执行信号补偿的装置及方法与流程

本发明涉及一种用于通信系统的通信装置及方法，特别涉及一种执行信号补偿的装置及方法。

背景技术：

在无线通信系统的通信装置中，在i相位信号路径(in-phasesignalpath)及q相位信号路径(quadrature-phasesignalpath)上的响应不相同会造成信号的iq不平衡(iqimbalance)。在现有技术中，通信装置可使用窄频信号来补偿在i相位信号路径或q相位信号路径上的信号，使得在一个频率点上的iq不平衡被消除。然而，通信装置需执行上述运行多次以消除在不同频率点上的iq不平衡，使通信装置具有较低的运行效率。因此，如何改善信号补偿的效率为一亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种方法及其通信装置，用来执行信号补偿，以解决上述问题。

一种信号补偿装置，包含有一第一滤波器电路，用来处理一宽频信号，以产生一第一模拟时域信号(analogtime-domainsignal)；一第二滤波器电路，用来处理该宽频信号，以产生一第二模拟时域信号；一第一转换电路，耦接于该第一滤波器电路，用来转换该第一模拟时域信号为一第一数字(digital)时域信号；一第二转换电路，耦接于该第二滤波器电路，用来转换该第二模拟时域信号为一第二数字时域信号；一第三转换电路，耦接于该第一转换电路，用来转换该第一数字时域信号为一第一频域信号(frequency-domainsignal)；一第四转换电路，耦接于该第二转换电路，用来转换该第二数字时域信号为一第二频域信号；以及一处理电路，耦接于该第三转换电路及该第四转换电路，用来根据该第一频域信号及该第二频域信号，产生一时域补偿响应。

一种信号补偿装置，包含有一第一滤波器电路，用来处理一输入信号，以产生一第一模拟信号；一第二滤波器电路，用来处理该输入信号，以产生一第二模拟信号；一第一转换电路，耦接于该第一滤波器电路，用来转换该第一模拟信号为一第一数字信号；一第二转换电路，耦接于该第二滤波器电路，用来转换该第二模拟信号为一第二数字信号；一补偿电路，耦接于该第一转换电路，用来根据一补偿响应，补偿该第一数字信号，以产生一补偿信号。

附图说明

图1为本发明实施例一通信系统的示意图。

图2为本发明实施例一信号补偿装置的示意图。

图3为本发明实施例一处理电路的示意图。

图4为本发明实施例一信号补偿装置的示意图。

图5为本发明实施例一信号补偿装置的示意图。

图6为本发明实施例多个频域信号的示意图。

图7为本发明实施例一流程的流程图。

图8为本发明实施例一流程的流程图。

符号说明

10通信系统

20、40、50信号补偿装置

200、500第一滤波器电路

202、502第一转换电路

204第三转换电路

206、30处理电路

210、510第二滤波器电路

212、512第二转换电路

214第四转换电路

300计算电路

302第五转换电路

400信号产生电路

504补偿电路

70、80流程

700、702、704、706、708、步骤

710、712、714、716、800、

802、804、806、808、810、

812

sig_time_anal1第一模拟时域信号

sig_time_anal2第二模拟时域信号

sig_time_dig1第一数字时域信号

sig_time_dig2第二数字时域信号

sig_freq1第一频域信号

sig_freq2第二频域信号

resp_comp_time时域补偿响应

sig_broadband宽频信号

resp_comp_freq频域补偿响应

sig_input输入信号

sig_anal1第一模拟信号

sig_anal2第二模拟信号

sig_dig1第一数字信号

sig_dig2第二数字信号

sig_comp补偿信号

tx传送端

rx接收端

具体实施方式

图1为本发明实施例一通信系统10的示意图。通信系统10可为任何使用正交分频多工(orthogonalfrequency-divisionmultiplexing，ofdm)技术(或称为离散多频调制(discretemulti-tonemodulation，dmt)技术)的通信系统，简略地由一传送端tx及一接收端rx所组成。在图1中，传送端tx及接收端rx是用来说明通信系统10的架构。举例来说，通信系统10可为非对称式数字用户回路(asymmetricdigitalsubscriberline，adsl)系统、电力通信(powerlinecommunication，plc)系统、同轴电缆的以太网络(ethernetovercoax，eoc)等有线通信系统。或者，通信系统10可为区域无线网络(wirelesslocalareanetwork，wlan)、数字视频广播(digitalvideobroadcasting，dvb)系统、长期演进(longtermevolution，lte)系统、先进长期演进(lte-advanced，lte-a)系统及第五代(5thgeneration，5g)系统等无线通信系统。此外，传送端tx及接收端rx可设置于移动电话、笔记本电脑等装置中，但不限于此。

