的公开通过引用以其整体结合于本文中。然而，在载波聚合的上下文中尚未研究数字IQ失衡补偿。
发明内容
根据本文中公开和要求权利的一个或多个实施例，数字IQ失衡补偿用于双载波双转换接收器。首先，分析IQ失衡在基于OFDM的数字基带上的效应，其显示在存在IQ失衡的情况下，每个载波的基带信号从其自己的分支和另一分支来获得。其次，使用导频信号估计并且仅使用数字基带处理补偿关注的IQ失衡參数。一个实施例涉及ー种补偿RF无线通信网络中操作的多载波多转换接收器所处理的通信信号的IQ失衡的方法，该接收器具有两个或更多接收器链，每个接收器链操作以经至少ー个IF将调制到不同RF载波频率上的信号下转换(downconvert)到基带。在第一接收器链中，处理调制到第一 RF载波上的第一信号。在利用第一接收器链的ー个或多个RF或IF组件的第二接收器链中，处理调制到与第一载波不同的第二 RF载波上的第二信号。通过从相应RF载波频率到IF的转换以及通过从IF到基带的进一步转换，将第一和第二信号下转换到基帯。在每个接收器分支中处理已知參考信号。将与每个接收器链相关联的IQ失衡估计推导为将每个接收信号最佳匹配通过对应信道估计所修改的对应已知參考信号或对应已知參考信号之一的值。基于IQ失衡估计，针对IQ失衡来补偿接收信号。另ー实施例涉及ー种操作以处理分别调制到第一和第二射频(RF)载波上的第一和第二通信信号的宽带IF双载波双转换接收器。该接收器包括第一接收器链，第一接收器链包括操作以执行RF混频的RF LO和操作以执行IF混频的RF LO0第一接收器链操作以将第一信号从第一 RF载波频率到IF然后到基带进行双转换。该接收器还包括与第一接收器链共享ー个或多个RF LO的第二接收器链。第二接收器链操作以将第二信号从与第一 RF载波频率不同的第二 RF载波频率到IF然后到基带进行双转换。第一和第二接收器链操作以处理已知參考信号。该接收器还包括IQ失衡估计器，IQ失衡估计器操作以将每个接收器链中的IQ失衡估计为将每个信号最佳匹配通过对应信道估计所修改的对应已知參考信号或对应已知參考信号之一的值。该接收器另外包括均衡器，均衡器操作以补偿所述第一和第二基带信号以便去除估计的IQ失衡。
图I是双载波双转换接收器的功能框图。图2是图I的双载波双转换接收器的RF和IF级的功能示意图。图3是图I的双载波双转换接收器中IQ失衡补偿的方法的流程图。
具体实施例方式图I示出双载波双转换接收器10。接收器10在一个或多个天线12上接收调制到两个不同载波上的无线通信信号。接收信号通过RF LO和混频器14及IF LO和混频器16被双转换到基帯。IF频率经选择，使得两个载波信号共享LO和混频器14、16，每个载波信号在分开的并行路径18A、18B上被接收，每个信号包括同相(I)和正交(Q)分量(如图2更详细所示)。来自接收器路由18A、18B的基带信号分别由IQ失衡估计器20A、20B、IQ失衡补偿器22A、22B、信道估计器24A、24B及均衡器26A、26B处理。IQ失衡估计器20A、20B估计主要由RF与IF LO和混频器14、16中组件失配带来的I与Q信道之间的相位和幅度失衡。估计的IQ失衡值分别在IQ估计补偿器22A、22B中从基带信号18A、18B被去除。如本领域中已知的，信道估计器24A、24B在已知參考信号(也称为导频信号)的接收期间估计信道系数。如下面更详细所述，在一个实施例中，信道估计由IQ失衡估计器20A、20B使用；在另ー实施例中，执行IQ失衡被估计而无信道响应的单独知识。均衡器26A、26B从IQ失衡补偿的基带信号去除信道效应。均衡器26A、26B的输出如本领域已知的被进一步处理，以便实现解码、解交织、解压缩、解密及诸如此类。接收器10在诸如处理器或数字信号处理器(DSP)等操作性连接到存储软件和数据的存储器32的控制器30的控制下操作。在一个实施例中，接收器10中的测试信号生成器34生成RF或基带测试信号(可包括參考信号或测试数据)，并且将测试信号注入ー个或两个接收器链18A、18B。在各种实施例中，按照特定实现所要求的或期望的，图I所示任何功能块可在专用硬件、可编程逻辑和相关联固件中被实现，或者实现为在控制器30或其它处理硬件上运行的软件模块，或者在上述的任何组合中被实现。在天线12接收的射频(RF)信号r(t)表示为
