专利名称：用于低中频接收机中消除镜像干扰的方法及相关装置的制作方法
技术领域：
本发明提供一种新型镜像干扰分析和校正方法，特别是指一种用来消除一对正交信号(Quadrature Signal)中的振幅差异(Amplitude Mismatch)和相位差异(Phase Mismatch)的方法，以消除低中频接收机中的镜像干扰。
背景技术：
在当前无线通信系统的射频传输结构中，目前能达到高度集成化和多模式的接收机结构有两大类，一种是低中频(Low IF)接收机，另一种是直接转换(Direct Conversion)，或称为零中频(Zero IF)接收机，两者互有优缺点，也都已在产业界受到广泛的重视个应用。前者可避免直流偏移和低频噪声的问题，但会受到镜像信号(Image Signal)的干扰。后者则正好相反，没有镜像信号干扰的问题，但存在直流偏移和低频噪声的问题。
到目前为止，低中频的结构在无线通信的传输和接收端上已获得广泛的应用，因此，在低中频接收机的结构中，如何解决镜像干扰问题成为产业界和学术界重点探讨的议题。现阶段最为普遍的做法是在低中频或超低中频接收机的结构中，将无线射频信号从天线接收下来之后，利用一组混频器对该射频信号作降频，并输出一对正交信号，再利用复数滤波器结构(ComplexFilter Architecture)来处理这对正交信号。这种低中频接收机的结构能将模拟处理和数字运算方面做适当的分工。例如H.Tsurumi等人在IEICETransaction of Communication.，Vol.E83-B，No.6，pp.1246-1253中发表的“Broadband and flexible receiver architecture for softwaredefined radio terminal using direct conversion and low-IF principle”，就表明模拟和数字分工的方式(Analog System-Selection/DigitalChannel-Selection，ASS/DCS)是目前最常采用的方式，也就是不同标准系统信号的接收和发送以模拟的方式处理，而特定系统下的信道选取则采用数字化的运算方式。
在这样采取模拟数字分工的低中频或超低中频接收机的结构下，一个重要的概念就是整个信道选取以及镜像消除(Image Rejection)等的功能是以复数滤波器的结构去完成，也就是说，关于信号处理的过程和操作方式是使用复数运算的结构，以期能对信号相位的部分作精确的控制。常见技术的低中频接收机10的结构请看图1，无线射频信号RF从天线接收下来之后，先经过外设的滤波器12作一次频带选择，经过低噪声噪声放大器14(Low NoiseAmplifier，LNA)后，利用一组混频器16对此射频信号RF降频至特定频率并输出一对正交信号I、Q，这对正交信号I、Q包括了一个同相信号(In-PhaseSignal，I)和一个正交相位信号(Quadrature-Phase Signal，Q)，之后利用复数滤波器18来实现这对正交信号I、Q的镜像消除，最后将这对正交信号I、Q送到模拟数字转换器20(Analog-to-digital Converter，ADC)中，转换成数字信号的形式，并送至下一级数字信号处理器22作处理，请注意，其中关于复数滤波器18和复数信号处理结构的文献和专利有许多，如Pietro Andreani等人在ESSCIRC所发表的“A CMOS gm-C Polyphase Filterwith High Image Band Rejection”中，展示了在多相位滤波器(PolyphaseFilter)中，用于LC阶梯式(LC-ladder)复数滤波器的一种电路合成法(Gm-Ccircuit synthesis method)。同样的，Svante Signell等人也提出“Implementation of an efficient lattice Digital Ladder Filter forup/down conversion in an OFDM-WLAN system”的概念，在多相位滤波器的概念的基础上，提出一种新型的波滤器模型(lattice digital ladderfilter，LDLF)，以数字控制的方式完成镜像消除和降频的功能。