图2为本发明实施例一信号补偿装置20的示意图，用于图1的传送端tx或接收端rx中，用来产生补偿响应，以消除iq不平衡(iqimbalance)(或iq不匹配(iqmismatch))。信号补偿装置20包含有一第一滤波器电路200、一第二滤波器电路210、一第一转换电路202、一第二转换电路212、一第三转换电路204、一第四转换电路214及一处理电路206。详细来说，第一滤波器电路200处理一宽频信号sig_broadband，以产生一第一模拟时域信号sig_time_anal1。第二滤波器电路210处理宽频信号sig_broadband，以产生一第二模拟时域信号sig_time_anal2。第一转换电路202耦接于第一滤波器电路200，用来转换第一模拟时域信号sig_time_anal1为一第一数字(digital)时域信号sig_time_dig1。第二转换电路212耦接于第二滤波器电路210，用来转换第二模拟时域信号sig_time_anal2为一第二数字时域信号sig_time_dig2。第三转换电路204耦接于第一转换电路202，用来转换第一数字时域信号sig_time_dig1为一第一频域(frequency-domain)信号sig_freq1。第四转换电路214耦接于第二转换电路212，用来转换第二数字时域信号sig_time_dig2为一第二频域信号sig_freq2。处理电路206耦接于第三转换电路204及第四转换电路214，用来根据第一频域信号sig_freq1及第二频域信号sig_freq2，产生一时域补偿响应resp_comp_time。

在一实施例中，第一模拟时域信号sig_time_anal1、第一数字时域信号sig_time_dig1及第一频域信号sig_freq1是在i相位信号路径(in-phasesignalpath)上的信号，以及第二模拟时域信号sig_time_anal2、第二数字时域信号sig_time_dig2及第二频域信号sig_freq2是在q相位信号路径(quadrature-phasesignalpath)上的信号。在一实施例中，第一模拟时域信号sig_time_anal1、第一数字时域信号sig_time_dig1及第一频域信号sig_freq1是在q相位信号路径上的信号，以及第二模拟时域信号sig_time_anal2、第二数字时域信号sig_time_dig2及第二频域信号sig_freq2是在i相位信号路径上的信号。

图3为本发明实施例一处理电路30的示意图。处理电路30可用来实现图2的处理电路206，但不限于此。处理电路30包含有一计算电路300及一第五转换电路302。计算电路300耦接于第三转换电路204及第四转换电路214，用来根据第一频域信号sig_freq1及第二频域信号sig_freq2，产生一频域补偿响应resp_comp_freq。第五转换电路302耦接于计算电路300，用来转换频域补偿响应resp_comp_freq为时域补偿响应resp_comp_time。在一实施例中，频域补偿响应resp_comp_freq相关于第一频域信号sig_freq1及第二频域信号sig_freq2的一差异。差异可包含有一振幅响应差异及/或一相位响应差异，但不限于此。

图4为本发明实施例一信号补偿装置40的示意图，用于图1的传送端tx或接收端rx中。信号补偿装置40包含有一信号产生电路400及信号补偿装置20。详细来说，信号产生电路400耦接于信号补偿装置20(例如第一滤波器电路200及第二滤波器电路210)，用来产生宽频信号sig_broadband。信号补偿装置20使用宽频信号sig_broadband来产生时域补偿响应resp_comp_time。信号补偿装置20的运行可参考前述，于此不赘述。

在一实施例中，宽频信号sig_broadband是一脉冲信号。也就是说，脉冲信号被作为一输入信号(或一测试信号)。此外，在执行一快速傅里叶转换(fastfouriertransform，fft)后，脉冲信号在频谱上是一常数(constant)。换言之，脉冲信号在每个频率点上的能量皆相同。在一实施例中，第一滤波器电路200及第二滤波器电路210是模拟基频滤波器。在一实施例中，第一转换电路202及第二转换电路212是模拟数字转换器(analog-to-digitalconverter，adc)。在一实施例中，第三转换电路204及第四转换电路214执行快速傅里叶转换，以分别转换第一数字时域信号sig_time_dig1及第二数字时域信号sig_time_dig2为第一频域信号sig_freq1及第二频域信号sig_freq2。

