专利名称：用于减轻iq失衡的载波间带宽控制的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信，并且具体地说，涉及在载波聚合系统中减轻多载波接收器中IQ失衡(imbalance)的方法。
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。如在G. Yuan、X. Zhang、Wang和Y. Yang的名称为“Carrieraggregation for LTE-Advanced mobile communication systems, ^ (^t IEEE Commun·Mag.中发表，vol. 48，no. 2，pp. 88-93，2010年2月)的论文中所述，第三代合作伙伴项目(3GPP) —直在标准化用于长期演进(LTE)的载波聚合，该文的公开通过引用以其整体结合于本文中。从移动终端的角度而言，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(non-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许多青睐，但如B. Razavi的EEMicroelectronics一书(Upper Saddle River,NJ,Prentice_Hall, 1998)中所不的(其公开通过引用以其整体结合于本文中)，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。另一方面，如A. Springer、L. Maurei^PR. Weigel 的名称为“RF system conceptsfor highly integrated RFICs for ff-CDMA mobile radio terminals,，，(在IEEE Trans.Microw. Theory and Tech.中发表，vol. 50, no. I, pp. 254-267，2002 年 I 月)的论文(其公开容通过引用以其整体结合于本文中)中所述的，宽带IF双转换接收器是已知的。宽带IF双转换接收器再使用RF混频级和IF混频级(即，本地振荡器或LO和混频器)，从而允许具成本效益和功率高效的实现。另外，它保留有方向转换(direction conversion)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。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，而另一接收器分支接收和处理第二载波。通过选择适当的LO频率和混频器参数，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。图I示出代表性双载波双转换接收器的一部分。在此特定示例中，接收器在采用带内非邻接载波聚合的LTE下行链路中操作，但本发明的原理可适用于其它接收器和系统。在此示例中，接收器在天线接收已低噪声放大的复合载波聚合信号。接收器包括RF LO频率生成器和IF LO频率生成器。RF下变频器包括由正交相位和低通滤波器中两个对应RFLO频率信号驱动的两个混频器。结果的IF信号随后进一步与具有不同相位的IF LO频率信号进行混合。结果的基带频率信号在两个接收器分支或信号处理路径中组合。上部接收器分支接收和处理被调制到20 MHz载波频率上的信号，而下部接收器分支接收和处理被调制到非邻接5 MHz载波频率上的信号。调制的信号可符合任何通信协议，如宽带码分多址(WCDMA)。在一些实施例中，通信协议可包括正交频分复用(OFDM)。如本领域中已知的，OFDM信号被调制到多个副载波上，这些副载波一起占用载波带宽。在本文中使用时，“载波带宽”指一个或多个信号调制到的载波的频率。载波可包括占用指定带宽的单个载波(例如，扩展频谱载波)，或者可包括一起占用指定带宽的多个副载波。例如图I所示接收器的双载波双转换接收器的一个缺陷是对源于共享增益和相位失衡LO和混频器的接收信号的同相(I)和正交(Q)分量之间的失衡(称为IQ失衡)的敏感。IQ失衡被认为是无线电接收器中(特别是OFDM系统中)的主要损害源。
IQ失衡产生于包括L0、混频器、滤波器、ADC等的失衡RF/模拟电路。通过控制一些电路参数，能够校准RF/模拟电路，或者通过在数字基带中的数据信号处理，能够补偿IQ失衡。IQ失衡的数字补偿与模拟校准相比具有许多优点。例如，在原则上，它能够用于许多无线电，因为它不要求无线电电路与数字基带之间的专用接口。IQ失衡补偿的主要益处是放宽有关IQ失衡的设计要求，并且克服模拟组件的基本限制(或者给定相同设计工作时，改进接收器性能)。IQ失衡的数字补偿对于用于载波聚合(包括带内非邻接载波聚合)的双转换接收器也适用。与常规IQ失衡补偿相比，一个不同之处是需要在接收和处理多个载波的多个接收器分支上进行联合补偿。考虑到IQ失衡造成载波间耦合，使得每个接收器分支中处理的信号包括其自己的载波及其它载波(即，在其它接收器分支中处理的信号)，这是不足为奇的。
