專利名稱：用于減輕iq失衡的載波間帶寬控制的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及無線通信，并且具體地說，涉及在載波聚合系統中減輕多載波接收器中IQ失衡(imbalance)的方法。
背景技術：
為了在將來無線網絡中實現更高峰值數據率，稱為載波聚合的多個載波的同時傳送和接收被認為是關鍵要素。如在G. Yuan、X. Zhang、Wang和Y. Yang的名稱為“Carrieraggregation for LTE-Advanced mobile communication systems, ^ (^t IEEE Commun·Mag.中發表，vol. 48，no. 2，pp. 88-93，2010年2月)的論文中所述，第三代合作伙伴項目(3GPP) —直在標準化用于長期演進(LTE)的載波聚合，該文的公開通過引用以其整體結合于本文中。從移動終端的角度而言，載波聚合提出了前所未有的設計挑戰，特別是在需要同時傳送和接收多個非鄰接(non-contiguous)載波時。關于移動終端的接收器架構，直接轉換(direct conversion)接收器將很適合用于載波聚合。雖然直接轉換接收器近來已獲得許多青睞，但如B. Razavi的EEMicroelectronics一書(Upper Saddle River,NJ,Prentice_Hall, 1998)中所不的(其公開通過引用以其整體結合于本文中)，每個載波不可避免地要求單獨的接收器，由此導致低效的實現。另一方面，如A. Springer、L. Maurei^PR. Weigel 的名稱為“RF system conceptsfor highly integrated RFICs for ff-CDMA mobile radio terminals,，，(在IEEE Trans.Microw. Theory and Tech.中發表，vol. 50, no. I, pp. 254-267，2002 年 I 月)的論文(其公開容通過引用以其整體結合于本文中)中所述的，寬帶IF雙轉換接收器是已知的。寬帶IF雙轉換接收器再使用RF混頻級和IF混頻級(即，本地振蕩器或LO和混頻器)，從而允許具成本效益和功率高效的實現。另外，它保留有方向轉換(direction conversion)接收器的許多優點，例如，激進的載波聚合所必需的高度可編程的信道選擇。雙轉換接收器架構可應用到多載波接收。在例如雙載波雙轉換接收器中，一個接收器分支可接收和處理第一載波，而另一接收器分支接收和處理第二載波。通過選擇適當的LO頻率和混頻器參數，第二接收器分支可與第一分支共享LO和混頻器以節省硬件。圖I示出代表性雙載波雙轉換接收器的一部分。在此特定示例中，接收器在采用帶內非鄰接載波聚合的LTE下行鏈路中操作，但本發明的原理可適用于其它接收器和系統。在此示例中，接收器在天線接收已低噪聲放大的復合載波聚合信號。接收器包括RF LO頻率生成器和IF LO頻率生成器。RF下變頻器包括由正交相位和低通濾波器中兩個對應RFLO頻率信號驅動的兩個混頻器。結果的IF信號隨后進一步與具有不同相位的IF LO頻率信號進行混合。結果的基帶頻率信號在兩個接收器分支或信號處理路徑中組合。上部接收器分支接收和處理被調制到20 MHz載波頻率上的信號，而下部接收器分支接收和處理被調制到非鄰接5 MHz載波頻率上的信號。調制的信號可符合任何通信協議，如寬帶碼分多址(WCDMA)。在一些實施例中，通信協議可包括正交頻分復用(OFDM)。如本領域中已知的，OFDM信號被調制到多個副載波上，這些副載波一起占用載波帶寬。在本文中使用時，“載波帶寬”指一個或多個信號調制到的載波的頻率。載波可包括占用指定帶寬的單個載波(例如，擴展頻譜載波)，或者可包括一起占用指定帶寬的多個副載波。例如圖I所示接收器的雙載波雙轉換接收器的一個缺陷是對源于共享增益和相位失衡LO和混頻器的接收信號的同相(I)和正交(Q)分量之間的失衡(稱為IQ失衡)的敏感。IQ失衡被認為是無線電接收器中(特別是OFDM系統中)的主要損害源。
