专利名称：收发信机及零中频发射校准方法
技术领域：
本发明涉及通信系统的收发信机技术，尤其涉及一种具有零中频发射通 路的收发信才几和零中频发射校准方法。
背景技术：
近年来在通信领域，因器件的发展，零中频技术越来越多得到广泛的应 用，并逐渐趋于成熟。零中频技术的发展，使得传统的超外差的二次变频方 案越来越多地被替换。采用零中频技术的收发信机的最大优点是省略了中频 滤波电路，中频混频器和中频本振，简化了通道，降低通道的成本，减小了 单板的体积。这些优点迎合了当今收发信机尤其是通信基站小型化和低成本 的需求。因此，零中频技术的收发信机受到广泛的关注和运用。但是，零中频技术有其致命的缺点，主要是载波泄漏和边带抑制对器件的不一致性和不平衡性非常敏感，其性能受频率变化和空间温度变化大；而 且器件的一致性很难做到完全一致。所以，釆用零中频技术的收发信机必须 进行校准处理，而且由于器件的离散性大，每块单板都必须做校准才能将零 中频技术的优势发挥到极致。现有的基站主要将零中频技术运用于发信机，收信机仍釆用超外差的二 次变频技术。发信机的单板通过外界设备(例如各类仪表)进行校准，然后 将校准参数生成校准表并存储，基站是在校准表的校正下进行工作的。这种 现有基站的成本和体积都很低，但存在致命弱点，就是这种校准方法是在出 厂时进行的，校准表生成后就固定了，随着基站工作时间的增加，不能保证 出厂校准表仍然适用，而且，出广时是在常温的工作环境下进行的，与基站 正常工作的环境不尽相同，当外界环境变化时，特别是温度变化时，必须通5过再次校准来保证基站的通信性能，但是现有的这种基站却无法在出厂后进 行随时校准调整，无法适应温度等外界环境的变化。为了解决上述问题，有些基站釆用附加的接收通路来实现自适应的校 准，虽然可以根据环境变化进行校准，但是毕竟又附加了一套接收通路，导 致通信收发机的成本太高。发明内容有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种收发信机，可以较 低的成本根据环境需求自适应调整零中频信号的校准参数。本发明所要解决的另 一技术问题在于提供一种收发信机的零中频发射 校准方法，可以根据环境需求自适应调整零中频信号的校准参数，并降低成 本。为了实现上述发明目的，本发明的主要技术方案为一种收发信机，包括零中频发射通路和接收通路，包括耦合模块，设置在零中频发射通路与接收通路之间，用于将发射通路的 射频信号耦合到接收通路；校准参数调整模块，设置在接收通路，用于闭环调整耦合信号的不平衡 系数使信号质量指标达到预定要求，并将调整后的不平衡系数作为校准参数 以校准发射通路的发射信号。优选的，所述耦合模块包括耦合器件、开关器件以及控制模块；所述耦 合器件与所述发射通路的射频信号输出环节耦合，所述开关器件连接耦合器 件和接收通路的混频单元，其导通状态由所述控制模块控制。优选的，所述开关器件进一步连接接收通路的混频单元和接收通路的低 噪声放大器，所述控制模块控制该开关器件的状态，触发导通所述耦合器件 和混频单元，或者触发导通所述混频单元和低噪声放大器。优选的，所述控制模块包括检测单元，其中设置所述开关器件的触发条 件，该检测单元检测相应的触发信号，当所述触发信号达到触发条件时由控制模块触发所述开关器件将发射的射频信号耦合到接收通路。优选的，所述检测单元中具体的触发信号检测装置及其对应的触发条件包括以下任 一 种或任意种的组合所述检测单元包括发射信号频率检测装置，用于检测发射信号频率，对应的触发条件为检测到的发射信号频率变化超过指定的信号频率范围；所述检测单元包括温度传感器，用于检测温度，对应的触发条件为检测到的温度变化超过指定的温度范围；所述检测单元包括信号质量监测装置，用于监测发射信号质量，对应的触发条件为检测的发射信号质量低于指定的信号质量要求；所述检测单元包括检测触发指令装置，用于检测即时触发指令，对应的触发条件为检测到即时触发指令则触发导通开关器件将发射的射频信号耦合到接收通路；所述检测单元包括定时触发装置，用于检测是否到达预设的定时触发时 间，对应的触发条件为检测到达定时触发时间则触发开关器件导通。优选的，所述收发信机进一步包括单音信号发送单元，用于在将发射的 射频信号耦合到接收通路并进行校准时向发射通路发射单音信号。