而Chun-Chyuan Chen and Chia-Chi Huang等人2001年在IEEE J.Select.AreasCommun.，Vol.19，pp.1029-1040中提出“On the Architecture andPerformance of A Hybrid Image Rejection Receiver”，将降频后的一对正交信号分别送到二个模拟数字转换器中转换为数字信号，再通过新型的相位校正机制，以数字的方式消除模拟元件所造成的不匹配，来完成镜像消除和降频的功能。在关于数字式解调和镜像消除机制的低中频或超低中频结构的专利中，如Mostafa等人提出的US Patent 6,373,422，“Method andapparatus employing decimation filter for down conversion in areceiver”，以及Brown等人提出的US Patent 6,366,622，“Apparatus andmethod for wireless communications”中都描述了将接收到的一对正交(Quadrature)信号先送到模拟数字转换器(Analog-to-digital Converter，ADC)中转换为数字信号形式，再以数字的方式完成镜像消除和降频的功能。
在主要利用数字方式去校正一对正交信号的不匹配来消除镜像的常见专利中，Glas等人在US Patent 6,330,290，“Digital I/Q imbalancecompensation”中，提出了利用测试信号(Test Signal)和补偿(Compensation)机制以数字控制的方式对一对正交信号的相位(Phase)和振幅(Amplitude)分别作校正，其校正的方式是将一对正交信号分别乘以一个复数的预设值以微调信号的相位和振幅至相同，达到消除镜像的目的，只是，在上述常见技术的结构下，一方面，关于镜像消除的机制大都仍建立在复杂的分析和算法上，再者，正交信号不匹配的校正无法以少量能与接收机系统简易结合的元件来很容易地完成，为了处理镜像消除的问题而添加的复杂运算的机制和过多的附加元件反而容易造成如能源消耗等其它的问题。
发明内容
因此，本发明提供一种用在低中频接收机(Low-IF Receiver)中的复数滤波器结构下，用来消除一对正交信号(Quadrature Signal)中的振幅差异(Amplitude Mismatch)和相位差异(Phase Mismatch)的方法，以解决上述问题。
在本发明中，提出包括可编程振幅调整器和可编程相位调整器的低中频接收机结构，并与本发明公开的振幅和相位的分析和补偿法一起，用来分别消除该对正交信号的振幅差异和相位差异所造成的镜像干扰(ImageCross-Talk)。
本发明的目的是提供一种用来消除一对正交信号中的振幅差异和相位差异的方法，其中，这对正交信号(Quadrature Signal)包括一个同相信号(In-Phase Signal)和一个正交相位信号(Quadrature-Phase Signal)，该方法包括将一部分的同相信号补偿至正交相位信号，使得补偿后的正交相位信号的相位与同相信号的相位相差九十度，以消除这对正交信号的相位差异，和调整同相信号与正交相位信号的振幅至相同值，以消除这对正交信号的振幅差异。
本发明的另一目的是提供一种在低中频接收机中用来消除镜像干扰(Image Cross-Talk)的方法，其中，低中频接收机包括混频器(Mixer)，用来接收射频(RF)信号，并输出一对正交信号；可编程振幅调整器，与混频器的其中一个输出端电连接，用来消除这对正交信号的振幅差异，其中，该振幅差异是造成镜像干扰的主要因素之一；和可编程相位调整器，与混频器电连接，用来消除这对正交信号的相位差异，其中，相位差异是造成镜像干扰的主要因素之一。该方法包括使用混频器对射频信号作降频并输出这对正交信号；使用可编程相位调整器消除这对正交信号的相位差异，其中，可编程相位调整器的两端点分别连接于混频器的两个输出端；和使用可编程振幅调整器消除这对正交信号的振幅差异。