IQ失衡產生于包括L0、混頻器、濾波器、ADC等的失衡RF/模擬電路。通過控制一些電路參數，能夠校準RF/模擬電路，或者通過在數字基帶中的數據信號處理，能夠補償IQ失衡。IQ失衡的數字補償與模擬校準相比具有許多優點。例如，在原則上，它能夠用于許多無線電，因為它不要求無線電電路與數字基帶之間的專用接口。IQ失衡補償的主要益處是放寬有關IQ失衡的設計要求，并且克服模擬組件的基本限制(或者給定相同設計工作時，改進接收器性能)。IQ失衡的數字補償對于用于載波聚合(包括帶內非鄰接載波聚合)的雙轉換接收器也適用。與常規IQ失衡補償相比，一個不同之處是需要在接收和處理多個載波的多個接收器分支上進行聯合補償。考慮到IQ失衡造成載波間耦合，使得每個接收器分支中處理的信號包括其自己的載波及其它載波(即，在其它接收器分支中處理的信號)，這是不足為奇的。
發明內容
根據本文中所述和要求權利的本發明的一個或多個實施例，通過以與現有技術接收器相比的新穎和非明顯方式將接收器分支的頻率響應整形，促進數字IQ失衡估計和補償(實際，在一些情況下，完全變得可能)。具體而言，在多載波接收器中，在至少一個接收器分支中信號處理元件的頻率響應被設成不完全衰減關注頻帶中的接收信號。關注的頻帶大于該接收器分支處理的接收信號的載波帶寬。在一些實施例中，不衰減接收信號，并且部分衰減相鄰干擾信號。這允許有關干擾信號的信息在另一接收器分支中信號的IQ失衡誘發的載波間映像(image)中顯示，從而有利于IQ失衡的數字估計和補償。一個實施例涉及一種同時在接收器的相應第一和第二分支中接收和處理至少第一和第二通信信號的方法。第一信號被調制到具有第一帶寬的第一載波上，并且第二信號被調制到具有第二帶寬的第二載波上。接收第一和第二信號。第一接收器分支中的信號處理元件的頻率響應被設成足以不衰減至少第一信號的頻率響應，并且第一信號在第一接收器分支中被處理。第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應被設成足以不完全衰減關注頻帶內的接收信號的頻率響應，關注頻帶的寬度大于第二信號的載波帶寬，并且第二信號在第二接收器分支中被處理。估計第一與第二接收信號的I與Q分量之間的失衡，并且在第一和第二接收信號上聯合補償估計的IQ失衡。
另一實施例涉及操作以接收至少第一和第二通信信號的接收器。第一信號被調制到具有第一帶寬的第一載波上，并且第二信號被調制到具有第二帶寬的第二載波上。第一接收器包括第一接收器分支，該分支包括具有第一頻率響應的信號處理元件并操作以接收和處理第一信號。接收器還包括第二接收器分支，該分支包括具有第二頻率響應的信號處理元件并操作以接收和處理第二信號。第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應足以不完全衰減關注頻帶內的接收信號，關注頻帶的寬度大于第二信號的載波帶寬。
圖I是根據現有技術的雙載波雙轉換接收器的功能電路示意圖。圖2是通信信號路徑和信號損害的各種源的功能框圖。圖3A和3B示出用于處理具有不同載波帶寬的信號的雙載波接收器的常規頻率響應整形。圖4A和4B示出根據本發明的一個實施例的用于接收器分支的頻率響應整形。圖5A和5B示出根據本發明的一個實施例的用于接收器分支的頻率響應整形。圖6是根據本發明的一個實施例的實現頻率響應整形的雙載波雙轉換接收器的功能電路不意圖。圖7A和7B示出用于處理具有相同載波帶寬的信號的雙載波接收器的常規頻率響應整形。圖7C和7D示出根據本發明的一個實施例的用于處理具有相同載波帶寬的信號的接收器的頻率響應整形。圖8是在各種頻率響應整形條件下多載波接收器性能的曲線圖。圖9是根據本發明的實施例的多載波無線通信接收器的功能框圖。圖10是同時接收和處理兩個無線通信信號的方法的流程圖。