发明内容
根据本文中所述和要求权利的本发明的一个或多个实施例，通过以与现有技术接收器相比的新颖和非明显方式将接收器分支的频率响应整形，促进数字IQ失衡估计和补偿(实际，在一些情况下，完全变得可能)。具体而言，在多载波接收器中，在至少一个接收器分支中信号处理元件的频率响应被设成不完全衰减关注频带中的接收信号。关注的频带大于该接收器分支处理的接收信号的载波带宽。在一些实施例中，不衰减接收信号，并且部分衰减相邻干扰信号。这允许有关干扰信号的信息在另一接收器分支中信号的IQ失衡诱发的载波间映像(image)中显示，从而有利于IQ失衡的数字估计和补偿。一个实施例涉及一种同时在接收器的相应第一和第二分支中接收和处理至少第一和第二通信信号的方法。第一信号被调制到具有第一带宽的第一载波上，并且第二信号被调制到具有第二带宽的第二载波上。接收第一和第二信号。第一接收器分支中的信号处理元件的频率响应被设成足以不衰减至少第一信号的频率响应，并且第一信号在第一接收器分支中被处理。第二接收器分支中信号处理元件的频率响应被设成足以不完全衰减关注频带内的接收信号的频率响应，关注频带的宽度大于第二信号的载波带宽，并且第二信号在第二接收器分支中被处理。估计第一与第二接收信号的I与Q分量之间的失衡，并且在第一和第二接收信号上联合补偿估计的IQ失衡。
另一实施例涉及操作以接收至少第一和第二通信信号的接收器。第一信号被调制到具有第一带宽的第一载波上，并且第二信号被调制到具有第二带宽的第二载波上。第一接收器包括第一接收器分支，该分支包括具有第一频率响应的信号处理元件并操作以接收和处理第一信号。接收器还包括第二接收器分支，该分支包括具有第二频率响应的信号处理元件并操作以接收和处理第二信号。第二接收器分支中信号处理元件的频率响应足以不完全衰减关注频带内的接收信号，关注频带的宽度大于第二信号的载波带宽。
图I是根据现有技术的双载波双转换接收器的功能电路示意图。图2是通信信号路径和信号损害的各种源的功能框图。图3A和3B示出用于处理具有不同载波带宽的信号的双载波接收器的常规频率响应整形。图4A和4B示出根据本发明的一个实施例的用于接收器分支的频率响应整形。图5A和5B示出根据本发明的一个实施例的用于接收器分支的频率响应整形。图6是根据本发明的一个实施例的实现频率响应整形的双载波双转换接收器的功能电路不意图。图7A和7B示出用于处理具有相同载波带宽的信号的双载波接收器的常规频率响应整形。图7C和7D示出根据本发明的一个实施例的用于处理具有相同载波带宽的信号的接收器的频率响应整形。图8是在各种频率响应整形条件下多载波接收器性能的曲线图。图9是根据本发明的实施例的多载波无线通信接收器的功能框图。图10是同时接收和处理两个无线通信信号的方法的流程图。
具体实施例方式IQ失衡的数字补偿包括两个步骤失衡估计和失衡补偿。用于载波聚合的情况也是如此。在未决的美国专利申请13/045386中陈述了用于载波聚合的IQ失衡的数字补偿的详细信息。双转换接收器能够如图2所示来建模。传送器位于eNodeB中，并且包括数字有限脉冲响应(FIR)滤波器和模拟脉冲形状滤波器(PSF)。用于两个载波的脉冲形状滤波器的频率响应表示为/Tfal (/)和/Zi32(Z)。用于两个载波的传送的信号通过表示为化M(/)和Hch2 (/)的多径衰落信道(CH)传播。接收器位于UE中，并且包括带有失衡参数&和&的RF混频器、模拟IF滤波器、带有失衡参数.//和Ji的IF混频器、表示为/Zral(Z)和&2(/)的模拟信道选择滤波器(CSF)及FIR滤波器。为简明起见，省略了包括OFDM处理的数字基带部分，但模型假设了数字基带，因为本发明的实施例涉及IQ失衡的数字补偿。如图I中所例示的，双转换接收器具有用于每个载波的分开的分支。假设所有滤波器在分支内是完全平衡的。换而言之，没有通常称为IQ失衡的载波内失衡(实际上，IQ失衡主要产生于RF混频级)。两个分支的接收信号&(/)和T2(Z)表示为
权利要求