本发明的另一目的是提供一种在低中频接收机中用来消除镜像干扰的方法，其中，低中频接收机包括混频器，用来接收射频信号，并输出一对正交信号，其中，这对正交信号包括一个同相信号和一个正交相位信号；二个可编程振幅调整器，分别电连于混频器，用来消除这对正交信号的振幅差异；和至少一个可编程相位调整器，其中，可编程相位调整器的两端点分别连接于混频器的两个输出端，用来消除这对正交信号的相位差异。该方法包括使用混频器对射频信号作混频并输出这对正交信号；使用可编程相位调整器将一部分的同相信号补偿至正交相位信号，使得补偿后的正交相位信号的相位与同相信号的相位相差九十度，以消除这对正交信号的相位差异；和使用二个可编程振幅调整器分别调整这对正交信号的振幅至相同值，以消除这对正交信号的振幅差异。
本发明的另一目的是提供一种低中频接收机，该低中频接收机包括混频器，用来接收射频信号，并输出一对正交信号，其中，这对正交信号包括一个同相信号和一个正交相位信号；至少一个可编程振幅调整器，分别电连于混频器，用来消除这对正交信号的振幅差异；和至少一个可编程相位调整器，其中，可编程相位调整器的两端点分别连接于混频器的两个输出端，用来消除这对正交信号的相位差异。其中，当混频器对射频信号作混频并输出这对正交信号后，使用可编程相位调整器将一部分的同相信号补偿至正交相位信号，使得补偿后的正交相位信号的相位与同相信号的相位相差九十度，并使用可编程振幅调整器调整这对正交信号的振幅至相同值，以消除这对正交信号的振幅差异。
从上可以看出，在本发明中，我们提出一种新型镜像干扰分析法去分析一对正交信号的相位差异和振幅差异，并量化其所造成的镜像干扰。同时，我们更提出一种新型镜像干扰校正法去分别补偿相位差异和校正振幅差异，并与本发明的低中频接收机结构中的可编程振幅调整器和可编程相位调整器一起，在无须经由复杂的分析和算法的情况下，以少量能与接收机系统简易结合的元件，达到消除这对正交信号的振幅差异和相位差异所造成的镜像干扰的目的。
图1是常见低中频接收机的示意图。
图2是根据本发明的低中频接收机的一个实施例的示意图。
图3(a)、(b)是根据本发明的分析相位差异的示意图。
图3(c)、(d)是根据本发明的补偿校正相位差异的示意图。
图4(a)、(b)是根据本发明的分析振幅差异的示意图。
图4(c)、(d)是根据本发明的校正振幅差异的示意图。
图5是根据本发明的同时分析振幅差异和相位差异的示意图。
图6是在不同的相位差异和振幅差异下，镜像干扰程度的仿真图。
图7是使用图2实施例中的部分元件实施校正机制的示意图。
具体实施例方式
参考图2，图2是根据本发明的低中频接收机30的一个实施例的示意图。低中频接收机30包括附加滤波器32、低噪声放大器(Low NoiseAmplifier，LNA)34、混频器(Mixer)36、可编程振幅调整器44、46(第一可编程振幅调整器44和第二可编程振幅调整器46)，可编程相位调整器48、复数滤波器38、和模数转换器(Analog-to-digital Converter，ADC)40，其中，将图2与描述常见技术的图1比较之后可知，图2实施例中的附加滤波器32、低噪声放大器34、混频器36、复数滤波器38、和模数转换器40等元件和基本结构都与常见低中频接收机30相似，其中，低中频接收机30还包括了频率合成器50，用来提供特定负频(Negative Frequency)给混频器36，使得混频器36能将接收到的射频信号RF降频并输出一对正交信号I、Q，这对正交信号I、Q包括了一个同相信号和一个正交相信号。然后，图2实施例的低中频接收机30同样利用复数滤波器38结构(Complex FilterArchitecture)来处理这对正交信号I、Q。由上可知，本发明的实施例和常见技术的最大差别是在低中频接收机30中，使用了可编程振幅调整器44、46和可编程相位调整器48，用来处理同相信号I和正交相位信号Q。
