專利名稱：相移鍵控接收機(jī)中振幅和相位不平衡的校正的制作方法
背景技術(shù)：
由于脈沖速率(pulse rate)fp是fp＝fslogLM (公式1)其中fs是碼元速率，M是消息的數(shù)目；L表示調(diào)制級(jí)的數(shù)目，L越大，脈沖重復(fù)頻率越小，因此帶寬越小。
在電信應(yīng)用中，QPSK將兩個(gè)不同的信號(hào)調(diào)制到產(chǎn)生兩維信號(hào)空間的同一帶寬上。這通過使用

圖1A中所示的頻率相同但是具有90度相位差的兩個(gè)載波產(chǎn)生一個(gè)復(fù)合相位調(diào)制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)慣例，余弦載波被稱為同相分量I，正弦載波是正交分量Q。I分量是信號(hào)的實(shí)部，Q分量是信號(hào)的虛部。每一個(gè)I和Q分量是雙相調(diào)制的。QPSK碼元由來自同相I和正交Q信號(hào)的至少一個(gè)采樣組成。該碼元可以表示模擬采樣或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的量化形式。
所有的相位調(diào)制方案都必須克服不可避免的相位同步的問題。對于QPSK信號(hào)傳輸?shù)恼_操作，I和Q信道在全部兩個(gè)接收信道的處理過程中應(yīng)該具有相同的增益，保持I和Q信道的不相關(guān)。在不相關(guān)的I和Q信道之間的失配信號(hào)增益或振幅在處理時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤。信號(hào)之間的除了90度之外的相位差在信道之間產(chǎn)生溢出并且同樣地導(dǎo)致性能降低。
對于分離的I和Q信道，典型的接收機(jī)由于在混頻器、濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器中的不匹配的增益，顯示出不同的總增益，其中不匹配增益是由部分地由于溫度、制造公差和其他因素產(chǎn)生的部件值之間的變化所引起的。I和Q信道之間的振幅和相位不平衡導(dǎo)致圖1B和1C中所示的失真，降低了總的信噪比(SNR)。
用來避免振幅和相位不平衡的現(xiàn)有技術(shù)方法依賴于以有效溫度補(bǔ)償控制每個(gè)增益級(jí)的非常精密的電路。這些昂貴的設(shè)計(jì)需要以極低的溫度系數(shù)和以用于在制造期間匹配的I和Q信道定制的混頻器來制造的部件。
因此，需要這樣一種系統(tǒng)，就是在接收時(shí)平衡QPSK信號(hào)的振幅和相位以增加信號(hào)的完整性，并由此減少位誤碼率(BER)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種對接收到的QPSK信號(hào)的振幅進(jìn)行平衡的系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種對接收到的QPSK信號(hào)的相位進(jìn)行平衡的系統(tǒng)。
該系統(tǒng)和方法的其他目的和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀了最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述后將變得明顯。
圖1B是振幅不平衡的QPSK碼元的圖。
圖1C是相位不平衡的QPSK碼元的圖。
圖2是依據(jù)本發(fā)明的振幅平衡系統(tǒng)的方框圖。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的相位平衡系統(tǒng)的方框圖。
圖4是顯示相位校正的向量表示。
圖5是依據(jù)本發(fā)明的組合的振幅和相位平衡系統(tǒng)的方框圖。
最佳實(shí)施例的描述將參照附圖描述最佳實(shí)施例，其中相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的單元。
顯示本發(fā)明的振幅平衡系統(tǒng)17的一個(gè)實(shí)施例在圖2中顯示，其中兩個(gè)雙相調(diào)制信號(hào)19是輸入21I、21Q。量化是測量在每一個(gè)采樣中的信號(hào)的強(qiáng)度并且將一個(gè)數(shù)字編號(hào)(digital number)分配給所測量的值的過程。采樣電路每一次采樣信號(hào)時(shí)，它在時(shí)間上的該離散時(shí)刻測量變化的模擬信號(hào)的強(qiáng)度。輸入23I、23Q數(shù)據(jù)流表示組合成每一個(gè)都具有多個(gè)位的有限字的數(shù)據(jù)的離散采樣。定義每一個(gè)字的位數(shù)確定每一個(gè)采樣或符號(hào)的全部量化。例如，六位量化量化級(jí)＝2n-1(公式2)其中n＝6，將產(chǎn)生63級(jí)的分辨率。所期望的信號(hào)分辨率確定了n。