具體實施例方式IQ失衡的數字補償包括兩個步驟失衡估計和失衡補償。用于載波聚合的情況也是如此。在未決的美國專利申請13/045386中陳述了用于載波聚合的IQ失衡的數字補償的詳細信息。雙轉換接收器能夠如圖2所示來建模。傳送器位于eNodeB中，并且包括數字有限脈沖響應(FIR)濾波器和模擬脈沖形狀濾波器(PSF)。用于兩個載波的脈沖形狀濾波器的頻率響應表示為/Tfal (/)和/Zi32(Z)。用于兩個載波的傳送的信號通過表示為化M(/)和Hch2 (/)的多徑衰落信道(CH)傳播。接收器位于UE中，并且包括帶有失衡參數&和&的RF混頻器、模擬IF濾波器、帶有失衡參數.//和Ji的IF混頻器、表示為/Zral(Z)和&2(/)的模擬信道選擇濾波器(CSF)及FIR濾波器。為簡明起見，省略了包括OFDM處理的數字基帶部分，但模型假設了數字基帶，因為本發明的實施例涉及IQ失衡的數字補償。如圖I中所例示的，雙轉換接收器具有用于每個載波的分開的分支。假設所有濾波器在分支內是完全平衡的。換而言之，沒有通常稱為IQ失衡的載波內失衡(實際上，IQ失衡主要產生于RF混頻級)。兩個分支的接收信號&(/)和T2(Z)表示為
權利要求
1.一種在接收器的相應第一和第二分支中同時接收和處理至少第一和第二通信信號的方法，其中所述第一信號被調制到具有第一帶寬的第一載波上，并且第二信號被調制到具有第二帶寬的第二載波上，所述方法包括以下步驟 接收所述第一和第二信號； 將所述第一接收器分支中信號處理元件的頻率響應設置成足以不衰減至少所述第一信號的頻率響應； 在所述第一接收器分支中處理所述第一信號； 將所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應設置成足以不完全衰減關注頻帶內的接收信號的頻率響應，所述關注頻帶的寬度大于所述第二信號的載波帶寬； 在所述第二接收器分支中處理所述第二信號； 估計所述第一和第二接收信號的同相(I)與正交(Q)分量之間的失衡；以及 在所述第一和第二接收信號上聯合補償所估計的IQ失衡。
2.如權利要求I所述的方法，其中設置接收器分支中信號處理元件的頻率響應包括設置所述接收器分支中至少模擬可變增益放大器和模擬信道選擇濾波器的頻率響應。
3.如權利要求I所述的方法，其中設置接收器分支中信號處理元件的頻率響應包括設置所述接收器分支中數字濾波器和插值器的頻率響應。
4.如權利要求I所述的方法，其中設置接收器分支中信號處理元件的頻率響應包括配置數字基帶快速傅立葉變換器(FFT)與確定的頻率響應一起操作。
5.如權利要求I所述的方法，其中所述第一信號載波帶寬比所述第二信號載波帶寬更寬，以及其中設置所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應包括將所述頻率響應設置成與所述第一信號的帶寬至少一樣寬。
6.如權利要求5所述的方法，其中足以不完全衰減關注頻帶內的接收信號的頻率響應包括足以不衰減所述關注帶寬內的接收信號的頻率響應。
7.如權利要求5所述的方法，其中足以不完全衰減關注頻帶內的接收信號的頻率響應包括足以不衰減所述第二信號以及部分衰減所述關注帶寬內的干擾信號的頻率響應。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述關注頻帶內干擾信號的部分衰減的程度由所述干擾信號在所述第二接收器分支中引入的量化誤差來確定。
9.如權利要求I所述的方法，其中所述第一和第二信號載波帶寬相等，以及其中設置所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應包括設置所述頻率響應以匹配所述第一接收器分支中信號處理元件的頻率響應。
10.如權利要求I所述的方法，其中所述第一信號載波帶寬比所述第二信號載波帶寬更寬，以及其中設置所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應包括以下步驟 估計所述第一和第二信號中干擾的功率級別； 如果所述干擾功率級別足以使源于IQ失衡的干擾功率增大到預定的閾值之上，但不足以使所述第二接收器分支中的量化誤差增大到預定的量化誤差閾值之上，則將所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應設置成不完全衰減所述關注頻帶內的干擾信號；以及 在其它情況下設置所述頻率響應等于所述第二信號的載波帶寬。