图5为本发明实施例一信号补偿装置50的示意图，用于图1的传送端tx或接收端rx中，用来消除iq不平衡(或iq不匹配)。信号补偿装置50包含有一第一滤波器电路500(例如第一滤波器电路200)、一第二滤波器电路510(例如第二滤波器电路210)、一第一转换电路502(例如第一转换电路202)、一第二转换电路512(例如第二转换电路212)及一补偿电路504。详细来说，第一滤波器电路500，用来处理一输入信号sig_input，以产生一第一模拟信号sig_anal1。第二滤波器电路510处理输入信号sig_input，以产生一第二模拟信号sig_anal2。第一转换电路502耦接于第一滤波器电路500，用来转换第一模拟信号sig_anal1为一第一数字信号sig_dig1。第二转换电路512耦接于第二滤波器电路510，用来转换第二模拟信号sig_anal2为一第二数字信号sig_dig2。补偿电路504耦接于第一转换电路502，用来根据一补偿响应，补偿第一数字信号sig_dig1，以产生一补偿信号sig_comp。也就是说，根据补偿响应，补偿电路504补偿第一频域信号sig_freq1，使得在i相位信号路径及q相位信号路径上的响应(例如频率响应或脉冲响应(impulseresponse))相同。响应差异所产生的iq不平衡被消除。

在一实施例中，补偿电路是一数字基频滤波器。在一实施例中，补偿响应是信号补偿装置20产生的时域补偿响应resp_comp_time。在一实施例中，第一模拟信号sig_anal1、第二模拟信号sig_anal2、第一数字信号sig_dig1、第二数字信号sig_dig2及补偿信号sig_comp是时域信号。

在一实施例中，第一模拟信号sig_anal1、第一数字信号sig_dig1及补偿信号sig_comp是在i相位信号路径上的信号，以及第二模拟信号sig_anal2、第二数字信号sig_dig2是在q相位信号路径上的信号。在一实施例中，第一模拟信号sig_anal1、第一数字信号sig_dig1及补偿信号sig_comp是在q相位信号路径上的信号，以及第二模拟信号sig_anal2、第二数字信号sig_dig2是在i相位信号路径上的信号。

以下实施例是用来举例说明信号补偿装置40及50如何补偿在i相位信号路径上的信号，以消除iq不平衡。首先，信号产生电路400产生脉冲信号x(t)(即宽频信号sig_broadband)。根据脉冲信号x(t)，第一滤波器电路200及第二滤波器电路210分别产生时域信号yi(t)及yq(t)(例如第一模拟时域信号sig_time_anal1及第二模拟时域信号sig_time_anal2)如下：

yi(t)＝hi(x(t))＝conv(hi(t)，x(t))(式1)

yq(t)＝hq(x(t))＝conv(hq(t)，x(t))(式2)

其中hi(t)及hq(t)分别是第一滤波器电路200及第二滤波器电路210的脉冲响应，以及conv()是一卷积(convolution)函数。接着，在时域信号yi(t)及yq(t)经过模拟数字转换器后，第三转换电路204及第四转换电路214将时域信号yi(t)及yq(t)分别转换为频域信号yi(ω)及yq(ω)(例如第一频域信号sig_freq1及第二频域信号sig_freq2)。根据卷积定理，频域信号yi(ω)及yq(ω)可被表示为以下的方程式：

yi(ω)＝hi(ω)x(ω)(式3)

yq(ω)＝hq(ω)x(ω)(式4)

其中x(ω)是执行快速傅里叶转换后的脉冲信号，hi(ω)及hq(ω)是第一滤波器电路200及第二滤波器电路210的频率响应。由于脉冲信号x(ω)是一常数，方程式(式3)及(式4)可被推导如下：

hi(ω)∝yi(ω)(式5)

hq(ω)∝yq(ω)(式6)

也就是说，频率响应hi(ω)与频域信号yi(ω)成正比，以及频率响应hq(ω)与频域信号yq(ω)成正比。因此，计算电路300可使用频域信号yi(ω)及yq(ω)来计算一频域补偿响应h。根据方程式(式3)及(式4)，计算电路300计算频域信号yi(ω)及yq(ω)的振幅响应(|yi(ω)|及|yq(ω)|)及相位响应(∠yi(ω)及∠yq(ω))，如图6中的(a)及(b)所示。因此，一振幅响应差异g(ω)及一相位响应差异p(ω)可根据以下方程式被获得：

p(ω)＝∠yq(ω)-∠yi(ω)(式8)

