补偿装置、补偿模块、补偿参数计算模块及其接收器

摘要

一种补偿装置、补偿模块、补偿参数计算模块及其接收器，该接收器包含一接收一射频信号，并将其降频转换为一组数字低中频信号的模拟降频转换单元、一接收该组数字低中频信号，并将其降频转换为一第一基频信号与一第二基频信号的数字降频转换单元，及一包括一时域-频域转换模块、一补偿参数计算模块、一补偿模块的补偿单元。该补偿单元接收该第一、第二基频信号，并据此计算出一补偿参数，并根据该第一、第二基频信号与该补偿参数补偿一同相-正交相不匹配效应，以输出一目标信号。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低中频接收器、补偿装置、补偿模块与一补偿参数计 算模块，特别是一种补偿同相/正交相不匹配的补偿装置、补偿模块、补偿 参数计算模块与接收器。

背景技术

同相/正交相不匹配(I/Q mismatch)包含增益不匹配(Gain Mismatch) 以及相位不平衡(phase imbalance)两种特性，联合参阅图1及图2，图1 示出一公知低中频(Low intermediate frequency；Low IF)接收器所接受 的包含有一目标信号91及一干扰信号92的射频信号(RF signal)9的波 形图，图1的信号由RF频带降频转换(down conversion)后即为图2所 示的一组低中频信号90，其中，该组低中频信号包括一频率为f_IF的正频 低中频信号，及一频率为-f_IF的负频低中频信号，而由于同相-正交相不匹 配的影响，目标信号91在降频转换的过程中，会和干扰信号92混杂在一 起，导致目标信号91受到干扰。

在公知技术中，射频混合器(RF mixer)将该射频信号进行降频之后， 常利用多相滤波器(Polyphase filter)将该负频低中频信号的功率降至与 该正频低中频信号的功率相当，然后再提供给I/Q两路的模拟转数字转换 器(ADC)，如此可以减少后续进行模拟-数字转换时所需要的位(bit)数。

而为了解决上述因同相-正交相不匹配效应，导致目标信号91受到干 扰的问题，Ediz Cetin等人于2004年在International Conference on Communications(ICC)发表“Adaptive self-calibrating image rej ection receiver”的文献中，提出一先前技术来补偿该同相-正交相不匹配效应， 然而，此一先前技术是利用一数字镜像抑制处理器(Digital image rejection processor，DIRP)补偿该同相-正交相不匹配效应，所以，该射频信号被 降频后所产生的正频低中频信号及负频低中频信号必须具有对称特性，换 言之，此一架构仅适用于具有低通滤波器(Low-pass filter，LPF)的接收 器，而无法适用于使用多相滤波器架构的接收器。

而Imtinan Elahi等人于2006年在IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)所发表“IQ mismatch compensation using adaptive decorrelation in a low-IF receiver in 90-nm CMOS process”的文献中提出另一先前技术，通 过一个多个乘法器，完成补偿该同相-正交相不匹配效应的目的，然而与 Ediz Cetin等人提出的先前技术相同，正频低中频信号及负频低中频信号 须保有对称特性，因此亦无法应用于包含多相滤波器架构的接收器中。

美国第6892060号专利提出了一种可以应用于多相滤波器架构上的 同相-正交相不匹配效应的补偿技术，然而，此种做法是以模拟方式在降 频之后就对同相-正交相不匹配效应进行补偿，因此需要使用一模拟乘法 器，然而该模拟乘法器的精确度相对于一数字乘法器而言效能较差，且其 可控制性也不如使用数字乘法器方便，所以将会导致该低中频接收器的设 计成本增加。

因此，上述先前技术皆仍有相当程度的改善空间。

发明内容

因此，本发明的目的，即在提供一种具有补偿相位不匹配的低中频接 收器，适用于接收一射频信号，其包含：

一模拟降频转换单元，接收该射频信号，并将其降频为一组模拟低中 频信号，再转换该组模拟低中频信号为一组数字低中频信号；

一数字降频转换单元，接收该组数字低中频信号，并将其降频为一组 数字低频信号，再分别转换该组数字低频信号为一第一基频信号与一第二 基频信号；

及

一补偿单元，包括：

一时域-频域转换模块，接收该第一、第二基频信号，并分别将其转 换为一第一频域基频信号与一第二频域基频信号；

一补偿参数计算模块，接收该第一、第二频域基频信号，以计算出一 补偿参数；及

一补偿模块，接收该第一、第二基频信号，以计算该第二基频信号与 该补偿参数的乘积，并根据该第一基频信号与该乘积之差，以输出一目标 信号。

此外，本发明之另一目的，即在提供一种低中频接收器的补偿装置， 适用于一射频信号经降频转换为一第一基频信号与一第二基频信号后，接 收该等第一、第二基频信号，其包含：

