專利名稱：具同相/正交接口接收及/或傳送系統(tǒng)中補(bǔ)償相位誤差之方法及裝置的制作方法
所屬領(lǐng)域本案系為與在具有同相與正交信號處理路徑的接收及/或傳送系統(tǒng)中補(bǔ)償相位誤差之方法及裝置有關(guān)的發(fā)明。
先前技藝在一般的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，特別是在行動無線電的領(lǐng)域中，透過較高階的調(diào)變方法來提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速度始終都是受到歡迎的。其中第二代行動無線電系統(tǒng)仍受到數(shù)據(jù)傳輸速度處于10千位/秒(kbit/s)之范圍的限制，而第三代行動無線電系統(tǒng)，例如全球行動通訊系統(tǒng)(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)，的數(shù)據(jù)傳輸速度則可達(dá)到2兆位/秒(Mbit/s)的范圍。
一種可達(dá)到較高資料速度的方式乃包含改變以越至較高層調(diào)控方法。一這類例子便是由行動通信全球系統(tǒng)(Global System for MobileCommunication，GSM)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步發(fā)展至全球演進(jìn)式資料速率增強(qiáng)技術(shù)」(Enhanced Data rates for Global Evolution，EDGE)標(biāo)準(zhǔn)，以及相關(guān)的轉(zhuǎn)換已由2階高斯小化移位鍵(Gaussian Minium ShiftKeying，GMSK)調(diào)變法轉(zhuǎn)至8階的8相移位鍵(Phase Shift Keying)調(diào)變法。
轉(zhuǎn)換至較高階調(diào)變方法將增加對于在一接收與傳送系統(tǒng)中的同相(in the phase，I)與正交(quadrature，Q)路徑中的信號處理之相位精確度的要求。該I與Q路徑理想的是具有一與彼此有關(guān)而且角度幾近90度的相位移。
一在GSM/UMTS標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的傳送及/或接收系統(tǒng)內(nèi)的芯片組通常包含一基帶芯片與一無線頻率芯片，其中該基帶芯片基帶信號得以被處理以及由模擬-至-數(shù)字與由數(shù)字-至-模擬的轉(zhuǎn)換得以進(jìn)行的原因，而該無線頻率芯片則是把接收信號由接收者頻率轉(zhuǎn)換成基帶并且把將被傳送的信號由基帶轉(zhuǎn)換至接收者頻率。這種頻率轉(zhuǎn)換是用來產(chǎn)生(在接收系統(tǒng)個案中)或是結(jié)合(在傳送系統(tǒng)的個案中)該I與Q信號成分。因此，在此轉(zhuǎn)換的情形下，制造的難度將可能增加或是與環(huán)境相關(guān)成分容許量，即指定存在于I與Q路徑之間存有的90度差異，將無法精確地維持。
在接收系統(tǒng)中的相位誤差將導(dǎo)致接收信號的錯誤，其將使得接收信號的一指定信號-至-噪聲的比例(signal to noise ratio，訊噪比)的位誤差率發(fā)生惡化。在傳送系統(tǒng)中，一相位誤差則造成信號形的失真，其將導(dǎo)致傳送信號的特定純度下降。
如果所使用的是較高階的調(diào)變字符(modulation alphabet)，那么前述效應(yīng)的不利反響(repercussion)不管是在接收或是傳送系統(tǒng)中都將增加，其原因乃在于所要求的信號偵測或是信號產(chǎn)生的角度精確度都是較高的。
因此本發(fā)明是以詳盡提出一方法的目標(biāo)為努力方向，其中該方法將使得一90度的相位誤差得以在伴隨著好的精確度之情形下維持在具有同相/正交信號處理路徑的接收及/或傳送系統(tǒng)中。本發(fā)明也致力于提供一種具有具同相/正交信號處理路徑的接收及/或傳送系統(tǒng)，其將伴隨著好的精確度階層而滿足上述狀況。
