一种自适应大调制带宽i/q调制误差数字补偿方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试技术领域，具体涉及一种自适应大调制带宽I/Q调制误差数字补 偿方法及系统。
【背景技术】
[0002] 近年随着高端复杂电磁信号应用的快速发展,数字调制方式被广泛应用于侦察、 通信、导航等各领域。数字调制方式在发射机中的典型机制是利用DSP或者FPGA等数字处 理部件产生的I/Q基带信号与载波信号在矢量调制器中完成调制，从而得到用于传输或发 射的射频信号。在实际运用过程中，由于矢量调制器以及传输通道的非理想特性，例如1/ Q两路信号传输通道的增益不一致、载波泄露和正交度误差等，造成了所产生射频信号的性 能恶化，例如镜像杂波明显加强、交调情况严重等。尤其是在较大调制带宽的情况下，同一 载波频点，实时带宽内各种性能恶化情况波动起伏加剧。本专利提出了一种基于基带信号 预失真的自适应大调制带宽I/Q调制误差数字补偿方法，在不占用任何模拟校准电路的条 件下，利用自适应参数估计的方法，辨识各频率采样点的补偿参数值，建立二维动态补偿数 据列表。从而高精度补偿修正全频段、大调制带宽I/Q矢量调制误差，有效改善矢量调制器 引起的各种性能恶化现象。
[0003]矢量调制方法的出现，为一系列复杂调制格式信号的应用成为现实。I/Q矢量调 制器作为实现矢量调制的关键部件,其性能的提升、改进成为各种相关仪器设备攻关的主 要工作。尽管如此，目前主流I/Q矢量调制器的调制误差仍然很明显，不容忽视。如图1所 示，矢量调制器电路示意图。
[0004] 从图1可以看出，矢量调制电路主要由传输通道和矢量调制器两部分组成。图1 中，\和VQ*别表示I/Q两路输入基带信号，V111表示调制输出信号。这里主要考虑3种比 较显著的调制误差：即：I/Q两路基带信号传输通道增益不平衡误差（图中增益分别用gjP gq表示）、直流偏置分量造成的载波泄漏（图中直流偏置分量分别用ajPaQ表示）和载波 正交度误差供。
[0005]一个经过严谨设计的矢量调制电路，在进行误差修正之前,三种主要的矢量调制 误差的典型值大约是：增益不平衡度2-3%、载波正交度误差2-3°、载波泄漏大约占总量 程的2-3%。在此量级误差的影响下，信号镜像噪声抑制仅为30dB左右，造成的交调失真大 约是().3dB。无法满足调制精度要求，必须对基带信号进行误差补偿修正。
[0006]目前，比较通用的方法是模拟补偿修正方法。即利用专用模拟电路,在特定的工作 条件下，对矢量调制电路进行误差补偿修正。进而将得到的补偿值用于正常工作状态，来实 现矢量调制误差的近似补偿。下面介绍此种方法的细节。
[0007] 图2是矢量调制误差模拟校准方法的示意图，如图2所示，校准补偿回路主要由校 准源、传输通道、补偿电路、矢量调制器和补偿控制器等部分组成。主要工作原理介绍如下。 首先将输入端切换到校准源模式，设定待校准频率点，然后进行以下三个步骤：
[0008] 1)利用校准源将IQ两路信号置零，在射频输出端通过包络检测器监测输出电压， 根据DSP中的预存校准数据列表，逐一设置补偿电路中的偏置电压补偿参数，遍历所有数 据列表后，选择包络检测器输出电压最小的参数取值作为此频率点的直流偏置补偿值。
[0009] 2)在直流偏置补偿值生效的前提下，利用校准源将IQ两路信号分别设置为（0， 1)、（1,0),与第一步类似，逐一设置衰减器参数，遍历IQ增益平衡补偿预存校准列表数据 后，选择IQ两路上述两种取值下输出信号包络电压差值最小的补偿参数取值，作为工作状 态下的增益不平衡校准补偿参数值。
[0010] 3)在前两组校准参数生效的前提下，校准源分别输出（1，0)、（0，1)、（-1,0)、 (〇,-1)四个值，逐一设置移相器调整参数,遍历正交度误差补偿预存校准列表数据后，选择 IQ两路上述四种取值下，输出信号包络电压两两差值均值最小的校准值作为正交度误差校 准参数值。
[0011] 然后，对每个频率采样点进行以上三步校准补偿，从而建立全频段矢量调制误差 的校准列表。在正常工作状态下，将输入信号切换到基带信号输入模式，校准源需要持续激 励，利用得到的校准列表对矢量调制误差进行近似校准。
[0012] 该矢量调制误差模拟校准方法至少存在如下问题：
[0013] 1、上述现有矢量调制误差模拟校准补偿方法需要一系列复杂的模拟电路，包括： 校准源、衰减器、偏置电压产生电路和移相器等，工程实现难度大，校准精度受到模拟器件 自身精度的限制。
[0014] 2、通过校准过程建立的补偿参数列表是在校准源单独激励下得到的，正常工作状 态下的实际基带信号与校准状态差别较大，只能做到近似校准。
[0015] 3、由于模拟器件本身性能的限制，模拟校准方法只能由于模拟器件本身性能的限 制，模拟校准方法只能实现调制带宽较窄的矢量调制误差校准补偿。无法满足GHz量级的 大调制带宽的情况。
