一种多通道并行正交调制解调系统的误差估计方法

本发明属于通信，更为具体地讲，涉及一种多通道并行正交调制解调系统的误差估计方法。

背景技术：

1、近年来，结合雷达、无线通信、武器装备以及测试等相关领域的需求，即对信号的相关指标如瞬时带宽的要求越来越高，且考虑到所涉及的大部分仪器的硬件核心均为射频收发电路，因此高性能宽带射频收发机的研制迫在眉睫。

2、传统的射频收发机主要是以超外差式架构为主。作为最常见的收发机架构，超外差式收发机的特点十分鲜明，其灵敏度、动态范围以及信道选择性较优，且系统中本振泄露和直流偏置带来的干扰通过腔体滤波器、隔直电容等硬件电路容易被抑制，但是由于各类高性能腔体滤波器导致的体积过大以及混频器非线性引入的以镜像干扰为首的各类谐波杂散共同限制了超外差式架构收发机的发展。伴随着软件无线电技术的问世，零中频架构因其集成度高、成本低、功耗小以及结构简单等特点受到了广泛的关注。由于零中频架构特殊的电路构造，镜像干扰从理论上可以被避免，且相较于超外差架构，在不改变数模/模数转换器等相关芯片指标的情况下，瞬时带宽指标可以提升一倍。但是，收发机系统的瞬时带宽指标仍受到模数/数模转换器以及正交调制解调器等相关芯片指标的限制。基于信号频谱的特点以及带宽拼接的思想，多通道并行正交调制解调架构被提出以实现对零中频架构收发机瞬时带宽指标的扩展，其结构框图如图1所示。

3、针对多通道并行正交调制解调架构而言，尽管相较于传统收发机架构瞬时带宽指标得到了升级，但由于采用了正交调制解调电路，其性能与正交不平衡的程度密切相关，且相较于零中频式架构，多通道并行正交调制解调架构的正交不平衡的估计与校正更为困难和复杂。目前，对于单通道正交调制解调架构，即零中频式收发机，正交不平衡的校正主要分为辅助校正和盲校正两类。辅助校正方法由硬件电路辅助和数据辅助两部分组成。对于发射部分而言，通过检波器或特定的接收链路并结合具备某种特性的发射信号，正交不平衡因子被估计和校正。与发射相类似，接收部分的正交不平衡因子的校正是基于信号激励设备以及特定的激励信号实现的。相比于辅助校正方法，大多数盲校正方法首先对信号特性进行分析以构造特定的代价函数，然后利用不同的算法对代价函数求极值并更新相应的数字滤波器参数，从而实现对正交不平衡的实时校正。尽管盲校正方法不涉及导引序列和冗余硬件电路等辅助部分，但由于迭代运算的存在，其复杂度较高，且通用性受所涉及的信号特性的严重干扰。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多通道并行正交调制解调系统的误差估计方法，对多通道并行正交调制解调系统中多组正交不平衡因子进行联合估计，以提升宽带射频收发机的性能。

2、为实现上述发明目的，本发明一种多通道并行正交调制解调系统的误差估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、(1)、设置正交调制和正交解调中各个通道的本振频率，其中，正交调制通道的本振频率为ftx_lo_1,ftx_lo_2,…,ftx_lo_i,,ftx_lo_n，正交解调通道的本振频率为frx_lo_1,frx_lo_2,…,frx_lo_k,…,frx_lo_n，i,k＝1,2,…,n，n表示通道序号；

4、(2)、设置三组激励信号(0,0)、(0,m)以及(m,0)，m为常数；

5、(3)、在每组激励信号作用下，计算解调信号中所携带的幅相信息；

6、(3.1)、在激励信号(0,0)作用下，计算解调信号中所携带的幅相信息；

7、(3.1.1)、令调制通道i的dac的输出信号为(itx_i(t),qtx_i(t))＝(0,0)，itx_i(t),qtx_i(t)表示dac在t时刻的i、q两路输出信号；

8、(3.1.2)、将dac的输出信号经过调制通道i的调制后，得到调制信号ytx_i(t)；

9、

10、其中，gtx_i和是调制通道i中的幅度不平衡因子和相位不平衡因子，ditx_i和dqtx_i代表调制通道i中的直流偏置；

11、(3.1.3)、利用开关矩阵电路将调制信号并行输入至解调通道1～n，每个解调通道对输入的调制信号进行解调，得到解调信号，其中，解调通道k得到的解调信号zrx_ki(t)表示为：

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13、

14、

15、其中，kki、hki为中间变量；j表示虚部；θtx_i、θrx_k为角频率，θtx_i＝2×πftx_lo_it，θrx_k＝2×πfrx_lo_kt；和γki代表调制通道i到解调通道k过程中开关矩阵电路引入的幅度和相位影响，grx_k和是解调通道k中的幅度不平衡因子和相位不平衡因子，dirx_k和dqrx_k代表解调通道k的直流偏置；

16、(3.1.4)、将每个解调通道的解调信号通过adc后，输入至fpga进行快速傅里叶变换；

17、(3.1.5)、在快速傅里叶变换后的频谱中找到ftx_lo_i-frx_lo_k和frx_lo_k-ftx_lo_i处的幅相信息aki和lki；

18、(3.1.6)、遍历每个调制通道，并按照步骤(3.1.1)-(3.1.5)进行处理，得到激励信号(0,0)作用下所有的幅相信息，记作矩阵a和矩阵l；

19、

20、(3.2)、同理，按照步骤(3.1)计算激励信号(m,0)作用下，解调信号中所携带的幅相信息，得到矩阵t和矩阵p；

21、

22、按照步骤(3.1)计算激励信号(0,m)作用下，解调信号中所携带的频率ftx_lo_i-frx_lo_k处幅相信息rki，经通道遍历后所有的幅相信息值记作矩阵r；

23、

24、(4)、设置矩阵a、r和t的关系为：

25、(t-a)u＝r-a

26、其中，u为对角矩阵，且满足：

27、

28、(5)、估算每个调制通道中的幅度不平衡因子gtx_i和相位不平衡因子

29、

30、

31、其中，abs{·}和ang{·}分别代表求模值和求相角运算单元；

32、(6)、估算每个解调通道中的幅度不平衡因子grx_k和相位不平衡因子(6.1)、令变量为：

33、

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35、

36、

37、(6.2)、估算解调通道k的幅度不平衡因子grx_k和相位不平衡因子

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40、本发明的发明目的是这样实现的：

41、本发明一种多通道并行正交调制解调系统的误差估计方法，首先，利用开关矩阵电路使n条调制通道与n条解调通道依次形成闭环，然后，结合三组特定的激励信号，通过fpga对每次解调后的数字信号进行快速傅里叶变换并获取特定频率点上的幅相信息，最终经运算处理后得到每条调制及解调通道幅度不平衡因子和相位不平衡因子的估计值。

42、同时，本发明一种多通道并行正交调制解调系统的误差估计方法还具有以下有益效果：

43、(1)、不同于已有的零中频架构iq不平衡因子的估计方法，即单通道调制或单通道解调的误差估计，本发明利用三组特定的激励信号实现了多组调制解调幅度不平衡和相位不平衡因子的联合估计。

44、(2)、本发明无需任何外部仪器进行辅助的条件下，实现多组幅度不平衡和相位不平衡因子的联合估计。

45、(3)、本发明所提出的误差估计方法不涉及迭代等复杂运算，因而其复杂度较低。