优选的，所述接收通路中包括频率合成器，在所述收发信机釆用上下异 频的通信方式时，所述频率合成器的工作频段范围涵盖发射通路的发信频 段，所述控制模块中包括频段控制模块，用于在所述收发信机采用上下异频 的通信方式时控制所述频率合成器的工作频段范围涵盖发射通路的发信频 段。一种收发信机的零中频发射校准方法，适用于具有零中频发射通路的收 发信机，所述方法包括A、 将发射通路发射的射频信号耦合到接收通路；闭环调整耦合信号的 不平衡系数使信号质量达到预定要求，将调整后的不平衡系数作为校准参数 存储；B、 按照所述校准参数校准发射通路的发射信号。优选的，所述步骤A之前包括触发步骤，具体的触发方式包括以下任一种或任意种的组合检测发射信号的频率，当检测到的发射信号频率变化超过指定的信号频 率范围时触发执行步骤A;检测温度，当检测到的温度变化超过指定的温度范围时触发执行步骤A;检测射信号质量，当检测到的发射信号质量低于指定的信号质量要求时 触发执行步骤A;检测是否收到即时触发指令，检测到则触发执行步骤A;检测是否到达定时触发时间，到达则触发执行步骤A。优选的，所述不平衡系数为相位不平衡系数和振幅不平衡系数，所述信 号质量指标为边带抑制和载波泄漏指标。本发明可以将零中频发射通路的发射信号耦合到接收通路，并在接收通 路闭环调整耦合信号的不平衡系数使信号质量达到预定要求，将调整后的不 平衡系数作为校准参数存储，再按照所述校准参数校准发射通路的发射信 号。从而既可以通过校准参数对零中频的发射信号进行校准以克服零中频的 载波泄漏和边带抑制等缺陷，又不受环境温度和频段的影响，可以在出厂后 随时进行自适应校准以调整零中频信号的校准参数，同时结构简单，不需要 额外的接收通路，降低了成本，非常适合于小型化的收发信机。本发明利用较小的架构、较方便的方式、较小成本，全面考虑和实现自 适应的校准，采用的方式非常便利而又非常有效，硬件和软件上都很容易实 现，与现有技术相比，本发明的优越性非常突出。
图1为本发明所述收发信机的一种实施例的结构示意图；图2为发信机校准基带IQ信号的一种实施示意图；图3为单音信号经过接收处理及FFT运算后的频谱示意图；图4为本发明所述收发信机的零中频发射校准方法的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明做进 一 步详细说明。 图1为本发明所述收发信机的一种实施例的结构示意图。参见图1，该 收发信机包括发射通路和接收通路。在发射通路中，基带信号经过基带信号处理单元、数字模拟信号转换器(DAC )、以及零中频信号调制器(IQ MOD ) 处理并增加发本振后得到射频信号，该射频信号又经过射频放大及滤波器、 以及双工器或滤波器或时分开关的处理，最后由天线发射出去。在接收通路 上，天线接收到信号后由双工器或滤波器或时分开关处理后，发送给低噪声 放大器(LNA),由LNA输出的信号经过开关器件112发送给混频单元， 由频率合成器进行收本振等处理，然后经过中频滤波及放大器、模拟数字信 号转换器(ADC)、直接数字控制系统(DDC)及基带信号处理模块、数字 信号处理器(DSP)解调及信号处理单元的处理。图1只是本发明所述收发 信机的一个实施例，特点是发射通路采用零中频技术，但接收通路已克服零 中频的已有缺点，例如采用超外差方式的二次变频方案、变异零中频方案等。 但是本发明并不限于图1所述的实施例，也可以应用在其它具有零中频发射 通路的收发信机中，例如有线通信的收发信机等等。如图l所示，与现有零中频收发信机的区别在于本发明增加了耦合模块 101以及进行自适应校准的校准参数调整模块102。耦合模块101设置在零 中频发射通路与接收通路之间，用于将发射通路发射的射频信号耦合到接收 通路。耦合模块101中具体包括耦合器件111、开关器件112以及控制模块 113。所述耦合器件111与所述发射通路的射频发信信号输出环节耦合，耦 合射频发信信号可以在IQMOD之后的任何一环节实现，图1中的射频放大 及滤波器之后、双工器或滤波或时分开关之后都可以耦合射频发信信号。所 述开关器件112连接耦合器件111和接收通路的混频单元，其导通状态控制 端由所述控制模块113控制。开关器件112为一个三端开关，第一端通过开关1与耦合器件111连接，第二端连接LNA,第三端连接混频单元，其控 制端由控制单元113控制，可以实现第一、第三端之间的导通以实现耦合发 信信号到接收通路或者实现第二、第三端之间的导通以实现正常接收处理外 界信号。