1.一种在接收器的相应第一和第二分支中同时接收和处理至少第一和第二通信信号的方法，其中所述第一信号被调制到具有第一带宽的第一载波上，并且第二信号被调制到具有第二带宽的第二载波上，所述方法包括以下步骤 接收所述第一和第二信号； 将所述第一接收器分支中信号处理元件的频率响应设置成足以不衰减至少所述第一信号的频率响应； 在所述第一接收器分支中处理所述第一信号； 将所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应设置成足以不完全衰减关注频带内的接收信号的频率响应，所述关注频带的宽度大于所述第二信号的载波带宽； 在所述第二接收器分支中处理所述第二信号； 估计所述第一和第二接收信号的同相(I)与正交(Q)分量之间的失衡；以及 在所述第一和第二接收信号上联合补偿所估计的IQ失衡。
2.如权利要求I所述的方法，其中设置接收器分支中信号处理元件的频率响应包括设置所述接收器分支中至少模拟可变增益放大器和模拟信道选择滤波器的频率响应。
3.如权利要求I所述的方法，其中设置接收器分支中信号处理元件的频率响应包括设置所述接收器分支中数字滤波器和插值器的频率响应。
4.如权利要求I所述的方法，其中设置接收器分支中信号处理元件的频率响应包括配置数字基带快速傅立叶变换器(FFT)与确定的频率响应一起操作。
5.如权利要求I所述的方法，其中所述第一信号载波带宽比所述第二信号载波带宽更宽，以及其中设置所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应包括将所述频率响应设置成与所述第一信号的带宽至少一样宽。
6.如权利要求5所述的方法，其中足以不完全衰减关注频带内的接收信号的频率响应包括足以不衰减所述关注带宽内的接收信号的频率响应。
7.如权利要求5所述的方法，其中足以不完全衰减关注频带内的接收信号的频率响应包括足以不衰减所述第二信号以及部分衰减所述关注带宽内的干扰信号的频率响应。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述关注频带内干扰信号的部分衰减的程度由所述干扰信号在所述第二接收器分支中引入的量化误差来确定。
9.如权利要求I所述的方法，其中所述第一和第二信号载波带宽相等，以及其中设置所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应包括设置所述频率响应以匹配所述第一接收器分支中信号处理元件的频率响应。
10.如权利要求I所述的方法，其中所述第一信号载波带宽比所述第二信号载波带宽更宽，以及其中设置所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应包括以下步骤 估计所述第一和第二信号中干扰的功率级别； 如果所述干扰功率级别足以使源于IQ失衡的干扰功率增大到预定的阈值之上，但不足以使所述第二接收器分支中的量化误差增大到预定的量化误差阈值之上，则将所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应设置成不完全衰减所述关注频带内的干扰信号；以及 在其它情况下设置所述频率响应等于所述第二信号的载波带宽。
11.如权利要求I所述的方法，其中设置所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应包括设置所述频率响应等于所述第一接收器分支中信号处理元件的频率响应；以及还包括 校准所述第一和第二接收器分支以具有在预定的频率响应误差阈值内的相同频率响应。
12.如权利要求11所述的方法，其中校准所述第一 和第二接收器分支包括在所述接收器最初被供电到操作状态时执行所述校准。
13.如权利要求11所述的方法，其中校准所述第一和第二接收器分支包括在预定的间隔执行所述校准。
14.如权利要求11所述的方法，其中校准所述第一和第二接收器分支包括将测试信号注入至少一个接收器分支中并在所述分支中信号处理的输出测量其衰减。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述测试信号包括单音信号。
16.如权利要求15所述的方法，还包括在所述第一带宽上改变所述单音测试信号的频率的同时重复所述校准测试。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述单音测试信号的频率在副载波的子集上被变化。
18.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信号，所述第一信号被调制到第一多个副载波上，所述第一多个副载波具有第一带宽，所述第二信号被调制到第二多个副载波上，所述第二多个副载波具有第二带宽，以及 设置所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应包括设置所述频率响应等于所述第一接收器分支中信号处理元件的频率响应；以及 在每副载波的基础上估计IQ失衡并补偿所估计的IQ失衡。