每一個(gè)信號(hào)23I、23Q的分量I和Q連接到具有可調(diào)整增益的放大器25I、25Q的一個(gè)輸入。放大器25I、25Q的輸出27I、27Q連接到絕對值處理器29I、29Q，以得到每一個(gè)輸入碼元23I、23Q的相對振幅。絕對值處理器29I、29Q的輸出31I、31Q連接到相應(yīng)的低通濾波器33I、33Q的輸入。
低通濾波器33I、33Q對接收到的分量符號(hào)23I、23Q進(jìn)行時(shí)間平均，將附加加權(quán)賦予最近的采樣并且減小先前采樣的加權(quán)。在當(dāng)前實(shí)施例17中，使用具有一個(gè)極點(diǎn)的IIR(無限沖激響應(yīng))濾波器33I、33Q，但是其它類型的濾波器或不同階IIR濾波器也可以在沒有偏離本發(fā)明的原理的情況下使用。低通濾波器輸出35I、35Q表示從絕對值處理器29I、29Q輸出的采樣振幅的平均估值。
求和器37從低通濾波器33I、33Q的輸出35I、35Q得到差值，產(chǎn)生一個(gè)誤差參考信號(hào)39。如果輸入信號(hào)23I、23Q的I和Q分量是彼此正交的，則誤差參考信號(hào)39將具有零振幅，指示一個(gè)平衡的符號(hào)。如果誤差參考信號(hào)39產(chǎn)生一個(gè)非零的值，則符號(hào)不是振幅平衡的。
非零值誤差參考信號(hào)39成為一個(gè)誤差校正值。參考信號(hào)39連接到硬限幅處理器41的輸入。根據(jù)誤差參考信號(hào)39，硬限幅器41輸出振幅更小的信號(hào)43，或者為正或者為負(fù)。硬限幅器41修剪誤差參考信號(hào)39振幅，從而使誤差參考信號(hào)39的符號(hào)成為一校正因子。這樣做是為了簡化實(shí)施，硬限幅器對于本發(fā)明不是必需的。
硬限幅處理器41的輸出43連接到是一個(gè)泄漏(leaky)積分器，這里是累加器45。累加器45將當(dāng)前值輸入和先前輸入值的累加值相加，并輸出47一個(gè)總和。由于累加器45具有有限位寬，隨著時(shí)間的推移，如果誤差持續(xù)并且很大的話，累加值將在振幅和平穩(wěn)狀態(tài)上自限制。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到靜態(tài)平衡時(shí)，累加器45的內(nèi)部累加器中的累加的多個(gè)誤差參考信號(hào)39將平均為零。
累加器45的輸出47連接到每個(gè)可調(diào)整增益放大器25I、25Q上的增益輸入49I、49Q。放大器25I、25Q平衡接收到的I和Q碼元23I、23Q的振幅，根據(jù)累加器45輸出信號(hào)47來增加或減少它們的增益?？梢姡瑓⒖夹盘?hào)39是到上游放大級(jí)25I、25Q的負(fù)反饋。增益輸入49I、49Q上的正控制電壓指示那個(gè)放大器的增益增加了；負(fù)控制電壓指示那個(gè)放大器的增益減少了。
如果輸入信號(hào)23I、23Q的振幅不平衡，系統(tǒng)將依據(jù)累加器45輸出信號(hào)47調(diào)整可變化放大器25I、25Q(在減小一個(gè)分量的同時(shí)增大另一個(gè)分量)直到I和Q碼元振幅處于預(yù)定的容差范圍內(nèi)。如果碼元增益是相等的，但是在接收到的碼元之間變化，系統(tǒng)17將不進(jìn)行校正。下游自動(dòng)增益控制(AGC)(未顯示)平衡系統(tǒng)輸出51I、51Q，以供進(jìn)一步的信號(hào)處理(未顯示)。
顯示本發(fā)明的相位校正系統(tǒng)61的一個(gè)實(shí)施例在圖3中顯示。兩個(gè)雙相調(diào)制信號(hào)19是到系統(tǒng)61的輸入63I、63Q。I和Q碼元的輸入63I、63Q數(shù)據(jù)流65I、65Q連接到并行加法器69I、69Q的第一輸入67I、67Q。每一個(gè)加法器69I、69Q的輸出71I、71Q是系統(tǒng)輸出73I、73Q和相位校正系統(tǒng)61的反饋。反饋線71I、71Q都連接到用于校正的混頻器75?；祛l器75的交叉相關(guān)輸出信號(hào)77連接到積分器79。積分器79將交叉相關(guān)乘積77進(jìn)行時(shí)間平均。積分器輸出被連接到硬限幅處理器83。硬決策處理器83限制積分的交叉相關(guān)乘積的振幅。該硬決策處理器83的輸出85保留符號(hào)。硬限幅處理器83的輸出85被連接到累加器輸入87。硬決策處理器83減少實(shí)施的復(fù)雜性，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員都知道它不是必要的。