本发明通过选择灵活的开关控制系统，将发射信号耦合到基站正常 工作的接收通路，不需要额外的接收通路。参见图1,本发明可以选择发信信号为特殊的单音信号，利用耦合模块 101把发射的射频信号耦合到接收通路，在接收通路中通过选择相位锁定回 路(PLL， Phase Locked Loop )变频到基带处理部分，之后进行现有的相关 处理以及本发明的特殊处理，本发明的特殊处理由所述校准参数调整模块 102进行，该校准参数调整模块102可以设置在接收通路ADC处理信号之 后的任何一个环节中，例如图1的实施例将校准参数调整模块102设置在了 DSP解调及信号处理单元中，当然也可以设置在DDC及基带信号处理模块 中。所述校准参数调整模块102在基带通过快速傅氏变换(FFT )算法分析， 获得上下边带抑制和载波泄漏的指标，边带抑制和载波泄漏的指标跟基带IQ 的幅相不平衡系数因子呈单调特性，因此可以闭环自适应调整发射IQ信号 的相位(Phase) 和振幅(Gain)不平衡系数以调整上下边带抑制和载波泄 漏。在调整的同时，实时监控上下边带抑制和载波泄漏指标是否达标，当达 标时，将调整后的IQ信号的Phase和Gain不平衡系数表进行存储，作为实 际通信校准参数对发射通路的发射信号进行校准，以做到自适应闭环校正。图2为发信机校准基带IQ信号的一种实施示意图。参见图2，基带信 号输入基带处理单元后，分为I信号处理部分和Q信号处理部分，在所述I 信号和Q信号部分依据相位不平衡系数PHASE进行相位校准，再分别依据 振幅不平衡系数(I—GAIN和Q—GAIN)进行振幅校准，并分别增加直流偏 置(I—DCOFFSET和Q_DCOFFSET ),输出给DAC和IQ MOD处理后得到 射频信号。图3为单音信号经过接收处理及FFT运算后的频谱示意图。参见图3, 在本发明所示的实例中，所述"上边带"为期望信号，"下边带"和"载波"为发射通路不平衡引入的有害信号。有害信号与期望信号间的差距A1、 A2 则反映出发射通路不平衡性的情况。Al、 A2越小越好，但通常无法做到 △ 1 = 0、 A2 = 0。实践中通过校准尽量消除发射通路的不平衡性，使得A1、 A2小于预设门限即可。本发明所述校准参数调整模块不断测量A1、 A2的 取值，并沿可以减小A1、 A2的方向调整不平衡系数，使得最终的A1、 A 2小于预设门限，由此确定发射通路的校准参数。
在正常工作的情况下，所述开关2的第二端和第三端导通使接收信号导 入接收通路进行正常接收信号的处理。当需要进行自适应调整校准参数时， 则将开关2的第一端和第三端导通以耦合发信信号到接收通路，启动校准过 程，自适应调整发信的IQ信号的幅相不平衡系数。
本发明的开关控制灵活，信号耦合以及自适应校准的触发启动可以是频 率的变化、温度的变化、开机即时校准、定时校准等都可以实现，频率跨度 可以选择进行控制以启动检测信号质量流程、温度变化的范围也可以选择进 行控制以启动检测信号质量流程，也可以根据检测信号质量恶化程度来启动 自适应校准过程。
为了实现触发耦合及自适应校准，所述控制模块包括检测单元131,其 中设置所述开关器件的触发条件，该检测单元131检测相应的触发信号，当 所述触发信号达到触发条件时由控制模块113触发所述开关器件112将发射 的射频信号耦合到接收通路。
所述触发信号及其对应的触发条件包括以下任一种或任意种的组合
1) 所述触发信号包括发射信号频率，对应的触发条件为检测到的发射 信号频率变化超过指定的信号频率范围。对应的，所述检测单元131需要包 括发射信号频率的检测装置，用于检测发射信号频率，当发射信号频率过大 超过指定的频率范围，例如一般的频率变化超过15MHz时，则触发开关器 件112将发射信号耦合到接收通路并进行自适应校准。
2) 所述触发信号包括温度，对应的触发条件为检测到的温度变化超过
指定的温度范围。对应的，所述检测单元131需要包括温度传感器，用于实时监测收发信机的环境温度，当温度变化过大超过指定的范围，例如一般温
度的变化超过20。时，则触发开关器件112将发射信号耦合到接收通路并进
行自适应校准。当然，根据不同的通信系统，所述温度变化的指定范围和上 述频率变化的指定范围可以根据需要进行调整。