本發(fā)明的目標(biāo)系藉獨(dú)立項(xiàng)權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
與權(quán)利要求1的內(nèi)容一致，相位校正過的I與Q信號成分乃在該I與Q信號處理路徑的一數(shù)字信號處理部位中被推估。此在數(shù)字信號處理部位中的相位校正將使得I與Q信號成分的相位角得以利用精確且不受環(huán)境影響或是發(fā)生偏移的方式設(shè)定成所想要的90°相位差。
較佳地，相位校正過的I與Q信號成分乃以下列式子為基礎(chǔ)而推估I(Δφ)Q(Δφ)=cos(Δφ/2)-sin(Δφ/2)-sin(Δφ/2)cos(Δφ/2)IQ]]>或是以此方程式的近似式子為基礎(chǔ)，其中I與Q是包含相位誤差的I與Q信號成分，而I(ΔΦ)與Q(ΔΦ)則是相位誤差補(bǔ)償?shù)腎與Q信號成分，而ΔΦ則是用來校正的相位誤差。
計算此處所指出的旋轉(zhuǎn)矩陣，那么一90°+ΔΦ的相位差將藉由計算機(jī)而被轉(zhuǎn)換成想要的90°相位差。
因?yàn)橐话銉H需要考量相位誤差ΔΦ＜10°的部分，因此一較利于補(bǔ)償?shù)姆椒ㄗ兞磕私鍣?quán)利要求3所主張之計算數(shù)值而實(shí)施。這樣的好處是不需要有角度函數(shù)sin(·)與cos(·)的補(bǔ)償。
用來校正的相位誤差ΔΦ可由不同方式來確定。本發(fā)明的第一精進(jìn)之處在于該相位誤差ΔΦ的確定是由一統(tǒng)計方法為基礎(chǔ)，系以在一無線頻率階級的多重性之相位誤差量測基礎(chǔ)。舉例來說，相位誤差ΔΦ被指定是所有在無線頻率階級的一特定集合(例如傳送數(shù)量或是批量)內(nèi)所量測到相位誤差的平均值，以便以本發(fā)明的校正機(jī)會(correction opportunity)來建構(gòu)接收及/或傳送系統(tǒng)。以此方法所決定的相位誤差ΔΦ接著便被程序化入對應(yīng)的推估平均值以便執(zhí)行相位校正。如果在制造或是調(diào)配無線頻率階級的過程中，一在該所出現(xiàn)的I與Q信號處理路徑與對應(yīng)的失真之標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的預(yù)期90°相位差的系統(tǒng)平均偏差是比較小的，那么這個過程便是有利地。
另外，本發(fā)明方法的較佳實(shí)施的特征同樣在于一用來校正的相位誤差ΔΦ的數(shù)值系由量測在特定無線頻率階級中的相位誤差來決定，而該以此方式確定的相位誤差ΔΦ乃被程序化入配備有此特定無線頻率階級的接收及/或傳送系統(tǒng)。因此，在每一傳送集/或接收系統(tǒng)中都有一具目標(biāo)性且彼此不同的單一相位誤差校正。
一以本發(fā)明為基礎(chǔ)的接收及/或傳送系統(tǒng)最好能組裝在一行動無線接收器中。
本發(fā)明乃藉由使用參考了所附圖
式的示范性實(shí)施例而得以更詳盡的被描述于后，其中第1圖一先前技藝的行動站中的傳送裝置方塊圖；第2圖一先前技藝的行動站中的接收裝置方塊圖；第3圖一在相位誤差ΔΦ＝0°時在復(fù)數(shù)平面中的等效基帶信號示意圖；第4圖一在相位誤差ΔΦ＝5°時在復(fù)數(shù)平面中的等效基帶信號示意圖；第5圖本發(fā)明之具有數(shù)字相位校正的傳送裝置方塊圖；第6圖本發(fā)明之具有數(shù)字相位校正的接收裝置方塊圖；以及第7圖當(dāng)相位誤差ΔΦ＝5°時，本發(fā)明相位校正后的基帶信號示意圖。
實(shí)施方式舉例來說，第1圖乃呈現(xiàn)了一應(yīng)用在行動電話中的傳統(tǒng)傳送裝置的信號處理路徑。由此類的實(shí)施觀點(diǎn)來看，傳送信號路徑乃是由一第一部件1與一第二部件2所組成，其中該第一部件1系為以基帶芯片的形式存在，而該第二部件2則是無線頻率芯片的形式存在。
