一种iq不平衡补偿装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种IQ不平衡补偿装置和方法。
【背景技术】
[0002]采用直接变频(Direct Convert1n)技术的射频接收机，将射频信号直接降频转换为基带模拟信号并分离成同相信号I和正交信号Q，再将此两路模拟信号经放大器放大后通过模数转换器(ADC)转换为数字IQ信号进行后续处理。此降频过程是由接收机集成的本地振荡器(LO)产生增益相同且相位完全正交的正弦和余弦波达成。但是由于生产工艺偏差和电路设计参数的不匹配会导致用于降频转换的正弦波和余弦波相互之间产生增益误差以及相位误差，另外IQ各自通路上的放大器和ADC之间也存在增益误差和相位误差，这些误差将会导致转换后的I路数字信号和Q路数字信号之间的增益不完全相等，相位不完全正交，即IQ不平衡。IQ不平衡会对接收机的性能产生严重影响，可以看到IQ不平衡包括增益误差和相位误差，一般增益误差为I?5%，相位误差为I?5°左右，而且随芯片个体不尽相同。当此误差存在且比较大时，会严重恶化接收机的镜像抑制，解调EVM等性能指标，因此恶化接收机性能，同时降低芯片量产良率。因此需要对接收机的IQ不平衡进行补偿或校准。
[0003]现有技术中大多在基带数字处理芯片中采用数据辅助等相关算法对射频接收机所固有的IQ不平衡进行补偿，但是由于需要大量样本数据，且需要多次运算迭代，这种方法存在处理时间长，运算量大，实现复杂等缺点，而且会占用大量基带芯片硬件或软件资源。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能减少处理时间和运算量，且不影响正常接收解调的一种IQ不平衡补偿装置和方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是:
一种IQ不平衡补偿装置，包括增益相位补偿模块、补偿分量产生模块、第一负反馈环路开关和第二负反馈环路开关，所述补偿分量产生模块的第一输入端接入I路信号，所述增益相位补偿模块的输出端输出Q路补偿信号至补偿分量产生模块的第二输入端，所述增益相位补偿模块的第一输入端接入I路信号，所述增益相位补偿模块的第二输入端接入Q路信号，所述补偿分量产生模块的第一输出端输出的增益补偿分量通过第一负反馈环路开关输出至增益补偿模块的第三输入端，所述补偿分量产生模块的第二输出端输出的相位补偿分量通过第二负反馈环路开关输出至增益补偿模块的第四输入端。
[0006]作为所述的一种IQ不平衡补偿装置的进一步改进，还包括有补偿分量存储模块，所述增益相位补偿模块与补充分量存储模块连接。
[0007]作为所述的一种IQ不平衡补偿装置的进一步改进，所述增益相位补偿模块包括第一乘法运算模块、第二乘法运算模块、第一加法运算模块和第二加法运算模块，所述第一乘法运算模块的第一输入端接入I路信号，所述第一乘法运算模块的第二输入端接入相位补偿分量，所述第一乘法运算模块的输出端连接至第一加法运算模块的第一输入端，所述第一加法运算模块的第二输入端接入Q路信号，所述第一加法运算模块的输出端分别与第二乘法运算模块的第一输入端和第二加法运算模块的第一输入端连接，所述第二乘法运算模块的第二输入端接入增益补偿分量，所述第二乘法运算模块的输出端连接至第二加法运算模块的第二输入端，所述第二加法运算模块的输出端输出Q路补偿信号至补偿分量产生模块的第二输入端。
[0008]作为所述的一种IQ不平衡补偿装置的进一步改进，所述补偿分量产生模块包括第一平方运算单元、第二平方运算单元、减法运算单元、乘法运算单元、增益补偿环路低通滤波器、相位补偿环路低通滤波器、第一积分运算单元、第二积分运算单元、第一取反单元和第二取反单元，所述第一平方运算单元的输入端接入I路信号，所述第一平方运算单元的输出端连接至减法运算单元的第一输入端，所述第二平方运算单元的输入端接入Q路补偿信号，所述第二平方运算单元的输出端连接至减法运算单元的第二输入端，所述减法运算单元的输出端依次通过增益补偿环路低通滤波器和第一积分运算单元进而连接至第一取反单元的输入端，所述第一取反单元的输出端输出的增益补偿分量通过第一负反馈环路开关输出至增益补偿模块的第三输入端，所述乘法运算单元的第一输入端接入I路信号，所述乘法运算单元的第二输入端接入Q路补偿信号，所述乘法运算单元的输出端依次通过相位补偿环路低通滤波器和第二积分运算单元进而连接至第二取反单元的输入端，所述第一取反单元的输出端输出的相位补偿分量通过第二负反馈环路开关输出至增益补偿模块的第四输入端。
