專利名稱：相移鍵控接收機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將兩個不同的信號調(diào)制到產(chǎn)生兩維信號空間的同一帶寬上。這通過使用

圖1A中所示的頻率相同但是具有90度相位差的兩個載波產(chǎn)生一個復(fù)合相位調(diào)制信號來實現(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分量是信號的實部，Q分量是信號的虛部。每一個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信號的至少一個采樣組成。該碼元可以表示模擬采樣或數(shù)字數(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信號傳輸?shù)恼_操作，I和Q信道在全部兩個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增益或振幅在處理時產(chǎn)生錯誤。信號之間的除了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償控制每個增益級的非常精密的電路。這些昂貴的設(shè)計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)，就是在接收時平衡QPSK信號的振幅和相位以增加信號的完整性，并由此減少位誤碼率(BER)。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種對接收到的QPSK信號的振幅進行平衡的系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種對接收到的QPSK信號的相位進行平衡的系統(tǒng)。
該系統(tǒng)和方法的其他目的和優(yōu)點對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀了最佳實施例的詳細描述后將變得明顯。
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。
最佳實施例的描述將參照附圖描述最佳實施例，其中相同的標號始終表示相同的單元。
顯示本發(fā)明的振幅平衡系統(tǒng)17的一個實施例在圖2中顯示，其中兩個雙相調(diào)制信號19是輸入21I、21Q。量化是測量在每一個采樣中的信號的強度并且將一個數(shù)字編號(digital number)分配給所測量的值的過程。采樣電路每一次采樣信號時，它在時間上的該離散時刻測量變化的模擬信號的強度。輸入23I、23Q數(shù)據(jù)流表示組合成每一個都具有多個位的有限字的數(shù)據(jù)的離散采樣。定義每一個字的位數(shù)確定每一個采樣或符號的全部量化。例如，六位量化量化級＝2n-1(公式2)其中n＝6，將產(chǎn)生63級的分辨率。所期望的信號分辨率確定了n。
每一個信號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23I、23Q進行時間平均，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)前實施例17中，使用具有一個極點的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)生一個誤差參考信號39。如果輸入信號23I、23Q的I和Q分量是彼此正交的，則誤差參考信號39將具有零振幅，指示一個平衡的符號。如果誤差參考信號39產(chǎn)生一個非零的值，則符號不是振幅平衡的。
非零值誤差參考信號39成為一個誤差校正值。參考信號39連接到硬限幅處理器41的輸入。根據(jù)誤差參考信號39，硬限幅器41輸出振幅更小的信號43，或者為正或者為負。硬限幅器41修剪誤差參考信號39振幅，從而使誤差參考信號39的符號成為一校正因子。這樣做是為了簡化實施，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47一個總和。由于累加器45具有有限位寬，隨著時間的推移，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)達到靜態(tài)平衡時，累加器45的內(nèi)部累加器中的累加的多個誤差參考信號39將平均為零。
累加器45的輸出47連接到每個可調(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47來增加或減少它們的增益?？梢姡瑓⒖夹盘?9是到上游放大級25I、25Q的負反饋。增益輸入49I、49Q上的正控制電壓指示那個放大器的增益增加了；負控制電壓指示那個放大器的增益減少了。
如果輸入信號23I、23Q的振幅不平衡，系統(tǒng)將依據(jù)累加器45輸出信號47調(diào)整可變化放大器25I、25Q(在減小一個分量的同時增大另一個分量)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將不進行校正。下游自動增益控制(AGC)(未顯示)平衡系統(tǒng)輸出51I、51Q，以供進一步的信號處理(未顯示)。
顯示本發(fā)明的相位校正系統(tǒng)61的一個實施例在圖3中顯示。兩個雙相調(diào)制信號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77連接到積分器79。積分器79將交叉相關(guān)乘積77進行時間平均。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。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輸出。
校正信號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不平衡的兩個系統(tǒng)結(jié)合起來的一個替換實施例。系統(tǒng)101是輸出103I、103Q在振幅和相位上都校正的符號的簡單串聯(lián)連接。振幅平衡器17連接在相位平衡器之后的另一個結(jié)合實施例也是可以的。
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)中的信號平衡器，包括I和Q信號輸入端，每個所述輸入端連接到第一I和Q可調(diào)整增益放大器，每個所述第一放大器具有輸出端；用于控制每個所述第一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；以及所述第一I和Q放大器輸出振幅平衡的I和Q信號。
2.如權(quán)利要求1所述的信號平衡器，進一步包括連接到各自的信號的第二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，每個所述第二放大器具有一個輸出；I和Q混頻器，每個所述混頻器具有一個連接到它的相應(yīng)信號第一I和Q放大器輸出的第一混頻器輸入端，和連接到不同信號第二放大器的所述輸出的第二混頻器輸入端和一個混頻器輸出端；用于控制每個所述第二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。
3.如權(quán)利要求2所述的信號平衡器，進一步包括相應(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并且有一個輸出；所述硬限幅器輸出，連接到時間延遲，所述時間延遲具有輸出端；以及所述時間延遲裝置，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所述的信號平衡器，進一步包括積分器，連接到所述交叉相關(guān)乘積并且具有一個輸出；所述積分器的輸出端，連接到一個硬限幅器，所述硬限幅器具有一個輸出；所述硬限幅器的輸出端，連接到一個累加器，所述累加器具有一個輸出；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)中的信號平衡器，包括I和Q信號輸入端，每個所述輸入端連接到第一I和Q可調(diào)整增益放大器，每個所述第一放大器具有輸出端；I和Q混頻器，每個所述混頻器具有一個連接到它的相應(yīng)信號第一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第一放大器的輸出的第二混頻器輸入和一個混頻器輸出；用于控制每個所述第一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。
6.如權(quán)利要求5所述的信號平衡器，進一步包括所述第一I和Q放大器輸出端連接到相應(yīng)信號第二I和Q可調(diào)整增益放大器，每個所述第二放大器具有輸出端；用于控制每個所述第二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；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。
7.如權(quán)利要求6所述的信號平衡器，進一步包括積分器，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，連接到一個累加器，所述累加器具有一個輸出；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所述的信號平衡器，進一步包括相應(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并且具有一輸出；所述硬限幅器的輸出連接到一個時間延遲，所述時間延遲具有一輸出；以及所述時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的方法，其中所述信號包括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；c)根據(jù)所述校正信號調(diào)整I和Q分量的增益，產(chǎn)生振幅平衡的信號；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的方法，進一步包括如下步驟d)交叉相關(guān)所述振幅平衡信號的I和Q信號分量；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I和Q信號分量的增益；g)將一個分量同另一個不同分量的調(diào)整增益混頻，產(chǎn)生一個振幅和相位平衡的信號；以及重復(fù)步驟d-g。
11.平衡正交相移鍵控信號的方法，其中所述信號包括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I和Q信號分量的增益；d)將一個分量同另一個不同分量的調(diào)整增益混頻，產(chǎn)生一個相位平衡的信號；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的方法，進一步包括如下步驟e)比較所述相位平衡信號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；g)依賴于所述校正信號調(diào)整I和Q分量的增益產(chǎn)生相位和振幅平衡的信號；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信號的振幅和相位。該系統(tǒng)判定接收到的信號的I和Q碼元的振幅,比較它們,并且對一個或全部兩個信道進行振幅不平衡的校正。對于相位不平衡,系統(tǒng)計算應(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。
文檔編號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