图2实施例的大致操作情况如下，射频信号RF从天线接收下来之后，先经过附加滤波器32做一次频带选择，再经过低噪声放大器34后，利用混频器36，又可将其称为射频混频器(RF Mixer)，和频率合成器50提供的负频一起，将射频信号RF降频到特定频率，并输出一对正交信号I、Q，也就是同相信号I和正交相位信号Q，接着，同相信号I和正交相位信号Q分别通过两个可编程振幅调整器44、46，其中，第一可编程振幅调整器44对应于同相信号I，而第二可编程振幅调整器46对应于正交相位信号Q，可编程振幅调整器44、46可用来消除这对正交信号I、Q的振幅差异(AmplitudeMismatch)。同时，可编程相位调整器48的两端点分别连接在两个可编程振幅调整器44、46的两个输出端，也即与同相信号I和正交相位信号Q连接，可用来消除这对正交信号I、Q的相位差异(Phase Mismatch)。然后，已经被可编程振幅调整器和可编程相位调整器48处理过后的这对正交信号I、Q会再经过复数滤波器38来进一步进行镜像消除和提高信道选择的效率。最后，再经过低中频混频器54的降频之后，这对正交信号I、Q会分别传至模拟数字转换器40中转换为数字信号形式，传送到下一级数字信号处理器42作处理，此外，图2的低中频接收机30还包括模拟前端控制器(Analog Frontend Controller，AFE Controller)52，它与两个可编程振幅调整器44、46和可编程相位调整器48电连接，用来控制可编程振幅调整器44、46和可编程相位调整器48，希望能够精确地消除正交信号I、Q的振幅和相位差异。
请注意，首先，本实例的低中频接收机30是应用在GSM或无线局域网(WLAN)通信系统中。另外，在实际实施时，可编程振幅调整器可以是可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)，而可编程相位调整器48可以是交叉可编程增益放大器(Cross Programmable Gain Amplifier，XPGA)，只是，可编程振幅调整器的数目无须如图2实施例那样，限定为二个，只要能够达到校正正交信号I、Q的振幅差异的目的，无论是仅仅使用一个可编程振幅调整器连接至这对正交信号I、Q的其中之一，甚至使用超过三个可编程振幅调整器，都包括在本实施例的范围内。同理，可编程相位调整器48的数目无须如图2实施例那样，限定为一个，但由于其功能设计的缘故，它必须同时连接到同相信号I和正交相位信号Q，才能校正这对正交信号I、Q的相位差异，最后，可编程振幅调整器和可编程相位调整器48的相对位置并非固定，也就是说，这对正交信号I、Q可如图2实施例所示，先经过可编程振幅调整器再经可编程相位调整器48处理，或者先经过可编程相位调整器48处理再经过可编程振幅调整器处理。事实上，在接下来的本发明所公开的分析中会发现，相位差异所造成的镜像干扰较振幅差异更严重。
由上可知，本发明实施例最主要的技术特征在于，使用了可编程振幅调整器和可编程相位调整器来处理同相信号I和正交相位信号Q，以消除这对正交信号I、Q的振幅和相位差异。因此，在大致了解本发明可使用的滤波器的结构之后，为了更加详细地了解本发明的技术特征是如何解析和消除这对正交信号I、Q的振幅和相位差异，就必须详细地描述本发明所提出的一种新型镜像干扰(Image Cross-Talk)分析方法和新型镜像干扰校正方法，并与本发明的可编程振幅调整器和可编程相位调整器的硬件结构设计一起，来完整地公开本发明的技术特征。
请参阅图3(a)及图3(b)，图3(a)和图3(b)是采用本发明所提出的新型镜像干扰分析法所得的相位差异示意图。在本发明所提出的新型镜像干扰分析法中，理想的情况是同相信号I与正交相位信号Q应分别位于同相轴和正交相位轴上，两者的振幅值完全相同，且两信号的相位差为九十度，如此一来，同相信号I位于同相轴的正向分量和正交相位信号Q位于正交相位轴的正向分量，其两者的合成量会完全位于正频(Positive Frequency)的轴上。同相信号I位于同相轴的负向分量和正交相位信号Q位于正交相位轴的负向分量，两者的合成量也会完全位于正频的轴上。而同相信号I位于同相轴的正向分量和正交相位信号Q位于正交相位轴的负向分量的合成量，或同相信号I位于同相轴的负向分量和正交相位信号Q位于正交相位轴的正向分量的合成量，都会完全位于负频(Negative Frequency)的轴上。因此，在理想情况下，当同相信号I和正交相位信号Q的相位相差九十度时，正频和负频的成分不会互相干扰，由于图2中的复数滤波器38只会让正频的成分通过，能完全滤除负频的成分，不会有镜像干扰的产生，但如果同相信号I与正交相位信号Q的相位相差不是九十度时，则表示两个信号具有所谓的相位差异(Phase Mismatch)。