在方程式(式7)中，根据频域信号yi(ω)的振幅响应|yi(ω)|，频域信号yq(ω)的振幅响应|yq(ω)|被归一化(normalized)。因此，振幅响应差异g(ω)及振幅响应|yi(ω)|的一乘积(product)与振幅响应|yq(ω)|相同。换言之，在i相位信号路径上的补偿的振幅响应相同于在q相位信号路径上的振幅响应。此外，相位响应差异p(ω)及相位响应∠yi(ω)的一总和(sum)与相位响应∠yq(ω)相同。在i相位信号路径上的补偿的相位响应相同于在q相位信号路径上的相位响应。根据方程式(式7)及(式8)，计算电路300计算一差异函数c(ω)及频域补偿响应h(例如频域补偿响应resp_comp_freq)如下：

其中fs是第一转换电路202及第二转换电路212的一取样率(samplingrate)，以及fstep是一频率间隔(frequencyinterval)。此外，通过反离散傅里叶变换(inversediscretefouriertransform，idft)，第五转换电路302可转换频域补偿响应h为一脉冲补偿响应h[n](例如时域补偿响应resp_comp_time)，如下式所示：

其中

接着，根据一输入信号，通过第一滤波器电路500及第一转换电路502，信号补偿装置50产生一时域信号ki[n](例如第一数字信号sig_dig1)。根据输入信号，通过第二滤波器电路510及第二转换电路512，信号补偿装置50产生一时域信号kq[n](例如第二数字信号sig_dig2)。补偿电路504使用脉冲补偿响应h[n]以补偿时域信号ki[n]如下：

k′i[n]＝conv(h[n]，ki[n])(式12)

其中k′i[n]是时域信号ki[n]的一补偿结果(例如补偿信号sig_comp)。因此，在i相位信号路径及q相位信号路径上的响应(例如振幅响应及相位响应)会相同。iq不平衡的问题可被解决。

图6为本发明实施例多个频域信号yi(ω)及yq(ω)的示意图。(a)是频域信号yi(ω)及yq(ω)的振幅响应，(b)是频域信号yi(ω)及yq(ω)的相位响应，(c)是频域信号yi(ω)及yq(ω)的振幅响应差异g(ω)(或被称为一iq振幅不匹配(iqamplitudemismatch))，以及(d)是频域信号yi(ω)及yq(ω)的相位响应差异(或被称为一iq相位不匹配(iqphasemismatch))。通过(c)及(d)，计算电路300可计算出差异函数c(ω)，进而获得频域补偿响应h。计算电路300的运行可参考前述，于此不赘述。

前述信号补偿装置20的运行方式可归纳为一流程70，用于传送端tx或接收端rx中，如图7所示。流程70包含有以下步骤：

步骤700：开始。

步骤702：处理一宽频信号，以产生一第一模拟时域信号。

步骤704：处理该宽频信号，以产生一第二模拟时域信号。

步骤706：转换该第一模拟时域信号为一第一数字时域信号。

步骤708：转换该第二模拟时域信号为一第二数字时域信号。

步骤710：转换该第一数字时域信号为一第一频域信号。

步骤712：转换该第二数字时域信号为一第二频域信号。

步骤714：根据该第一频域信号及该第二频域信号，产生一时域补偿响应。

步骤716：结束。

前述信号补偿装置50的运行方式可归纳为一流程80，用于传送端tx或接收端rx中，如图8所示。流程80包含有以下步骤：

步骤800：开始。

步骤802：处理一输入信号，以产生一第一模拟信号。

步骤804：处理该输入信号，以产生一第二模拟信号。

步骤806：转换该第一模拟信号为一第一数字信号。

步骤808：转换该第二模拟信号为一第二数字信号。

步骤810：根据一补偿响应，补偿该第一数字信号，以产生一补偿信号。

步骤812：结束。

流程70及80是分别用来举例说明信号补偿装置20及50的运行方式，详细说明及变化可参考前述，于此不赘述。

需注意的是，信号补偿装置20、40及50(及其中的第一滤波器电路200及500、第二滤波器电路210及510、第一转换电路202及502、第二转换电路212及512、第三转换电路204、第四转换电路214、处理电路206、信号产生电路400及补偿电路504)以及处理装置30(及其中的计算电路300及第五转换电路302)的实现方式可有很多种。举例来说，可将上述装置(电路)整合为一或多个装置(电路)。此外，信号补偿装置20、40及50以及处理装置30可以硬件(例如电路)、软件、固件(为硬件装置与电脑指令与数据的结合，且电脑指令与数据属于硬件装置上的只读软件)、电子系统、或上述装置的组合来实现，不限于此。

综上所述，本发明提供了一种执行信号补偿的装置及方法，信号补偿装置使用宽频信号来获得补偿响应，以及根据补偿响应补偿在i相位信号路径或q相位信号路径上的信号，使得在多个频率点上的iq不平衡被消除。相较于现有技术，本发明具有较佳的效能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。