一已經(jīng)被歸納至一資料源(即語音)的調(diào)變資料信號乃受到使用兩數(shù)字信號處理器DSP1與DSP2的I與Q路徑之個別信號處理(速率轉(zhuǎn)換與插值(interpolation)步驟是合乎習(xí)俗的)所支配。在此方式中所形成的調(diào)變校號的I與Q信號成分乃分別在數(shù)字-至-模擬轉(zhuǎn)換器DAC1與DAC2之中被轉(zhuǎn)換至模擬基帶信號。信號轉(zhuǎn)換之后便是利用低通濾波器(low pass filter)LPF1與LPF2來進(jìn)行低通濾波。調(diào)控過并且低通濾波過的模擬I與Q信號成分乃為了載體信號轉(zhuǎn)換而透過”I/Q接口”被輸入到該無線頻率信號處理部件2。在該處所發(fā)生的載體信號轉(zhuǎn)換乃是藉由在使用兩個載體，最好是相位移轉(zhuǎn)超過90°，的混合器M1與M2中將該模擬I與Q信號成分予以升轉(zhuǎn)換(up-converting)。在混合器M1與M2中產(chǎn)生的調(diào)變載體信號乃在一累積步驟(summation stage)S中被堆棧在一起并且透過天線(未圖標(biāo))而以無線頻率信號的形式播送。
第2圖中所示的傳統(tǒng)接收裝置實(shí)質(zhì)上會表執(zhí)行逆轉(zhuǎn)信號處理(inverse signal processing)。就此種實(shí)施的觀點(diǎn)來看，接收將至可由與傳送裝置相同的兩個芯片(RF芯片與基帶芯片)組成，而第2圖則呈現(xiàn)出在接收芯片內(nèi)的接收路徑的對應(yīng)信號處理部件1’與2’。
與第1圖相同會是可相比較的不份乃以相同的參考符號標(biāo)示于第2圖。透過天線索接收到的調(diào)變載體信號(未圖標(biāo))系透過使用混合器M1與M2而被降轉(zhuǎn)換(down-converted)至基帶或是中頻。因此，混合器1與M2乃一次由兩個矩形載體所操控，其中該兩個矩形載體系藉利用一相位移轉(zhuǎn)器PS而由一單一載體中生成。在此個案中由相位移轉(zhuǎn)器PS所產(chǎn)生的相位移轉(zhuǎn)最好也是90°。
由混合器M1與M2所產(chǎn)生的I與Q信號成分乃分別受到模擬低通濾波器LPF3與LPF4中的低通濾波所管制，接著則透過I/Q接口(系為表現(xiàn)在第2圖中用以分隔部件1與部件2的分隔線)而傳至基帶芯片內(nèi)的信號處理部件1。在此情形下，I信號成分便藉由使用一模擬-至-數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC1轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，而Q信號成分則藉由使用一模擬-至-數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC2而轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。進(jìn)一步的頻道濾波則是分別由數(shù)字濾波DF1與DF2所執(zhí)行。
如果在兩個與混合步驟M1、M2相關(guān)聯(lián)的載體之間的相位差與預(yù)期的90°相位差之間存有一差值總和ΔΦ，那么當(dāng)升轉(zhuǎn)換及降轉(zhuǎn)換傳送與接收信號時便會得到一組成相位差90°+ΔΦ。在此情形下，ΔΦ所指的便是相位誤差。而該相位誤差ΔΦ則是可由相位移轉(zhuǎn)器PS所產(chǎn)生或是另外可由其它信號處理組件(未圖標(biāo))或是在傳送與接收裝置中所示的影響變量(influencing variable)中產(chǎn)生。
就一單純的正弦在體信號而言，第3圖繪出了在ΔΦ＝0的情況下通過Q信號成分的I信號成分。任意單位皆可使用。請參考第3圖，若是沒有相位誤差，那么一正弦載體信號便可清楚的描繪在一復(fù)數(shù)正弦(complex sine)(單位半徑的周期(cycle of unit radius))上。
第4圖呈現(xiàn)出一與第3圖相對應(yīng)，但是相位誤差ΔΦ＝5°時的示意圖。考量不再正交的載體信號，倒數(shù)噪聲(reciprocal noise)成分乃針對I與Q信號成分而被接收，這些噪聲將造成信號變形，其將便成為周期形狀的失真。
