CN106817336B - 一种基于恒包络信号的iq数据校准方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于恒包络信号的IQ数据校准方法及其装置，IQ数据校准方法用于在通讯设备上运行,IQ数据校准方法包括：进行直流偏移校准，并获得直流估计值；接收至少n对原始IQ数据，根据目标函数计算IQ补偿参数(a，b，c)，根据所述直流估计值和所述IQ补偿参数进行校准，校准IQ数据(x_c，y_c)。以及运行该IQ数据校准方法的IQ数据校准装置。采用本案的IQ校准方法和IQ校准装置只需要少量的数据便能够进行校准，其校准速度快，通过判断在强干扰或强噪声的情况下是否导致IQ补偿参数提取失败，有利于提高本校准方法和校准装置的数据校准可靠性。

Description

一种基于恒包络信号的IQ数据校准方法及其装置

技术领域

本发明涉及数字通信领域，尤其涉及一种基于恒包络信号的IQ数据校准方法及IQ数据校准装置。

背景技术

现有通信架构中，中频电路基本上都会有IQ两路，由于IQ两路存在偏差，这会导致很多问题如镜像抑制下降，信号质量下降等，尤其在先进制程中IQ-mismatch变的更明显。现有校准方案一般是先提取校准参数，然后根据校准参数进行补偿或对电路进行校准。对于校准参数提取主要有以下几种方法：

一、出厂校准：在出厂后通过发射正弦波到接收机输入端，接收机根据数据和算法实现参数提取，这种方法的缺点是增加了出厂成本和时间成本。

二、芯片内部校准：在芯片内部产生一个正弦波到接收机某个射频节点，接收机根据数据和算法实现参数提取。这种方法的缺点是一方面增加了芯片成本，另一方面芯片内的正弦波的镜像信号可能低于规格这导致了校准之后的性能仍然无法满足要求

三、基于低中频数据的校准方法是：采集低中频数据，根据IQ两路模值平方差来预计幅度偏差，根据IQ两路乘积来预计相位差，然后不断迭代。这种方法的缺点是只适用于低中频电路且中频频率与信号频率相比要大不少，另外迭代过程会导致较长的校准时间。

四、基于接收到的数据包校准方法：先采集大量数据，根据大数据情况下IQ两路能量相等且不相关等特性来对提取参数。这种方法的缺点是收集大量的数据导致很长的校准时间。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种校准速度快且可靠性高的IQ数据校准方法。

本发明的第二目的是提供一种校准速度快且可靠性高的IQ数据校准装置。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种基于恒包络信号的IQ数据校准方法，所述IQ数据校准方法用于在通讯设备上运行,其特征在于，包括：

进行直流偏移校准，并获得直流估计值(x₀，y₀)；

接收至少n对原始IQ数据(x_i，y_i)，其中，n≥5；

根据目标函数计算IQ补偿参数(a，b，c)，所述目标函数为：

其中，x_i0＝x_i-x₀，y_i0＝y_i-y₀；

根据所述直流估计值和所述IQ补偿参数进行校准，校准IQ数据(x_c，y_c)为:其中，k为预设归一化参数。

更进一步的方案是，在进行校准之前，IQ数据校准方法还包括判断IQ补偿参数是否满足判断公式；

判断公式为

其中，σ为预设门限值；

如IQ补偿参数满足判断公式，则IQ补偿参数提取成功。

更进一步的方案是，如IQ补偿参数不满足判断公式，则IQ补偿参数提取不成功，并不对接收到的原始IQ数据进行IQ校准。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种基于恒包络信号的IQ数据校准装置，包括用于存储程序的存储器和用于运行程序的处理器，其特征在于：