3) 所述触发信号包括发射信号质量，对应的触发条件为检测的发射信 号质量低于指定的信号质量要求。对应的，所述检测单元131需要包括信号 质量监测装置，用于在收发信机的工作空闲时间监测发射信号的信号质量， 如果信号质量过差低于指定的要求，则触发开关器件112将发射信号耦合到 接收通路并进行自适应校准。
4) 所述触发信号包括即时触发指令，所述检测单元131对应包括一个 检测触发指令装置，用于检测即时触发指令，对应的触发条件为是否检测到 即时触发指令(例如开机时自动输入的触发指令、或者人工输入校准触发指 令)，检测到则触发开关器件112将发射信号耦合到接收通路并进行自适应 校准。
5) 所述触发信号包括定时触发指令，所述检测单元131对应包括一个 定时触发装置，用于检测是否到达预设的定时触发时间，对应的触发条件为 检测到达定时触发时间时则触发开关器件112将发射信号耦合到接收通路 并进行自适应一吏准。
当耦合信号并进行自适应校准时， 一种优选的实施例是采用单音信号作
为发射信号进行自适应校正，校正后的校正表用来校正实际工作的信号。所 述单音信号相当于训练信号，之所以采用单音信号是因为解调后的单音信号
做FFT运算后，上下边带和载波信息非常明确，校准方法也非常简单易行。 在这种优选实施例中，收发信机中还包括一个单音信号发射单元104,由控 制模块113控制，在将发射的射频信号耦合到接收通路并进行校准时向发射 通路发射单音信号。
另外，本发明对于上下行同频的时分系统和上下行异频的频分系统都可 以运用，但需要在接收通路的频率合成器103稍做调整。对于上下行同频的
12时分系统，图1的频率合成器103的频段设置跟正常工作时的设置一样即可；
对于上下行异频的频分系统，因收发的频段有区别，为了能接收发信频段的
信号，图1的频率合成器103的频段设置需要选择能涵盖上下行频段的压控 振荡器(VCO，简称接收本振)，这样才能实现校正和正常工作共用同一套 接收通路。在系统设计时需要明确系统的工作方式，所述控制模块113中包 括频段控制模块，用于在所述收发信机采用上下异频的通信方式时控制所述 频率合成器103中的VCO的工作频段范围涵盖发射通路的发信频段。
图4为本发明所述收发信机的零中频发射校准方法的流程图。参见图4， 该流程包括
步骤401、将发射通路发射的射频信号耦合到接收通路；闭环调整耦合 信号的不平衡系数使信号质量指标达到预定要求，将调整后的不平衡系数作 为校准参数存储。所述不均衡系数包括相位不均衡系数以及振幅不均衡系 数；所述信号质量指标主要包括边带抑制和载波泄漏指标。
本步骤401中，通过FFT算法分析，获得上下边带抑制和载波泄漏的 指标，闭环自适应调整发射IQ信号的相位和振幅不平衡系数，同时实时监 控上下边带抑制和载波泄漏指标是否达标，当达标时，将调整后的IQ信号 的相位和振幅不平衡系数表进行存储。
步骤402、按照所述校准参数校准发射通路的发射信号。具体请参见图 2,对于基带处理的所述I信号和Q信号部分依据相位不平衡系数PHASE 进行相位校准，再分别依据振幅不平衡系数(I—GAIN和Q—GAIN)进行振 幅校准，并分别增加直流偏置(I—DCOFFSET和Q—DCOFFSET )，输出给 DAC和IQ MOD处理后得到射频信号。
正如上述控制模块的功能，所述步骤401之前包括触发步骤，具体的触 发方式包括以下任一种或任意种的组合
(1) 检测发射信号的频率，当检测到的发射信号频率变化超过指定的 信号频率范围时触发执行步骤401;
(2) 检测温度，当检测到的温度变化超过指定的温度范围时触发执行步骤401;
(3) 检测射信号质量，当检测到的发射信号质量低于指定的信号质量 要求时触发执行步骤401;
(4) 检测是否收到即时触发指令，检测到则触发执行步骤401;
(5) 检测是否到达定时触发时间，到达则触发执行步骤401。 所述方法中，当触发耦合以及自适应调整所述不均衡系数时，优选的发
射信号采用单音信号。并且，在所述收发信机采用上下异频的通信方式时，
将接收通路中的频率合成器设置到可涵盖发射通路发信频段的工作频段范围。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1权利要求