如所述的內(nèi)容，這樣的信號錯誤在傳送方向與接收方向中都會在傳送反應(yīng)上的造成不利的效果。在接收方向上的相位誤差ΔΦ將造成接收信號的錯誤，其將可導(dǎo)致位誤差率的上升(就一固定訊噪比而言)。在發(fā)送裝置中，傳送信號的純度會受到所示之失真的損害。
第5圖與第6圖所表現(xiàn)的則是在數(shù)字處理區(qū)域中具有已被校正過的相位誤差的本發(fā)明傳送與接收裝置。為了避免重復(fù)描述，本發(fā)明的示范性實(shí)施例的相關(guān)內(nèi)容請參考第1圖與第2圖的說明，該等內(nèi)容對于本發(fā)明的示范性實(shí)施例而言仍是有效的。第1圖與第5圖所示的傳送裝置的基本差異乃在于在第5圖的傳送裝置在數(shù)字信號處理器DSP1、DSP2和數(shù)字至-模擬轉(zhuǎn)換器DAC1、DAC2之間的信號路經(jīng)乃具有一相位校正級PC。在基帶芯片內(nèi)的相關(guān)信號處理部件系以參考符號10’標(biāo)識。同樣地狀況，第2圖與第6圖所示的接收裝置的基本差異乃在于在第6圖的接收裝置在數(shù)字濾波器DF1、DF2的信號路徑下流(signalpath downstream)之后便較佳地進(jìn)行一相位校正步驟PC，系伴隨著以參考符號10來標(biāo)識的基帶內(nèi)被改變過的信號處理部件。
在數(shù)字處理部件10與10’中的相位校正級PC可以是相同的設(shè)計。他們的動作模式乃解釋于后一存在于等效基帶內(nèi)的相位誤差可藉下列矩陣運(yùn)算來仿真IQ=cos(Δφ/2)sin(Δφ/2)sin(Δφ/2)cos(Δφ/2)IoQo]]>在此情形下，Io與Qo代表的是具有最佳相位差90°的載體信號，而I與Q所代表的則是則是包含相位誤差的I與Q信號成分。
相位誤差ΔΦ現(xiàn)在最好能夠藉由下列矩陣運(yùn)算而再一次地在接收路徑及/或傳送路徑中被完全逆轉(zhuǎn)(reverse)I(Δφ)Q(Δφ)=cos(Δφ/2)-sin(Δφ/2)-sin(Δφ/2)cos(Δφ/2)IQ]]>此運(yùn)算碼可藉相位校正級PC而實(shí)施。然而，在大部分的情形下，其實(shí)是不需要一(理論上)精確的相位誤差校正。以下列方程式為基礎(chǔ)而應(yīng)用一相似的非旋轉(zhuǎn)矩陣(derotation matrix)而伴隨著較少的運(yùn)算復(fù)雜度以產(chǎn)生一數(shù)字相位校正I(Δφ)Q(Δφ)=1-Δφ/2-Δφ/2-Δφ/21-Δφ/2IQ]]>此可應(yīng)用在傳送裝置的相位校正級PC之中，也可應(yīng)用在接收裝置的相位校正級PC之中應(yīng)用于相位校正級PC的相位誤差ΔΦ可以藉由許多不同的方法來決定。第一選擇是在第一次應(yīng)用時，該相位誤差ΔΦ系被校正以便其能夠一次即被確定并且被程序化入該相位校正級PC。此應(yīng)用接著便具有相位誤差補(bǔ)償而得以進(jìn)行其余的運(yùn)算。在此情形下，相位誤差ΔΦ的的數(shù)值系可在一應(yīng)用基礎(chǔ)上藉由量測真實(shí)存在于各個應(yīng)用中的相位誤差來確認(rèn)，或是藉由將量測其它相同設(shè)計或程序的多重性應(yīng)用中的相位誤差予以統(tǒng)計后而確認(rèn)。
另外，在檢測或是維護(hù)應(yīng)用時也可以重新調(diào)整相位誤差ΔΦ，可聯(lián)想到的是在使用一整合于此應(yīng)用的量測裝置來運(yùn)算的過程中，該相位誤差ΔΦ是可以一再地決定與更新。
與第3圖及第4圖相比較，第7圖是本發(fā)明在相位誤差補(bǔ)償之后的基帶信號的I與Q信號成分之間的相位關(guān)系示意圖。此示意圖系以一具有相位誤差ΔΦ＝5°的基帶信號為基礎(chǔ)，如第4圖所示，無須使用本發(fā)明的相位誤差補(bǔ)償級PC。因此，并無法查知與一具有相位差幾近為90°的理想復(fù)數(shù)正弦信號不同之處，相關(guān)內(nèi)容可參見第3圖。