[0016] 4、模拟校准方法基于预设补偿参数列表，需进行遍历搜索，对资源和时间消耗要 求较高，同时受到列表参数步进值的限制，对校准精度影响显著。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的是突破上述传统校准补偿方法的一系列约束,提供一种基于全数字 实现的可以满足GHz量级大调制带宽要求的高效自适应矢量调制误差校准补偿方法及系 统。
[0018] 为达上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种独立频点的矢量调制误差补偿 方法，包括：
[0019] 将基带信号v°置零；
[0020] 通过包络检测器检测射频输出，得到包络检测值
[0021] 当该包络检测值r为最小值时,计算矢量调制误差的直流偏置参数B;
[0022] 将输入量乂°分别取如下值：
[0023]
[0024] 分别通过包络检测器检测射频输出，得到对应的包络检测值：
[0025]
[0026]当G时，计算调节参数d和f;其中，"；"表示当误差小于既定范围 即可停止搜索；
[0027] 根据所述调节参数d和f,以及直流偏置参数B,根据以下误差补偿器进行补偿：
[0028]Vc=C(V°+B)；
[0029] 其中，V(;为经误差补偿后的输入矢量，戈
[0030] 另一方面，本发明实施例提供了一种自适应大调制带宽I/Q调制误差数字补偿系 统,包括输入通道和矢量调制器，还包括：补偿控制器和误差补偿器；
[0031] 所述补偿控制器,用于通过包络检测器检测射频输出，以得到包络检测值V6;还用 于通过数字信号处理器DSP计算得到直流偏置参数B、调节参数d和f,并反馈到所述误差 补偿器；
[0032] 所述误差补偿器，用于根据Ve=C(V°+B)进行补偿；
[0033] 其中，Vs为经误差补偿后的输入矢量，为
[0034] 上述技术方案具有如下有益效果：
[0035] 1、本发明提供的矢量调制误差补偿方法完全采用基带信号预失真的数字方法实 现。避免使用任何模拟校准电路，突破模拟电路自身性能指标的束缚。
[0036] 2、采取闭环自适应参数估计方法，通过迭代搜索的方式，得到校准参数估计值。避 免预设校准表的遍历搜索，提高校准效率。
[0037] 3、将基带信号发生器、矢量调制器和传输通道一并纳入校准过程。将三部分造成 的误差同时补偿修正，避免现有技术方案中采取近似补偿造成的误差。
[0038] 4、实现GHz量级大调制带宽矢量调制误差的高精度补偿修正。突破现有技术方案 模拟器件自身的带宽束缚。
【附图说明】
[0039] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0040] 图1是现有矢量调制器电路示意图；
[0041] 图2是现有矢量调制误差模拟校准方法的示意图；
[0042] 图3是本发明实施例一的一种独立频点的矢量调制误差补偿方法的流程图；
[0043] 图4是本发明实施例三的一种自适应大调制带宽I/Q调制误差数字补偿系统的结 构图；
[0044] 图5是本发明平移窗口式频率点采样示意图。
【具体实施方式】
[0045] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046] 实施例一
[0047] 图3是本发明实施例一的一种独立频点的矢量调制误差补偿方法的流程图。如图 3所示，包括如下步骤：
[0048]步骤301，将基带信号V°置零；
[0049] 步骤302,通过包络检测器检测射频输出，得到包络检测值Ve;
[0050] 步骤303,当该包络检测值Ve为最小值时,计算矢量调制误差的直流偏置参数B;
[0051] 步骤304,计算调节参数d和f;
[0052] 将输入量V°分别取如下值：
[0053]
[0054] 分别通过包络检测器检测射频输出，得到对应的包络检测值：
[0055]
[0056] 当CPg以及G时之间的误差小于既定范围时停止搜索，并计算调节参数d和f;
[0057] 步骤305,根据所述调节参数d和f,以及直流偏置参数B，根据以下误差补偿器进 行补偿：
[0058]Vc=C (V °+B)；
[0059] 其中，Ve为经误差补偿后的输入矢i
[0060] 其中，计算矢量调制误差的直流偏置参数B，具体包括：
[0061] 令Vm=M(Ve+A);其中：
；其中，aJPaQ是直流偏置分量； &和89是增益；P是载波正交度误差；
[0062] 结合 Vc = C (V 〇+B)可得 5 = $ = - J ; _Q_
[0063]根据S=J、V1B) ;C/| |B+Ai|2+r%通过最小二乘的方式，计算得到最优估 计值左，令s=A;其中，r6是检波二极管的固有检测偏置，g6是检波反馈电路增益。
[0064] 所述当C、G、C以及G时之间的误差小于既定范围时停止搜索，并计算调节参 数d和f,具体包括：
[0065] 将输入量^分别取值：
[0066]
[0067] 得到一组检波反馈取值：;
[0068] 通过调节参数d和f,使^7，^/7，^7，^7实现参数辨识；该式表示当该组检波反 馈取值之间的误差小于既定范围时停止搜索：
[0069] 经级数展开可