19.如权利要求18所述的方法，其中在每副载波的基础上估计IQ失衡包括在每个副载波上将测试信号注入至少一个接收器分支。
20.如权利要求18所述的方法，还包括为无导频信号的每个副载波使用判决引导的IQ估计。
21.一种操作以接收至少第一和第二通信信号的接收器，其中所述第一信号被调制到具有第一带宽的第一载波上，并且所述第二信号被调制到具有第二带宽的第二载波上，所述接收器包括 第一接收器分支，包括具有第一频率响应的信号处理元件并操作以接收和处理所述第一信号；以及 第二接收器分支，包括具有第二频率响应的信号处理元件并操作以接收和处理所述第二信号; 其中所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应足以不完全衰减关注频带内的接收信号，所述关注频带的宽度大于所述第二信号的载波带宽。
22.如权利要求21所述的接收器，其中足以不完全衰减关注频带内的接收信号的频率响应包括足以不衰减所述关注带宽内的接收信号的频率响应。
23.如权利要求21所述的接收器，其中足以不完全衰减关注频带内的接收信号的频率响应包括足以部分衰减所述关注带宽内的干扰信号的频率响应。
24.如权利要求23所述的接收器，其中所述关注频带内干扰信号的衰减的程度由所述干扰信号在所述第二接收器分支中引入的量化误差来确定。
25.如权利要求23所述的接收器，其中所述第一和第二信号载波带宽相等，以及其中所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应等于所述第一接收器分支中信号处理元件的频率响应。
26.如权利要求21所述的接收器，还包括 干扰功率估计器，操作以估计所述第一和第二信号中干扰的功率级别；以及 适应的频率响应功能，操作以如果所述干扰功率级别足以使IQ失衡增大到预定的IQ失衡阈值之上，但不足以使所述第二接收器分支中的量化误差増大到预定的量化误差阈值之上，则适应地设置所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应以不完全衰减所述关注频带内的干扰信号，并且操作以在其它情况下设置所述频率响应等于所述第二带宽。
27.如权利要求21所述的接收器，其中所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应等于所述第一接收器分支中信号处理元件的频率响应，以及还包括 校准単元，操作以校准所述第一和第二接收器分支以具有在预定的频率响应误差阈值内的相同频率响应。
28.如权利要求27所述的接收器，其中所述校准単元操作以在所述接收器最初被供电到操作状态时执行所述频率响应校准。
29.如权利要求27所述的接收器，其中所述校准単元操作以在预定的间隔执行所述频率响应校准。
30.如权利要求27所述的接收器，其中所述校准単元操作以通过将测试信号注入至少ー个接收器分支中并在所述分支中信号处理的输出测量其衰减来执行所述频率响应校准。
31.如权利要求30所述的接收器，其中所述测试信号包括単音信号。
32.如权利要求30所述的接收器，还包括在所述第一带宽上改变所述单音测试信号的频率的同时重复所述校准测试。
33.如权利要求21所述的接收器，其中所述第一和第二信号被正交频分复用，所述第一信号被调制到第一多个副载波上，所述第一多个副载波具有第一带宽，所述第二信号被调制到第二多个副载波上，所述第二多个副载波具有第二带宽，并且所述第二接收器分支中信号处理元件的频率响应等于所述第一接收器分支中信号处理元件的频率响应，以及还包括 IQ失衡估计和补偿功能，操作以在每副载波基础上估计IQ失衡并补偿所估计的IQ失衡。
34.如权利要求33所述的接收器，其中所述IQ失衡估计和补偿功能操作以通过在每个副载波上将测试信号注入至少ー个接收器分支而在每副载波基础上估计IQ失衡。
35.如权利要求34所述的接收器，其中所述IQ失衡和补偿功能还操作以为无导频信号的每个副载波使用判决引导的IQ估计。
全文摘要
通过将接收器分支的频率响应整形，有利于载波聚合环境中数字IQ失衡估计和补偿。具体而言，在多载波接收器中，至少一个接收器分支中信号处理元件的频率响应被设成不完全衰减关注频带中的接收信号。关注的频带大于该接收器分支处理的接收信号的载波带宽。在一些实施例中，不衰减接收信号，并且部分衰减相邻干扰信号。这允许有关干扰信号的信息在另一接收器分支中信号的IQ失衡诱发的载波间映像中显示，从而有利于IQ失衡的数字估计和补偿。
文档编号H04L27/38GK102859959SQ201180022267
公开日2013年1月2日 申请日期2011年5月3日 优先权日2010年5月3日
发明者C.帕克, L.孙德斯特伦, J.斯文松 申请人:瑞典爱立信有限公司