1、一种收发信机，包括零中频发射通路和接收通路，其特征在于，包括耦合模块，设置在零中频发射通路与接收通路之间，用于将发射通路的射频信号耦合到接收通路；校准参数调整模块，设置在接收通路，用于闭环调整耦合信号的不平衡系数使信号质量指标达到预定要求，并将调整后的不平衡系数作为校准参数以校准发射通路的发射信号。
2、 根据权利要求1所述的收发信机，其特征在于，所述耦合模块包括 耦合器件、开关器件以及控制模块；所述耦合器件与所述发射通路的射频信 号输出环节耦合，所述开关器件连接耦合器件和接收通路的混频单元，其导 通状态由所述控制模块控制。
3、 根据权利要求2所述的收发信机，其特征在于，所述开关器件进一 步连接接收通路的混频单元和接收通路的低噪声放大器，所述控制模块控制 该开关器件的状态，触发导通所述耦合器件和混频单元，或者触发导通所述 混频单元和低噪声放大器。
4、 根据权利要求2所述的收发信机，其特征在于，所述控制模块包括 检测单元，其中设置所述开关器件的触发条件，该检测单元检测相应的触发 信号，当所述触发信号达到触发条件时由控制模块触发所述开关器件将发射 的射频信号耦合到接收通路。
5、 根据权利要求4所述的收发信机，其特征在于，所述检测单元中具 体的触发信号检测装置及其对应的触发条件包括以下任一种或任意种的组 合所述检测单元包括发射信号频率检测装置，用于检测发射信号频率，对 应的触发条件为检测到的发射信号频率变化超过指定的信号频率范围；所述检测单元包括温度传感器，用于检测温度，对应的触发条件为检测到的温度变化超过指定的温度范围；所述检测单元包括信号质量监测装置，用于监测发射信号质量，对应的触发条件为检测的发射信号质量低于指定的信号质量要求；所述检测单元包括检测触发指令装置，用于检测即时触发指令，对应的 触发条件为检测到即时触发指令则触发导通开关器件将发射的射频信号耦 合到接收通路；所述检测单元包括定时触发装置，用于检测是否到达预设的定时触发时 间，对应的触发条件为检测到达定时触发时间则触发开关器件导通。
6、 根据权利要求1所述的收发信机，其特征在于，进一步包括单音信 号发送单元，用于在将发射的射频信号耦合到接收通路并进行校准时向发射 通路发射单音信号。
7、 根据权利要求1所述的收发信机，其特征在于，所述接收通路中包 括频率合成器，在所述收发信机采用上下异频的通信方式时，所述频率合成 器的工作频段范围涵盖发射通路的发信频段，所述控制模块中包括频段控制 模块，用于在所述收发信机采用上下异频的通信方式时控制所述频率合成器 的工作频段范围涵盖发射通路的发信频段。
8、 一种收发信机的零中频发射校准方法，适用于具有零中频发射通路 的收发信机，其特征在于，所述方法包括A、 将发射通路发射的射频信号耦合到接收通路；闭环调整耦合信号的 不平衡系数使信号质量达到预定要求，将调整后的不平衡系数作为校准参数 存储；B、 按照所述校准参数校准发射通路的发射信号。
9、 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤A之前包括触 发步骤，具体的触发方式包括以下任一种或任意种的组合检测发射信号的频率，当检测到的发射信号频率变化超过指定的信号频 率范围时触发执行步骤A;检测温度，当检测到的温度变化超过指定的温度范围时触发执行步骤A;检测射信号质量，当检测到的发射信号质量低于指定的信号质量要求时触发执行步骤A;检测是否收到即时触发指令，检测到则触发执行步骤A;检测是否到达定时触发时间，到达则触发执行步骤A。
10、根据权利要求8至9任一项所述的方法，其特征在于'所述不平衡系数为相位不平衡系数和振幅不平衡系数，所述信号质量指标为边带抑制和载波泄漏指标。
全文摘要
本发明公开了一种收发信机以及零中频发射校准方法，所述收发信机包括零中频发射通路和接收通路，其中包括耦合模块，设置在零中频发射通路与接收通路之间，用于将发射通路的射频信号耦合到接收通路；还包括校准参数调整模块，设置在接收通路，用于闭环调整耦合信号的不平衡系数使信号质量指标达到预定要求，并将调整后的不平衡系数作为校准参数以校准发射通路的发射信号。利用本发明，可以较低的成本根据环境需求自适应调整零中频信号的校准参数。
文档编号H04B1/76GK101540626SQ20081008578
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者剑 王 申请人:中兴通讯股份有限公司