处理器还用于实现：

进行直流偏移校准，并获得直流估计值(x₀，y₀)；

接收至少n对原始IQ数据(x_i，y_i)，其中，n≥5；

根据目标函数计算IQ补偿参数(a，b，c)，目标函数为：

其中，x_i0＝x_i-x₀，y_i0＝y_i-y₀；

根据直流估计值和IQ补偿参数进行校准，校准IQ数据(x_c，y_c)为:其中，k为预设归一化参数。

更进一步的方案是，处理器还用于实现：

判断IQ补偿参数是否满足判断公式；

判断公式为

其中，σ为预设门限值；。

如IQ补偿参数满足判断公式，则IQ补偿参数提取成功。

更进一步的方案是，处理器还用于实现：如IQ补偿参数不满足判断公式，则IQ补偿参数提取不成功，并不对接收到的原始IQ数据进行IQ校准。

本发明的有益效果是，首先先对设备进行直流偏移校准并获取直流估计值，随后只需要接收至少5对数据便可进行IQ补偿参数的计算，通过目标函数采用均方误差MeanSquare Error(MSE)原理，能够计算得出最佳的IQ补偿参数a、b、c，最后根据直流估计值和IQ补偿参数进行数据进行IQ校准，采用本案的IQ校准方法和IQ校准装置只需要少量的数据便能够进行校准，其校准速度快，通过判断公式判断IQ补偿参数提取是否成功，即判断在强干扰或强噪声的情况下是否导致IQ补偿参数提取失败，如果失败则不进行校准，待下次接收数据时再进行校准，如成功则根据IQ补偿参数进行校准，其有利于提高本校准方法和校准装置的数据校准可靠性。

附图说明

图1是在理想状态下的IQ数据的星座示意图。

图2是在IQ失衡状态下的IQ数据的星座示意图。

图3是在IQ失衡状态下和直流偏置状态下的IQ数据的星座示意图。

图4是本发明IQ数据校准方法实施例的流程图。

图5是在理想状态下理想的输出信号的分布图。

图6是在理想状态下非理想的输出信号的分布图。

图7是在IQ失衡状态下非理想的输出信号的分布图。

图8是原始信号和经校准后的输出信号的分布图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参照图1，图1是在理想状态下的IQ数据的星座示意图，数字信号传输方式一般采用恒包络调制后通过IQ两路数据进行传输，对于理想的IQ两路数据可以由以下公式1表达：

其中，x为I路数据，y为Q路数据，a是常数，其与设备系统相关。

参照图2，图2是在IQ失衡状态下的IQ数据的星座示意图，当存在IQ失衡(IQ-mismatch)时，IQ两路数据可以由以下公式2表达：

其中，a、b、c均为参数，

上述公式2经过变化可以写为公式3，

而IQ数据经过校准后的数据(x_c，y_c)应满足公式4，

上述公式3和公式4要求恒成立，因此可以得出公式5，

其中，k＝e^-0.5

k是归一化参数，其目的是使得校准后的数据(x_c，y_c)和原始数据(x,y)的能量相等，即校准前后总能量保持一致。

参照图3，图3是在IQ失衡状态下和直流偏置状态下的IQ数据的星座示意图。当同时存在IQ失衡和直流偏置时，则IQ两路数据可以由以下公式6表达：

其中，x₀和y₀为直流估计值。

结合公式5和公式6，便可得出校准后的IQ两路数据由以下公式7表达：

k是归一化参数，要解得上述参数(a，b，c)则至少需要5对数据，然而更简便的方法是开始通信前对x₀和y₀进行估计，这样在接收信号时只要对IQ失衡进行估计。

参照图4，图4是本发明IQ数据校准方法实施例的流程图。为了能够对IQ补偿参数a、b、c准确的计算并进行准确的数据校准，首先执行步骤S1，在设备通信前进行直流偏移DC校准，并获取直流估计值x₀和y₀，随后执行步骤S2，接收数据包并接收至少n对原始IQ数据(x_i，y_i)，其中，n≥5。

然后执行步骤S3，根据目标函数计算IQ补偿参数(a，b，c)，目标函数为(公式8)，

其中，x_i0＝x_i-x₀，y_i0＝y_i-y₀；

根据目标函数可以推出，

矩阵AB又可以表达成

其中，0≤j，k≤2，

目标函数的原理为均方误差Mean Square Error(MSE)，在没有IQ-Mismatch情况，通过大量样本数据统计，目标函数输出是近似于0。但是在IQ-Mismatch的情况下，通过大量样本数据统计，目标函数输出不为0，此时需要最佳的a,b,c参数纠正IQ-Mismatch，在大量样本数据统计下，使目标函数输出最大限度近似于0，故通过上述公式便可计算得出IQ补偿参数a、b、c。

然后执行步骤S4，判断IQ补偿参数a、b、c是否满足如下的判断公式公式9，

其中，σ是门限值，

通过计算噪声、干扰与信号之间的比值，因为数据在强干扰或强噪声的情况下，可能导致IQ补偿参数提取失败，也可能会导致校准失败，故可判断当前环境是否适合该本案的校准方法，通过判断环境能够更加校准的稳定性。如果IQ补偿参数a、b、c满足判断公式，则IQ补偿参数a、b、c提取成功。