图3(a)中假设同相信号I位于同相轴上，但正交相位信号Q并不位于正交相位轴上，考虑正交相位轴的正向的情形下，正交相位信号Q偏斜至和正交相位轴相差角度Δψ的第二象限内，同相信号I与正交相位信号Q的相位相差不是九十度，出现了相位差异，由图3(a)可知，如此一来，两信号的合成量就不会完全位于正频的轴上，少量的分量会投影干扰(Crosstalk)到负频的轴上(如图所示，假设同相信号I与正交相位信号Q的值是1，投影干扰到负频轴的量是((1-sinΔψ-cosΔψ)/√2)，但由于复数滤波器38会滤除负频的成分，如图3(a)的情况对最终信号质量的影响较低。同时请见图3(b)，同样假设同相信号I位于同相轴上，正交相位信号Q并不位于正交相位轴上，但考虑正交相位轴的负向的情形下，正交相位信号Q偏斜至与正交相位轴相差角度Δψ的第四象限内，如此一来，两信号的合成量就不会完全位于负频的轴上，少量的分量会投影干扰(Crosstalk)到正频的轴上(如图所示，假设原本同相信号I与正交相位信号Q的值是1，投影干扰到正频轴的量是((1+sinΔψ-cosΔψ)/√2)，但由于图2的复数滤波器38只能滤除负频成分，如图3(b)的情况中，这些投影干扰到正频轴的分量对最终信号质量的影响会加剧，且这些投影干扰到正频轴的分量是与角度Δψ正相关，同相信号I与正交相位信号Q的相位差异越大，也就是角度Δψ愈大，镜像干扰的情形就会越严重。
对于校正如图3(b)显示的同相信号I与正交相位信号Q的相位差异，本发明所提出的新型镜像干扰校正方法是利用一部分的同相信号I补偿至正交相位信号Q，使得补偿后的正交相位信号Q的相位与同相信号I的相位相距九十度。回头参考图2实施例中的可编程相位调整器48，该可编程相位调整器48(在实际实施时，可以是交叉可编程增益放大器)就是用来完成将一部分的同相信号I补偿到正交相位信号Q的操作。参考图3(c)和图3(d)，图3(c)和图3(d)是本发明所提出的新型镜像干扰校正方法的示意图。图3(c)继续采用图3(a)和图3(b)的情况，为使正交相位信号Q的相位与同相信号I的相位相差九十度，将一部分的同相信号I补偿到正交相位信号Q(如图3(c)中，在正交相位信号Q偏斜到与正交相位轴相差角度Δψ的情况下，将大小为(sinΔψ)的部分的同相信号I补偿到正交相位信号Q)，使得补偿后的正交相位信号Q能位于正交相位轴上，如此一来，同相信号I位于同相轴的正向分量和正交相位信号Q位于正交相位轴的负向分量的合成量，都会完全位于负频的轴上，而不会有负频分量投影干扰到正频的轴上，造成镜像干扰的情形。但在消除镜像干扰的同时，也牺牲了一些正频成分的信号量，如图3(d)所示，在正交相位信号Q偏斜至与正交相位轴相差角度ψ的情况下，并在同相信号I将大小为(sinΔψ)的部分的成分补偿至正交相位信号Q后，使得正频成分的信号量由理想值的2减小到(√2(1-tanΔψ))。这表明，在本发明所提出的新型镜像干扰校正方法下，校正同相信号I与正交相位信号Q的相位差异时，多少都会牺牲一些正频成分的增益(Gain)。然而，在角度Δψ不大的情况下，tanΔψ的值仍非常微小，对正频成分的增益的降低非常有限，再者，且这些对正频成分的增益的降低是与角度Δψ正相关，除非同相信号I与正交相位信号Q的相位差异非常严重，也就是角度Δψ很大，否则，正频成分的信号量减少的幅度仍能维持在很小的范围。
关于正同相信号I与正交相位信号Q的振幅差异的分析方法参考图4(a)和图4(b)，图4(a)和图4(b)是采用本发明所提出的新型镜像干扰分析法得到的振幅差异示意图。在本发明所提出的新型镜像干扰分析法中，理想的情况是分别位于同相轴和正交相位轴上的同相信号I和正交相位信号Q的相位差九十度，且两者的振幅的值完全相同。如此一来，同相信号I位于同相轴的正向分量与正交相位信号Q位于正交相位轴的正向分量，两者的合成量会完全位于正频的轴上。同相信号I位于同相轴的负向分量与正交相位信号Q位于正交相位轴的负向分量，其两者的合成量也会完全位于正频轴上。而同相信号I位于同相轴的正向分量与正交相位信号Q位于正交相位轴的负向分量的合成量，或同相信号I位于同相轴的负向分量与正交相位信号Q位于正交相位轴的正向分量的合成量，都会完全位于负频轴上。因此，在理想情况下，当同相信号I与正交相位信号Q的振幅相同时，正频和负频的成分不会互相干扰，如果参照图2，由于图2中的复数滤波器38只会让正频的成分通过，能完全滤除负频的成分，因此不会有镜像干扰的产生，但如果同相信号I与正交相位信号Q的振幅不同时，则表明两信号具有所谓的振幅差异(Amplitude Mismatch)。