r(f} " HvtKUIrパ,，； t Re',r:UIi-■:",frし(Si其中，T1 ( )和r2(i)是分别调制到载波I和载波2上的基带信号。注意，载波I和载波2分别具有(f^fj和ifRF-fIF、的中心频率。也就是说，中间频率被选择为第一与第二载波频率之间差的一半。图2中更详细地示出图I的双载波双转换接收器中接收信号r(i)的下转换。上部分支18A接收ー个载波(载波I )，并且下部分支18B接收另ー载波(载波2)。如本文中所述，下部分支18B与上部分支18A共享LO (未示出)和混频器。此类双载波双转换接收器的一个缺陷是对源于六个増益和相位失衡LO和混频器的IQ失衡的敏感。具体而言，如图2所示，接收器10使用双级混频将r(i)频率转换到基带。RF混频由两个RF LO ⑴和"メO
来执行。RF LO信号给出为
权利要求
1.一种补偿由射频(RF)无线通信网络中操作的多载波多转换接收器所处理的通信信号的同相(I)与正交(Q)分量之间的失衡(IQ失衡)的方法，所述接收器具有两个或更多接收器链，每个接收器链操作以经至少ー个中间频率(IF)将调制到不同RF载波频率上的信号下转换到基带，所述方法包括 在第一接收器链中处理调制到第一 RF载波上的第一信号； 在利用所述第一接收器链的ー个或多个RF或IF组件的第二接收器链中处理调制到与所述第一载波不同的第二 RF载波上的第二信号； 通过从相应RF载波频率到IF的转换以及通过从所述IF到基带的进一步转换，将所述第一和第二信号下转换到基带； 在每个接收器分支中处理已知參考信号； 将与每个接收器链相关联的IQ失衡估计推导为将每个接收信号最佳匹配通过对应信道估计所修改的对应已知參考信号或对应已知參考信号之一的值；以及基于所述IQ失衡估计，针对所述IQ失衡而补偿所述接收信号。
2.如权利要求I所述的方法，其中将与每个接收器链相关联的IQ失衡估计推导为将每个接收信号最佳匹配对应已知參考信号的值包括 估计包括根据信道估计所缩放的IQ失衡值的IQ失衡加信道矩阵；以及 将所述IQ失衡加信道矩阵归一化以去除所述信道估计。
3.如权利要求2所述的方法，还包括 基于所述IQ失衡估计，针对所述IQ失衡而补偿所述接收信号；以及 在所补偿的接收信号上执行均衡以去除残余IQ失衡增益因子和信道频率响应。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述第一和第二信号是正交频分复用(OFDM)信号，以及其中估计IQ失衡加信道矩阵包括 选择多个邻接副载波； 假设多径衰落在所选择的副载波上是恒定的；以及 在所选择的副载波上联合估计所述IQ失衡加信道矩阵。
5.如权利要求I所述的方法，还包括 在将与每个接收器链相关联的IQ失衡估计推导为将每个接收信号最佳匹配通过对应信道估计所修改的对应已知參考信号的值之前，估计与每个载波相关联的信道频率响应。
6.如权利要求5所述的方法，其中推导与每个接收器链相关联的IQ失衡估计包括将所述接收信号表示为IQ失衡缩放因子乘以如根据对应信道估计所修改的已知參考信号值，以及求解所述IQ失衡缩放因子。
7.如权利要求I所述的方法，其中所述中间频率是所述第一与第二载波频率之间的差的一半。
8.如权利要求I所述的方法，其中所述第一和第二信号是正交频分复用(OFDM)信号，以及其中推导与每个接收器链相关联的IQ失衡包括 在具有不同导频模式的多个副载波上推导IQ失衡估计；以及 基于所述导频模式来组合对于不同副载波的IQ失衡估计。
9.如权利要求8所述的方法，其中基于所述导频模式来组合对于不同副载波的IQ失衡估计包括组合对于不同副载波的IQ失衡估计，使得为具有有助于准确IQ失衡估计的导频模式的那些副载波强调所述IQ失衡估计。
10.如权利要求9所述的方法，其中基于所述导频模式来组合对于不同副载波的IQ失衡估计包括形成对于不同副载波的IQ失衡估计的加权线性平均值，其中所述权重取决于对于相应副载波的导频模式。