一时域-频域转换模块，接收该第一、第二基频信号，并分别将其转 换为一第一频域基频信号与一第二频域基频信号；

一补偿参数计算模块，接收该第一、第二频域基频信号，以计算出一 补偿参数；及

一补偿模块，接收该第一、第二基频信号，以计算该第二基频信号与 该补偿参数的乘积，并根据该第一基频信号与该乘积之差，以输出一目标 信号。

此外，本发明的另一目的，即在提供一种补偿模块，适用于一射频信 号经降频转换为一第一基频信号与一第二基频信号后，接收该等第一、第 二基频信号与一预先取得之补偿参数，其包含：

一乘法器，其用以计算出该第二基频信号与该补偿参数的乘积；及

一加减器，其用以计算出该第一基频信号与该乘积之差。

此外，本发明的另一目的，即在提供一种补偿参数计算模块，适用于 一射频信号经降频转换为一第一频域基频信号与一第二频域基频信号后， 接收该等第一、第二频域基频信号，其包含：

一第一乘法器，用以计算该第二频域基频信号与一预设的训练参数 (training parameter)的第一乘积；

一误差处理器，用以计算该第一频域基频信号与该第一乘积的差值， 并判断该差值是否小于一临界值；及

一训练参数产生器，用以根据该差值与延迟一段时间后的训练参数以 计算出一新的训练参数。

附图说明

图1是一包含有一目标信号及一干扰信号的射频信号的波形图；

图2是一包括一正频低中频信号及一负频低中频信号的低中频信号 之波形图；

图3是本发明的一较佳实施例的系统方块图；

图4是该较佳实施例的补偿参数计算模块的示意图；及

图5是该较佳实施例的补偿模块的示意图。

主要组件符号说明

11  模拟降频转换单元    111  模拟射频混合模块

112  模拟滤波模块       1121  滤波器

113  模拟-数字转换模块  1131  模拟-数字转换器

12  数字降频转换单元    121  数字降频混合模块

122  数字滤波模块       1221  滤波器

13  补偿单元            131  时域-频域转换模块

132  补偿参数计算模块   1321  第一乘法器

1322  误差处理器        1323  训练参数产生器

1324  第二乘法器        1325  第三乘法器

1326  加法器            1327  延迟器

1328  共轭计算器        133  补偿模块

1331  第四乘法器        1332  加减器

9  射频信号             91  目标信号

92  干扰信号    90  低中频信号

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图 式的一个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

图3是根据本发明提出的一实施例，其包含模拟降频转换单元11、 数字降频转换单元12，以及补偿单元13。

模拟降频转换单元11包括模拟射频混合模块111、模拟滤波模块112， 及模拟-数字转换模块113。其中，模拟射频混合模块111接收射频信号 RF后，将射频信号RF降频为一组模拟低中频信号，该组模拟低中频信号 包括正频模拟低中频信号A_I1与负频模拟低中频信号A_Q1，模拟滤波模块 112接收该组模拟低中频信号，并将负频模拟低中频信号A_Q1中位于频率 f_IF上的负频功率峰值压低至与频率f_IF上的正频功率相当后，再将该组模 拟低中频信号传送至该模拟-数字转换模块113中，以将该组模拟低中频 信号转换为一组包括一正频数字低中频信号D_I1与一负频数字低中频信号 D_Q1的数字低中频信号。

其中，模拟滤波模块112具有两个滤波器1121，分别接收正频模拟 低中频信号A_I1与负频模拟低中频信号A_Q1，且分别对应输出滤波后的正 频模拟低中频信号A_I2与负频模拟低中频信号A_Q2，且模拟-数字转换模块 113亦具有两个模拟-数字转换器1131，将滤波后的正频模拟低中频信号 A_I2与负频模拟低中频信号A_Q2分别转换为正频数字低中频信号D_I1与负频 数字低中频信号D_Q1。

数字降频转换单元12包括数字降频混合模块121与数字滤波模块 122。其中，数字降频混合模块121接收该组数字低中频信号后，将该组 数字低中频信号降频为一组数字低频信号，并传送至数字滤波模块122， 该组数字低频信号包括正频数字低频信号D_I2与负频数字低频信号D_Q2； 数字滤波模块122将该组数字低频信号转换为一组基频信号，该组基频信 号包括第一基频信号r1与第二基频信号r2。

在本实施例中，数字降频混合模块121分别接收正频数字低中频信号 D_I1与负频数字低中频信号D_Q1，且经降频处理后，分别对应输出正频数字 低频信号D_I2与负频数字低频信号D_Q2，而数字滤波模块122具有两个滤 波器1221，分别接收正频数字低频信号D_I2与负频数字低频信号D_Q2，且 分别对应输出第一基频信号r1与第二基频信号r2。