如图4(a)中，假设同相信号I与正交相位信号Q分别位于同相轴和正交相位轴上，同相信号I的值是1，但正交相位信号Q的值不为1，考虑正交相位轴的正向的情形下，正交相位信号Q与同相信号I振幅相差为ΔA，由图所示，正交相位信号Q的振幅为(1+ΔA)，两信号出现了振幅差异，由图4(a)可知，如此一来，两信号的合成量就不会完全位于正频轴上，少量的分量会投影干扰(Crosstalk)到负频轴上(如图所示，假设原来，投影干扰到负频轴的量是(ΔA/√2)，但由于复数滤波器38能滤除负频的成分，在图4(a)中的情况对最后信号质量的影响较低。请见图4(b)，考虑正交相位轴的负向的情形，正交相位信号Q的振幅仍为(1+ΔA)，两信号的合成量不完全位于负频的轴上，如图4(b)所示，有少量的分量会投影干扰到正频轴上(投影干扰到正频轴的量和投影干扰(Crosstalk)到负频轴的量相同，都为(ΔA/√2)，但由于复数滤波器38只能滤除负频的成分，如图4(b)的情况中这些投影干扰到正频轴的分量对最后信号质量的影响则很大，且这些投影干扰到正频轴的分量是与振幅差异ΔA正相关，如果同相信号I与正交相位信号Q的振幅差异越大，也就是ΔA愈大，则镜像干扰的情形就越严重。
参考图4(c)和图3(d)，图4(c)和图4(d)是本发明所提出的新型镜像干扰校正法的示意图。要将如图4(b)显示的同相信号I与正交相位信号Q的振幅差异加以校正，在硬件设备上的实现，回头参考图2实施例中的可编程振幅调整器44或46，该可编程振幅调整器44或46(在实际实施时，可以是可编程增益放大器)就是用来将同相信号I与正交相位信号Q的振幅调整至相同值。如前述，可编程振幅调整器44或46的数目无须如图2实施例那样，限定为二个，如果和在图4(c)中使用将正交相位信号Q的振幅调整为与同相信号I的振幅相同的方法，则可使用一个可编程振幅调整器46连接到对应于正交相位信号Q的线路，只用放大或缩小正交相位信号Q的操作消除振幅差异。当然，也可只使用一个可编程振幅调整器44连接到对应于同相信号I的线路，将同相信号I的振幅调整为与正交相位信号Q的振幅相同值，甚至使用两个可编程振幅调整器44、46分别连接这对正交信号I、Q，或者更多的可编程振幅调整器，只要能精确地调整这对正交信号I、Q的振幅到相同值就可以。如此一来，同相信号I位于同相轴的正向分量与正交相位信号Q位于正交相位轴的负向分量的合成量，就会完全位于负频的轴上，而不会有负频分量会投影干扰到正频轴上，造成镜像干扰。而在消除镜像干扰的同时，也调整了投影干扰到负频轴上的分量，如图4(d)所示，在图4(c)中考虑正交相位轴的负向的情形下，将正交相位信号Q的振幅减小到与同相信号I的振幅相同的同时，回头考虑正交相位轴的正向的情形时，正交相位信号的振幅也减小到与同相信号I的振幅相同，这表示，本发明所提出的新型镜像干扰校正法能同时消除干扰到负频的轴和干扰到正频的轴上的分量。
在分别分析完相位差异和振幅差异后，在实际实施时，最常出现也最需要克服的是位差异和振幅差异同时出现，因此，我们将相位差异和振幅差异同时投影干扰到正频轴上的情况加以讨论，参考图5，图5是采用本发明所提出的新型镜像干扰分析法得到的振幅及相位差异的示意图。同相信号I位于同相轴上，而正交相位信号Q并不位于正交相位轴上，考虑正交相位轴的负向的情形下，正交相位信号Q偏斜至与正交相位轴相差角度Δψ的第四象限内，另外，同相信号I的值为1，正交相位信号Q与同相信号I振幅相差为ΔA，由图5所示，正交相位信号Q的振幅设为(1-ΔA)，两信号具有相位差异和振幅差异，在这样的情况下，两信号的合成量不完全位于负频轴上，投影干扰到正频轴上的成分为(√2+(1-ΔA)(sin(Δψ-π/4)))，如前述，由于复数滤波器38只会滤除负频的成分，这些投影干扰到正频轴的分量对最后信号质量的影响则很大，且这些投影干扰到正频轴的分量同时与角度Δψ和振幅差异ΔA相关，若无法消除同相信号I与正交相位信号Q的相位及振幅差异，镜像干扰对信号品质及系统性能会有严重的影响，而应用上述本发明所提出的新型镜像干扰校正法来消除相位和振幅差异仍是最佳的解决方案，参考图6，图6是显示在不同的相位差异和振幅差异下，镜像干扰的严重程度的仿真图，相位差异是以角度Δψ为分析基准，而振幅差异ΔA为与理想值相比的比例值，镜像干扰的程度也是与理想值相比的百分比值，理想情况的镜像干扰为0，在图6显示的分析中可看出，相位差异所造成的镜像干扰较振幅差异严重。