[0009]本发明所采用的另一技术方案是:
一种IQ不平衡补偿方法，包括以下步骤:
A、将增益相位补偿模块和补偿分量产生模块共同形成闭环负反馈环路，所述补偿分量产生模块根据I路信号和增益相位补偿模块输出的Q路补偿信号计算生成增益补偿分量和相位补偿分量并将其反馈至增益相位补偿模块，所述增益相位补偿模块根据I路信号、Q路信号、增益补偿分量和相位补偿分量计算生成Q路补偿信号并将其输出至补偿分量产生模块，所述闭环负反馈环路持续工作直至环路稳定，即增益补偿分量和相位补偿分量均分别趋于常量；
B、所述闭环负反馈环路稳定后，将此时的增益补偿分量和相位补偿分量存储至补偿分量存储模块；
C、将所述闭环负反馈环路断开。
[0010]作为所述的一种IQ不平衡补偿方法的进一步改进，还包括:每次进入接收时，增益相位补偿模块载入补偿分量存储模块中存储的增益补偿分量和相位补偿分量，进行Q路信号的补偿。
[0011]作为所述的一种IQ不平衡补偿方法的进一步改进，所述步骤A中的所述补偿分量产生模块根据I路信号和增益相位补偿模块输出的Q路补偿信号计算生成增益补偿分量，其具体包括:
All、将I路信号和Q路补偿信号分别进行平方运算，得到I路信号的平方运算结果和Q路补偿信号的平方运算结果； A12、将I路信号的平方运算结果和Q路补偿信号的平方运算结果进行减法运算后得出的减法运算结果依次进行低通滤波、积分运算和取反运算，最后得出增益补偿分量。
[0012]作为所述的一种IQ不平衡补偿方法的进一步改进，所述步骤A中的所述补偿分量产生模块根据I路信号和增益相位补偿模块输出的Q路补偿信号计算生成相位补偿分量，其具体为:
将I路信号和Q路补偿信号进行乘法运算后得出的乘法运算结果依次进行低通滤波、积分运算和取反运算，最后得出相位补偿分量。
[0013]作为所述的一种IQ不平衡补偿方法的进一步改进，所述步骤A中的所述增益相位补偿模块根据I路信号、Q路信号、增益补偿分量和相位补偿分量计算生成Q路补偿信号，其具体计算公式为:
Q，=(φ*?+ Q)*(l+a )；
其中，Q’表不Q路补偿信号，I表不I路信号，Q表不Q路信号，Φ表不相位补偿分量，a表示增益补偿分量。
[0014]本发明的有益效果是:
本发明一种IQ不平衡补偿装置和方法通过在数字IQ信号进入基带数字处理芯片之前已经在射频接收机将IQ之间的增益误差和相位误差补偿掉，能有效节省了基带的硬件、软件资源和处理时间。而且本发明通过补偿分量存储模块可在接收机非正常接收的时候，获得引起IQ不平衡的增益相位补偿分量并存储下来，并在正常接收时自动载入增益相位补偿分量对IQ之间的增益相位误差加以补偿，从而达到在补偿的同时不影响正常接收和解调的效果。
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
图1是本发明一种IQ不平衡补偿装置的原理方框图；
图2是本发明一种IQ不平衡补偿装置中增益相位补偿模块的原理方框图；
图3是本发明一种IQ不平衡补偿装置中补偿分量产生模块的原理方框图；
图4是本发明一种IQ不平衡补偿方法的步骤流程图；
图5是本发明一种IQ不平衡补偿装置的应用实例图；
图6是本发明一种IQ不平衡补偿装置和方法中闭环反馈环路的动态稳定过程图。
【具体实施方式】
[0016]参考图1，本发明一种IQ不平衡补偿装置，包括增益相位补偿模块、补偿分量产生模块、第一负反馈环路开关Kl和第二负反馈环路开关K2，所述补偿分量产生模块的第一输入端接入I路信号，所述增益相位补偿模块的输出端输出Q路补偿信号至补偿分量产生模块的第二输入端，所述增益相位补偿模块的第一输入端接入I路信号，所述增益相位补偿模块的第二输入端接入Q路信号，所述补偿分量产生模块的第一输出端输出的增益补偿分量通过第一负反馈环路开关Kl输出至增益补偿模块的第三输入端，所述补偿分量产生模块的第二输出端输出的相位补偿分量通过第二负反馈环路开关K2输出至增益补偿模块的第四输入端。
[0017]作为所述的一种IQ不平衡补偿装置的进一步改进，还包括有补偿分量存储模块，所述增益相位补偿模块与补充分量存储模块连接。
[0018]其中，所述增益相位补偿模块的作用有两个，一是与补偿分量产生模块共同形成一个闭环负反馈环路，用以获得增益相位补偿分量，其工作过程是一个动态并逐渐趋于稳定的过程；二是将补偿分量存储模块中存储的增益补偿分量和相位补偿分量连同I路信号作用于Q路信号，使得Q路信号的增益相位得到直接补偿，从而和I路信号达到