權(quán)利要求
1.一種在具同相(in the phase，I)與正交(quadrature，Q)信號處理路徑的接收及/或傳送系統(tǒng)中補(bǔ)償相位誤差之方法，其特征乃在于以下步驟在該I與Q信號處理路徑的一數(shù)字信號處理部件中執(zhí)行一計算以便獲得相位被校正過的I與Q信號成分。
2.如權(quán)利要求1所述之方法，其特征乃在于該計算系以下列方程式或是以一與下列方程式相近似的式子為基礎(chǔ)而實(shí)施I(Δφ)Q(Δφ)=cos(Δφ/2)-sin(Δφ/2)-sin(Δφ/2)cos(Δφ/2)IQ]]>其中I與Q是包含相位誤差的I與Q信號成分，I(ΔΦ)與Q(ΔΦ)則是相位誤差已被補(bǔ)償過的的I與Q信號成分，而ΔΦ則是用來校正的相位誤差。
3.如權(quán)利要求2所述之方法，其特征乃在于該計算系以下列式子為基礎(chǔ)而實(shí)施I(Δφ)Q(Δφ)=1-Δφ/2-Δφ/2-Δφ/21-Δφ/2IQ.]]>
4.如前述之任一權(quán)利要求所述之方法，其特征乃在于以下步驟透過使用一統(tǒng)計方法以便獲得作為校正之用的該相位誤差ΔΦ的數(shù)值，其中該統(tǒng)計方法系以無線頻率級的多重相位誤差量測為基礎(chǔ)；以及把以此方式所決定的該相位誤差ΔΦ程序化入該接收及/或傳送系統(tǒng)。
5.如前述之任一權(quán)利要求所述之方法，其特征乃在于以下步驟透過量測在一特定無線頻率級內(nèi)的相位誤差來決定一作為校正之用的該相位誤差ΔΦ的數(shù)值；以及把以此方式所決定的該相位誤差ΔΦ程序化入具有該特定無線頻率級的接收及/或傳送系統(tǒng)。
6.一種具有同相(in the phase，I)與正交(quadrature，Q)信號處理路徑的接收及/或傳送系統(tǒng)，其特征系在于具有一計算裝置PC，其乃配設(shè)在該I與Q信號處理路徑的一數(shù)字信號處理部件之中并且對I與Q信號成分執(zhí)行相位校正。
7.如權(quán)利要求6所述之接收及/或傳送系統(tǒng)，其特征乃在于該計算裝置PC是設(shè)計用來執(zhí)行一以下列方程式或是一與下列方程式相近似的式子為基礎(chǔ)的計算I(Δφ)Q(Δφ)=cos(Δφ/2)-sin(Δφ/2)-sin(Δφ/2)cos(Δφ/2)IQ]]>其中I與Q是包含相位誤差的I與Q信號成分，I(ΔΦ)與Q(ΔΦ)則是相位誤差已被補(bǔ)償過的的I與Q信號成分，而ΔΦ則是用來校正的相位誤差。
8.如權(quán)利要求7所述之接收及/或傳送系統(tǒng)，其特征乃在于該計算裝置PC是設(shè)計用來執(zhí)行以下列方程式為基礎(chǔ)的計算I(Δφ)Q(Δφ)=1-Δφ/2-Δφ/2-Δφ/21-Δφ/2IQ.]]>
9.如權(quán)利要求6至8所述之任一接收及/或傳送系統(tǒng)，其特征乃在于該計算裝置PC是設(shè)計用來執(zhí)行以坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算(CordinateRotation Digital Computing，CORDIC)運(yùn)算法為基礎(chǔ)的計算。
10.一種包含如權(quán)利要求6至9所述之任一接收及/或傳送系統(tǒng)的行動無線接受器。
全文摘要
在一種在具有同相(in the phase，I)/正交(quadrature，Q)信號處理路徑的接收及/或傳送系統(tǒng)中補(bǔ)償相位誤差的方法之中，相位被校正過的I與Q信號成分乃由該I與Q信號處理路徑的一數(shù)字信號處理部件(10’)的計算級(PC)中計算而來。
文檔編號H03D3/00GK1535498SQ02814878
公開日2004年10月6日 申請日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月25日
發(fā)明者B·岡澤爾曼恩, B 岡澤爾曼恩 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司