因此，将本发明所提出的新型镜像干扰校正法，与图2实施例中的可编程相位调整器48和可编程振幅调整器44、46一起，可先使用可编程相位调整器48调整角度Δψ，得到该情况下镜像干扰的最小值，再使用可编程振幅调整器44、46调整振幅差异ΔA得到该情况下镜像干扰的最小值，这样的校正机制可在实际信号进入前，先利用预设的信号仿真真实情况，并利用循环(Loop)操作反复执行，不断地分别调整振幅差异和相位差异，直到得到最低的镜像干扰为止。参考图7，图7是显示上述校正机制的示意图。图7还显示了图2实施例中部分的元件，包括混频器36、连接到实际操作情况的正交相位信号Q的第二可编程振幅调整器46，可编程相位调整器48、和复数滤波器38，另外为了执行上述的校正机制，让本发明所提出的新型镜像干扰分析及校正法改善镜像干扰的情形，图7的实施例可附加校正检测器56，用来传送负频校正信号到混频器36，仿真真实输出同相信号I与正交相位信号Q的情况，接着使用可编程相位调整器48和第二可编程振幅调整器46分别调整角度Δψ和调整振幅差异ΔA，校正检测器56与复数滤波器38的二个输出端并联，用来检测经可编程相位调整器48和第二可编程振幅调整器46反复操作后所校正过的信号，直到达到最低的镜像干扰才停止整个校正过程。此外，此校正检测器56的功能也可设置在图2中的模拟前端控制器52中完成。
在本发明中，我们提出一种新型镜像干扰分析法去分析一对正交信号的相位差异和振幅差异，并量化其所造成的镜像干扰。同时，我们更提出一种新型镜像干扰校正法去分别补偿相位差异和校正振幅差异，并与本发明的低中频接收机结构中的可编程振幅调整器和可编程相位调整器一起，在无须经由复杂的分析和算法的情况下，以少量能与接收机系统简易结合的元件，达到消除这对正交信号的振幅差异和相位差异所造成的镜像干扰的目的。
以上所述仅仅是本发明的优选实施例，凡是根据本发明权利要求所做的同等变化与修改，都应属于本发明专利的范围。
权利要求
1.一种用于消除一对正交信号中的振幅差异和相位差异的方法，其中，这对正交信号包括一个同相信号和一个正交相位信号，该方法包括将一部分的同相信号补偿至正交相位信号，使得补偿后的正交相位信号的相位与同相信号的相位相差九十度，来消除这对正交信号的相位差异；和调整同相信号与正交相位信号的振幅至相同值，来消除这对正交信号的振幅差异。
2.如权利要求1所述的方法，用在低中频接收机中，其中，低中频接收机包括至少一个可编程相位调整器和至少一个可编程振幅调整器。
3.如权利要求2所述的方法，其中，还包括使用可编程相位调整器将一部分同相信号补偿至正交相位信号，以消除该对正交信号的相位差异。
4.如权利要求2所述的方法，其中，还包括使用可编程振幅调整器将同相信号与正交相位信号的振幅调整至相同值，以消除该对正交信号的振幅差异。
5.如权利要求2所述的方法，其中，低中频接收机还包括模拟前端控制器，与可编程振幅调整器和可编程相位调整器电连接，用来控制可编程振幅调整器和可编程相位调整器。
6.如权利要求2所述的方法，其中，可编程振幅调整器是可编程增益放大器。
7.如权利要求2所述的方法，其中，可编程相位调整器是交叉可编程增益放大器。
8.如权利要求2所述的方法，其中，低中频接收机应用在GSM或无线局域网通信系统中。
9.一种在低中频接收机中，用来消除镜像干扰的方法，其中，低中频接收机包括混频器，用于接收射频信号，并输出一对正交信号；可编程振幅调整器，与混频器的其中一个输出端电连接，用来消除这对正交信号的振幅差异，其中，振幅差异是造成镜像干扰的主要因素之一；和可编程相位调整器，与混频器电连接，用来消除这对正交信号的相位差异，其中，相位差异是造成镜像干扰的主要原因之一；该方法包括使用混频器对射频信号做降频并输出该对正交信号；使用可编程相位调整器，消除该对正交信号的相位差异，其中，可编程相位调整器的两端点分别连接在混频器的两个输出端；和使用可编程振幅调整器消除该对正交信号的振幅差异。
10.如权利要求9所述的方法，其中，低中频接收机包括模拟前端控制器，与可编程振幅调整器和可编程相位调整器电连接，用来控制可编程振幅调整器和该可编程相位调整器。