补偿单元13由时域-频域转换模块131、补偿参数计算模块132与补 偿模块133组成。时域-频域转换模块131接收第一基频信号r1与第二基 频信号r2，并分别将其转换为第一频域基频信号FFT_r1与第二频域基频信 号FFT_r2，然后补偿参数计算模块132根据第一频域基频信号FFT_r1与第二 频域基频信号FFT_r2，计算出补偿参数w，较佳地，时域-频域转换模块131 是一快速傅利叶变换器(Fast Fourier translator；FFT)。较佳地，以单点 FFT变换器实现时域-频域转换模块，以缩小面积，进一步降低成本。

参阅图4，其是补偿参数计算模块132一实施例的示意图，补偿参数 计算模块132具有第一乘法器1321、误差处理器1322，与训练参数产生 器1323。其中，训练参数产生器1323具有第二乘法器1324、第三乘法器 1325、加法器1326、延迟器1327与共轭计算器1328，其中，共轭计算器 1328根据第二频域基频信号FFT_r2以计算出其共轭值(Conjugate)在其它实施例中共轭计算器1328也可选择地设置于时域-频域转换模块 131中，由时域-频域转换模块131提供第一频域基频信号FFT_r1、第二频 域基频信号FFT_r2以及第二频域基频信号FFT_r2的共轭值。

第一乘法器1321用以计算第二频域基频信号FFT_r2与训练参数w(k) 的第一乘积M1，并输出至误差处理器1322，该误差处理器1322计算第 一乘积M1与第一频域基频信号FFT_r1的误差值e(k)，而第二乘法器1324 接收该误差值e(k)，并将误差值e(k)与共轭值相乘得到第二乘积M2， 然后第三乘法器1325将第二乘积M2与常数u1相乘得到第三乘积M3， 加法器1326再将第三乘积M3与上一个训练参数w(k)经过该延迟器1327 延迟之后的结果w(k-1)相加，以得到更新后的训练参数w(k)，然后第一乘 法器1321再计算第二频域基频信号FFT_r2与更新后的训练参数w(k)的更 新后的第一乘积M1，再经由该误差处理器1322计算更新后的第一乘积 M1与第一频域基频信号FFT_r1的更新后的误差值e(k)，当误差处理器1322 判断更新后的误差值e(k)小于一临界值时，其更新后的训练参数w(k)即为 补偿参数w，若是误差处理器1322判断更新后的误差值e(k)大于临界值 时，则重复上述持续更新训练参数w(k)及误差值e(k)。

值得说明的是，补偿参数计算模块132也可以计算机程序方式，根据 最小均方(Least Mean Sequare；LMS)算法或符号对符号(Sign sign)算 法以实现并计算出补偿参数w，上述仅为补偿参数计算模块132的一实施 方式，而不以此为限。

图5是补偿模块133一实施例的示意图，如图5所示，补偿模块133 接收第一基频信号r1、第二基频信号r2与补偿参数w之后，经由下述步 骤计算出目标信号c1：

补偿模块133具有第四乘法器1331与加减器1332，而第四乘法器 1331计算出第二基频信号r2与补偿参数w的乘积后，传送至加减器1332 中，加减器1332计算第一基频信号r1与乘积的差值后，即可得到不受干 扰信号影响的目标信号c1，目标信号c1可如下方程序所示：

c1＝r1-r2·w.....(F.1)

在本实施例中，补偿模块133并非以对称方式设计，因此，本实施例 的模拟滤波模块112中的每一滤波器1121皆保有使用低通滤波器或是多 相滤波器架构的自由，此外，补偿模块133也可以计算机程序方式，根据 方程式(F.1)补偿并计算出该目标信号，上述仅为补偿模块133的一实施方 式，在此不以此为限。较佳者，以一频率介于射频频率f_RF与中频频率f_IF之间的单调(Single tone)脉冲做为前述实施例中的射频信号RF，其中， 该单调脉冲降至中频时，频率落在-f_IF。

综上所述，本发明的低中频接收器可以利用数字方式有效补偿同相- 正交相不匹配效应，所以设计成本相比于先前技术而言可以有效降低，同 时，本发明的补偿模块所接收的第一、第二基频信号不一定需要具有对称 特性，因此，在该模拟滤波模块中的滤波器，是可以利用一多相滤波器实 现之。因此，本发明相比于先前技术而言，不但可以利用数字方式进行补 偿，同时又可以有效降低模拟-数字转换时所需要的位数，所以可以大幅 降低设计成本，故确实能达成本发明的目的。

只是以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发 明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等 效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。