11.如权利要求I所述的方法，其中所述第一和第二信号的至少之ー包括所述多载波多转换接收器中生成的并注入接收器链的测试信号。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述测试信号包括基带信号。
13.ー种操作以处理分别调制到第一和第二射频(RF)载波上的第一和第二通信信号的宽带中间频率(IF)双载波双转换接收器，包括 第一接收器链，包括操作以执行RF混频的RF本地振荡器(LO)和操作以执行IF混频的RF L0，所述第一接收器链操作以将第一信号从第一 RF载波频率到IF然后到基带进行双转换； 第二接收器链，与所述第一接收器链共享ー个或多个RF L0,并操作以将第二信号从与所述第一 RF载波频率不同的第二 RF载波频率到所述IF然后到基带进行双转换； 其中所述第一和第二接收器链操作以处理已知參考信号； IQ失衡估计器，操作以将每个接收器链中的IQ失衡估计为将每个信号最佳匹配通过对应信道估计所修改的对应已知參考信号或对应已知參考信号之一的值；以及 均衡器，操作以补偿所述第一和第二基带信号以便去除所估计的IQ失衡。
14.如权利要求13所述的接收器，其中所述IQ失衡估计器操作以通过以下操作来估计IQ失衡 估计包括根据信道估计所缩放的IQ失衡值的IQ失衡加信道矩阵；以及 将所述IQ失衡加信道矩阵归一化以去除所述信道估计。
15.如权利要求14所述的接收器，其中 所述IQ失衡估计器还操作以通过使用最小平方估计针对IQ失衡而补偿所接收的信号来估计所述IQ失衡；以及 所述均衡器操作以通过在所补偿的接收信号上执行均衡以去除残余的IQ失衡增益因子来补偿所述第一和第二基带信号。
16.如权利要求15所述的接收器，其中所述第一和第二信号是正交频分复用(OFDM)信号，以及其中所述IQ失衡估计器操作以通过以下操作来估计IQ失衡加信道矩阵 选择多个邻接副载波； 假设多径衰落在所选择的副载波上是恒定的；以及 在所选择的副载波上联合估计所述IQ失衡加信道矩阵。
17.如权利要求13所述的接收器，其中所述IQ失衡估计器操作以通过在将每个接收器链中的IQ失衡估计为将每个接收的信号最佳匹配对应已知參考信号的值之前估计与每个载波相关联的信道频率响应来估计IQ失衡。
18.如权利要求17所述的接收器，其中估计每个接收器链中的IQ失衡包括将所接收的信号表示为IQ失衡缩放因子乘以如根据对应信道估计所修改的已知參考信号值，以及求解所述IQ失衡缩放因子。
19.如权利要求13所述的接收器，其中所述中间频率是所述第一与第二载波频率之间的差的一半。
20.如权利要求13所述的接收器，其中所述第一和第二信号是正交频分复用(OFDM)信号，以及其中所述IQ失衡估计器操作以 在具有不同导频模式的多个副载波上推导IQ失衡估计；以及 基于所述导频模式来组合对于不同副载波的IQ失衡估计。
21.如权利要求20所述的接收器，其中基于所述导频模式来组合对于不同副载波的IQ失衡估计包括组合对于不同副载波的IQ失衡估计，使得为具有有助于准确IQ失衡估计的导频模式的那些副载波强调所述IQ失衡估计。
22.如权利要求21所述的接收器，其中基于所述导频模式来组合对于不同副载波的IQ失衡估计包括形成对于不同副载波的IQ失衡估计的加权线性平均值，其中所述权重取决于对于相应副载波的导频模式。
23.如权利要求13所述的接收器，还包括操作以生成并注入测试信号到所述第一和第二接收器链的至少之ー的测试信号生成器。
24.如权利要求23所述的接收器，其中所述测试信号生成器操作以生成基带频率测试信号。
全文摘要
数字IQ失衡补偿被用于双载波双转换接收器。首先，分析IQ失衡在基于OFDM的数字基带上的效应，其显示在存在IQ失衡的情况下，每个载波的基带信号从其自己的分支和另一分支来获得。其次，使用导频信号估计并且仅使用数字基带处理补偿关注的IQ失衡参数。
文档编号H04L27/26GK102870389SQ201180022270
公开日2013年1月9日 申请日期2011年4月20日 优先权日2010年5月3日
发明者C.帕克, N.安德加特 申请人:瑞典爱立信有限公司