11.如权利要求9所述的方法，其中，该对正交信号包括一个同相信号和一个正交相位信号。
12.如权利要求11所述的方法，还包括使用可编程相位调整器将一部分的同相信号补偿至正交相位信号，使得补偿后的正交相位信号的相位与同相信号的相位相差九十度，以消除该对正交信号的相位差异。
13.如权利要求11所述的方法，还包括使用可编程振幅调整器调整同相信号与正交相位信号的振幅至相同的大小，以消除该对正交信号的振幅差异。
14.如权利要求9所述的方法，其中，可编程振幅调整器是可编程增益放大器。
15.如权利要求9所述的方法，其中，可编程相位调整器是交叉可编程增益放大器。
16.如权利要求9所述的方法，其中，低中频接收机是利用复数滤波器结构来处理该对正交信号。
17.如权利要求9所述的方法，其中，低中频接收机应用在GSM或无线局域网通信系统中。
18.一种在低中频接收机中，用来消除镜像干扰的方法，其中，低中频接收机包括混频器，用于接收射频信号，并输出一对正交信号，其中，该对正交信号包括一个同相信号和一个正交相位信号；可编程振幅调整器，分别电连于混频器，用来消除该对正交信号的振幅差异；和至少一个可编程相位调整器，其中，可编程相位调整器的两端点分别连接于混频器的两个输出端，用来消除该对正交信号的相位差异；该方法包括使用混频器对射频信号作混频并输出该对正交信号；使用可编程相位调整器将一部分的同相信号补偿至正交相位信号，使得补偿后的正交相位信号的相位与同相信号的相位相差九十度，以消除该对正交信号的相位差异；和使用可编程振幅调整器分别调整该对正交信号的振幅至相同的值，以消除该对正交信号的振幅差异。
19.如权利要求18所述的方法，其中，低中频接收机还包括模拟前端控制器，与可编程振幅调整器和可编程相位调整器电连接，用来控制可编程振幅调整器和可编程相位调整器。
20.如权利要求18所述的方法，其中，可编程振幅调整器是可编程增益放大器。
21.如权利要求18所述的方法，其中，可编程相位调整器是交叉可编程增益放大器。
22.如权利要求18所述的方法，其中，低中频接收机是利用复数滤波器结构来处理该对正交信号。
23.如权利要求18所述的方法，其中，低中频接收机应用在GSM或无线局域网通信系统中。
24.一种低中频接收机，该低中频接收机包括混频器，用来接收射频信号，并输出一对正交信号，其中，该对正交信号包括同相信号和正交相位信号；至少一个可编程振幅调整器，分别与混频器电连接，用来消除该对正交信号的振幅差异；和至少一个可编程相位调整器，其中，可编程相位调整器的两端点分别连接于混频器的两个输出端，用来消除该对正交信号的相位差异；其中，当混频器对射频信号作混频并输出该对正交信号后，使用可编程相位调整器将一部分的同相信号补偿至正交相位信号，使得补偿后的正交相位信号的相位与同相信号的相位相差九十度，并使用可编程振幅调整器调整该对正交信号的振幅至相同值，以消除该对正交信号的振幅差异。
25.如权利要求24所述的低中频接收机，还包括模拟前端控制器，与可编程振幅调整器和可编程相位调整器电连接，用来控制可编程振幅调整器和可编程相位调整器。
26.如权利要求24所述的低中频接收机，其中，可编程振幅调整器是可编程增益放大器。
27.如权利要求24所述的低中频接收机，其中，可编程相位调整器是交叉可编程增益放大器。
28.如权利要求24所述的低中频接收机，它利用复数滤波器结构来处理该对正交信号。
29.如权利要求24所述的低中频接收机，它应用在GSM或无线局域网通信系统中。
全文摘要
本发明提供一种用于消除一对正交信号(Quadrature Signal)中的振幅差异(Amplitude Mismatch)和相位差异(Phase Mismatch)，来消除镜像干扰的方法。其中，该对正交信号包括一个同相信号(In－Phase Signal)和一个正交相位信号(Quadrature－Phase Signal)，该方法包括将一部分的同相信号补偿至正交相位信号，使得补偿后的正交相位信号的相位与同相信号的相位相差九十度，来消除这对正交信号的相位差异，以及调整同相信号与正交相位信号的振幅到相同值，来消除这对正交信号的振幅差异。
文档编号H04B1/10GK1523768SQ03103789
公开日2004年8月25日 申请日期2003年2月19日 优先权日2003年2月19日
发明者汪重光, 林建志 申请人:联发科技股份有限公司