IQ补偿参数a、b、c提取成功后便执行S5，根据直流估计值和IQ补偿参数a、b、c进行校准，具体通过如下公式10，

其中，校准IQ数据(x_c，y_c)。

如果IQ补偿参数a、b、c不满足判断公式，则执行步骤S6，则IQ补偿参数a、b、c提取不成功，不对接收到的所述原始IQ数据进行IQ校准。

在此，对k和的关系进行描述，说明如何从求得的a,b,c推出最终需要的∈和δ。

首先，假设

其中，e1和e2是的特征值,v1和v2是的单位(列)特征向量。

通过e1，e2，v1，v2可求得

取

具体地，可参照图5，假如发射机发射数据如图5所示地，理想的数据分布在圆上，由于噪声非线性等非理想因素，使得数据信号会偏离圆，如图6所示地，分布在圆的周围，当处于IQ失衡状态下，如图7所示地，数据信号分布在一个椭圆的周围上。参照图8，星形点是原始信号，圆形点是原始信号经过IQ失衡后并被校准后的信号，其中一个圆是理想原始信号的轨迹，另外一个近似于圆的椭圆轨迹经历了IQ失衡并被校准后的图形，从图中可以看出即使信噪比很差，IQ失衡仍然可以被抑制到较低的水平。

由上可见，首先先对设备进行直流偏移校准并获取直流估计值，随后只需要接收至少5对数据便可进行IQ补偿参数的计算，通过目标函数采用均方误差Mean Square Error(MSE)原理，能够计算得出最佳的IQ补偿参数a、b、c，最后根据直流估计值和IQ补偿参数进行数据进行IQ校准，采用本案的IQ校准方法和IQ校准装置只需要少量的数据便能够进行校准，其校准速度快，通过判断公式判断IQ补偿参数提取是否成功，即判断在强干扰或强噪声的情况下是否导致IQ补偿参数提取失败，如果失败则不进行校准，待下次接收数据时再进行校准，如成功则根据IQ补偿参数进行校准，其有利于提高本校准方法和校准装置的数据校准可靠性。

Claims (2)

1.一种基于恒包络信号的IQ数据校准方法，所述IQ数据校准方法用于在通讯设备上运行,其特征在于，所述IQ数据校准方法包括：

进行直流偏移校准，并获得直流估计值(x₀，y₀)；

接收至少n对原始IQ数据(x_i，y_i)，其中，n≥5；

根据目标函数计算IQ补偿参数(a，b，c)，所述目标函数为：

其中，x_i0＝x_i-x₀，y_i0＝y_i-y₀；

根据所述直流估计值和所述IQ补偿参数进行校准，校准IQ数据(x_c，y_c)为:其中，k为预设归一化参数；

在进行校准之前，所述IQ数据校准方法还包括判断所述IQ补偿参数是否满足判断公式；

所述判断公式为

其中，σ为预设门限值；

如所述IQ补偿参数满足判断公式，则所述IQ补偿参数提取成功；

如所述IQ补偿参数不满足判断公式，则所述IQ补偿参数提取不成功，并不对接收到的所述原始IQ数据进行IQ校准。

2.一种基于恒包络信号的IQ数据校准装置，包括用于存储程序的存储器和用于运行所述程序的处理器，其特征在于：

所述处理器还用于实现：

进行直流偏移校准，并获得直流估计值(x₀，y₀)；

接收至少n对原始IQ数据(x_i，y_i)，其中，n≥5；

根据目标函数计算IQ补偿参数(a，b，c)，所述目标函数为：

其中，x_i0＝x_i-x₀，y_i0＝y_i-y₀；

根据所述直流估计值和所述IQ补偿参数进行校准，校准IQ数据(x_c，y_c)为:其中，k为预设归一化参数；

所述处理器还用于实现：

判断所述IQ补偿参数是否满足判断公式；

所述判断公式为

其中，σ为预设门限值；

如所述IQ补偿参数满足判断公式，则所述IQ补偿参数提取成功；

所述处理器还用于实现：

如所述IQ补偿参数不满足判断公式，则所述IQ补偿参数提取不成功，并不对接收到的所述原始IQ数据进行IQ校准。