如上面所討論，累加器的功能是，隨著時(shí)間的推移，累加當(dāng)前輸入值和先前輸入值。將總和作為校正信號(hào)輸出。
校正信號(hào)89與將Q輸入65Q和I輸入63I連接的可變增益放大器93I的第一輸入91I連接。校正信號(hào)89也與將I輸入65I和Q輸入63Q連接的可調(diào)整增益放大器93Q的第一輸入91Q連接。
校正信號(hào)89調(diào)整放大器93I、93Q來增加或減少它們的增益。放大器輸出95I、95Q連接到輸入加法器69I、69Q的第二輸入97I、97Q。
相位校正在圖4中顯示為一個(gè)矢量表示。為了去掉彼此的交叉相關(guān)的影響，加法器69I、69Q從I分量65I中減去Q分量63Q的部分；I＝x-ry等式3-I＝-x-ry 等式4其中 交叉相關(guān)以及從Q分量63Q中減去I分量65I的部分；Q＝y(tǒng)-xr 等式5-Q＝-y-xr 等式6其中 交叉相關(guān)一旦導(dǎo)致交叉相關(guān)的信號(hào)部分被去掉，加法器69I、69Q的輸出71I、71Q變?yōu)椴幌嚓P(guān)的I、Q，并且在信號(hào)空間中正交。
在圖5中顯示了將校正振幅17和相位61不平衡的兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合起來的一個(gè)替換實(shí)施例。系統(tǒng)101是輸出103I、103Q在振幅和相位上都校正的符號(hào)的簡單串聯(lián)連接。振幅平衡器17連接在相位平衡器之后的另一個(gè)結(jié)合實(shí)施例也是可以的。
雖然已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員在沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多修改和變化。上面的描述用作示例，同時(shí)它不局限于這些特定的形式。
權(quán)利要求
1.用于正交相移鍵控系統(tǒng)中的信號(hào)平衡器，包括I和Q信號(hào)輸入端，每個(gè)所述輸入端連接到第一I和Q可調(diào)整增益放大器，每個(gè)所述第一放大器具有輸出端；用于控制每個(gè)所述第一I和Q放大器增益的裝置，包括連接到所述的相應(yīng)第一I和Q放大器輸出端和振幅比較裝置的I振幅判定裝置和Q振幅判定裝置；所述振幅比較裝置為所述第一I和Q放大器產(chǎn)生一增益校正信號(hào)；以及所述第一I和Q放大器輸出振幅平衡的I和Q信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的信號(hào)平衡器，進(jìn)一步包括連接到各自的信號(hào)的第二I和Q可調(diào)整增益放大器的所述第一I和Q放大器輸出端，每個(gè)所述第二放大器具有一個(gè)輸出；I和Q混頻器，每個(gè)所述混頻器具有一個(gè)連接到它的相應(yīng)信號(hào)第一I和Q放大器輸出的第一混頻器輸入端，和連接到不同信號(hào)第二放大器的所述輸出的第二混頻器輸入端和一個(gè)混頻器輸出端；用于控制每個(gè)所述第二I和Q放大器增益的裝置，包括連接到所述I和Q混頻器輸出端的I和Q交叉相關(guān)裝置，其產(chǎn)生交叉相關(guān)乘積；連接到所述第二I和Q放大器來控制所述第二放大器增益的所述交叉相關(guān)乘積；以及所述第二I和Q放大器輸出振幅和相位平衡的I和Q信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的信號(hào)平衡器，進(jìn)一步包括相應(yīng)的I和Q低通濾波器，連接于所述I和Q振幅判定裝置和所述比較裝置之間；硬限幅器，連接到所述增益校正信號(hào)并且有一個(gè)輸出；所述硬限幅器輸出，連接到時(shí)間延遲，所述時(shí)間延遲具有輸出端；以及所述時(shí)間延遲裝置，連接到所述第一I和Q放大器，用于控制增益。
4.如權(quán)利要求3所述的信號(hào)平衡器，進(jìn)一步包括積分器，連接到所述交叉相關(guān)乘積并且具有一個(gè)輸出；所述積分器的輸出端，連接到一個(gè)硬限幅器，所述硬限幅器具有一個(gè)輸出；所述硬限幅器的輸出端，連接到一個(gè)累加器，所述累加器具有一個(gè)輸出；以及所述累加器，連接到所述第二I和Q放大器用于控制增益。
5.用在正交相移鍵控系統(tǒng)中的信號(hào)平衡器，包括I和Q信號(hào)輸入端，每個(gè)所述輸入端連接到第一I和Q可調(diào)整增益放大器，每個(gè)所述第一放大器具有輸出端；I和Q混頻器，每個(gè)所述混頻器具有一個(gè)連接到它的相應(yīng)信號(hào)第一I和Q放大器輸出的第一混頻器輸入，和連接到所述的不同信號(hào)第一放大器的輸出的第二混頻器輸入和一個(gè)混頻器輸出；用于控制每個(gè)所述第一I和Q放大器增益的裝置，包括連接到所述I和Q混頻器輸出的I和Q交叉相關(guān)裝置，其產(chǎn)生交叉相關(guān)乘積；連接到所述第一I和Q放大器來控制所述第一放大器增益的所述交叉相關(guān)乘積；以及所述第一I和Q放大器輸出相位平衡的I和Q信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的信號(hào)平衡器，進(jìn)一步包括所述第一I和Q放大器輸出端連接到相應(yīng)信號(hào)第二I和Q可調(diào)整增益放大器，每個(gè)所述第二放大器具有輸出端；用于控制每個(gè)所述第二I和Q放大器增益的裝置，包括連接到所述的相應(yīng)第二I和Q放大器輸出和振幅比較裝置的I振幅判定裝置和Q振幅判定裝置；所述振幅比較裝置為所述第二I和Q放大器產(chǎn)生一增益校正信號(hào)；以及所述第二I和Q放大器輸出振幅和相位平衡的I和Q信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的信號(hào)平衡器，進(jìn)一步包括積分器，連接到所述交叉相關(guān)乘積并且具有一輸出；所述積分器的輸出端連接到一個(gè)硬限幅器，所述硬限幅器具有一輸出；所述硬限幅器輸出，連接到一個(gè)累加器，所述累加器具有一個(gè)輸出；以及所述累加器，它連接到所述第一I和Q放大器用于控制增益。
8.如權(quán)利要求7所述的信號(hào)平衡器，進(jìn)一步包括相應(yīng)的I和Q低通濾波器，連接于所述I和Q振幅判定裝置和所述比較裝置之間；硬限幅器，連接到所述增益校正信號(hào)并且具有一輸出；所述硬限幅器的輸出連接到一個(gè)時(shí)間延遲，所述時(shí)間延遲具有一輸出；以及所述時(shí)間延遲連接到所述第一I和Q放大器用于控制增益。
9.平衡正交相移鍵控信號(hào)的方法，其中所述信號(hào)包括I和Q分量，所述方法包括如下步驟a)比較I分量的振幅和Q分量的振幅；b)為I和Q分量兩者產(chǎn)生一校正信號(hào)；c)根據(jù)所述校正信號(hào)調(diào)整I和Q分量的增益，產(chǎn)生振幅平衡的信號(hào)；以及重復(fù)步驟a-c。
10.如權(quán)利要求9所述的平衡正交相移鍵控信號(hào)的方法，進(jìn)一步包括如下步驟d)交叉相關(guān)所述振幅平衡信號(hào)的I和Q信號(hào)分量；e)得到一交叉相關(guān)乘積；f)依據(jù)所述交叉相關(guān)乘積調(diào)整每一個(gè)I和Q信號(hào)分量的增益；g)將一個(gè)分量同另一個(gè)不同分量的調(diào)整增益混頻，產(chǎn)生一個(gè)振幅和相位平衡的信號(hào)；以及重復(fù)步驟d-g。
11.平衡正交相移鍵控信號(hào)的方法，其中所述信號(hào)包括I和Q分量，所述方法包括如下步驟a)交叉相關(guān)I和Q信號(hào)分量；b)得到一交叉相關(guān)乘積；c)依據(jù)所述交叉相關(guān)乘積調(diào)整每一個(gè)I和Q信號(hào)分量的增益；d)將一個(gè)分量同另一個(gè)不同分量的調(diào)整增益混頻，產(chǎn)生一個(gè)相位平衡的信號(hào)；以及重復(fù)步驟a-d。
12.如權(quán)利要求11所述的平衡正交相移鍵控信號(hào)的方法，進(jìn)一步包括如下步驟e)比較所述相位平衡信號(hào)I振幅分量和Q振幅分量；f)為I和Q分量兩者產(chǎn)生一校正信號(hào)；g)依賴于所述校正信號(hào)調(diào)整I和Q分量的增益產(chǎn)生相位和振幅平衡的信號(hào)；以及重復(fù)步驟e-g。
全文摘要
本發(fā)明可平衡在傳輸期間可能被破壞的所接收QPSK信號(hào)的振幅和相位。該系統(tǒng)判定接收到的信號(hào)的I和Q碼元的振幅,比較它們,并且對一個(gè)或全部兩個(gè)信道進(jìn)行振幅不平衡的校正。對于相位不平衡,系統(tǒng)計(jì)算應(yīng)該平均為0的I和Q碼元的交叉相關(guān)。校正系數(shù)從交叉相關(guān)得到并且施加到全部兩個(gè)信道,將相位交叉相關(guān)歸零。系統(tǒng)的輸出是在振幅和相位上都被校正的信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L27/18GK1348654SQ9981486
公開日2002年5月8日 申請日期1999年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月19日
發(fā)明者費(fèi)思M·奧茲魯特克, 斯蒂芬G·迪克, 列昂尼德·卡扎克維奇 申請人:交互數(shù)字技術(shù)公司