11.如權利要求I所述的方法，其中設置所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應包括設置所述頻率響應等于所述第一接收器分支中信號處理元件的頻率響應；以及還包括 校準所述第一和第二接收器分支以具有在預定的頻率響應誤差閾值內的相同頻率響應。
12.如權利要求11所述的方法，其中校準所述第一 和第二接收器分支包括在所述接收器最初被供電到操作狀態時執行所述校準。
13.如權利要求11所述的方法，其中校準所述第一和第二接收器分支包括在預定的間隔執行所述校準。
14.如權利要求11所述的方法，其中校準所述第一和第二接收器分支包括將測試信號注入至少一個接收器分支中并在所述分支中信號處理的輸出測量其衰減。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述測試信號包括單音信號。
16.如權利要求15所述的方法，還包括在所述第一帶寬上改變所述單音測試信號的頻率的同時重復所述校準測試。
17.如權利要求16所述的方法，其中所述單音測試信號的頻率在副載波的子集上被變化。
18.如權利要求I所述的方法，其中所述第一和第二信號是正交頻分復用信號，所述第一信號被調制到第一多個副載波上，所述第一多個副載波具有第一帶寬，所述第二信號被調制到第二多個副載波上，所述第二多個副載波具有第二帶寬，以及 設置所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應包括設置所述頻率響應等于所述第一接收器分支中信號處理元件的頻率響應；以及 在每副載波的基礎上估計IQ失衡并補償所估計的IQ失衡。
19.如權利要求18所述的方法，其中在每副載波的基礎上估計IQ失衡包括在每個副載波上將測試信號注入至少一個接收器分支。
20.如權利要求18所述的方法，還包括為無導頻信號的每個副載波使用判決引導的IQ估計。
21.一種操作以接收至少第一和第二通信信號的接收器，其中所述第一信號被調制到具有第一帶寬的第一載波上，并且所述第二信號被調制到具有第二帶寬的第二載波上，所述接收器包括 第一接收器分支，包括具有第一頻率響應的信號處理元件并操作以接收和處理所述第一信號；以及 第二接收器分支，包括具有第二頻率響應的信號處理元件并操作以接收和處理所述第二信號; 其中所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應足以不完全衰減關注頻帶內的接收信號，所述關注頻帶的寬度大于所述第二信號的載波帶寬。
22.如權利要求21所述的接收器，其中足以不完全衰減關注頻帶內的接收信號的頻率響應包括足以不衰減所述關注帶寬內的接收信號的頻率響應。
23.如權利要求21所述的接收器，其中足以不完全衰減關注頻帶內的接收信號的頻率響應包括足以部分衰減所述關注帶寬內的干擾信號的頻率響應。
24.如權利要求23所述的接收器，其中所述關注頻帶內干擾信號的衰減的程度由所述干擾信號在所述第二接收器分支中引入的量化誤差來確定。
25.如權利要求23所述的接收器，其中所述第一和第二信號載波帶寬相等，以及其中所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應等于所述第一接收器分支中信號處理元件的頻率響應。
26.如權利要求21所述的接收器，還包括 干擾功率估計器，操作以估計所述第一和第二信號中干擾的功率級別；以及 適應的頻率響應功能，操作以如果所述干擾功率級別足以使IQ失衡增大到預定的IQ失衡閾值之上，但不足以使所述第二接收器分支中的量化誤差増大到預定的量化誤差閾值之上，則適應地設置所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應以不完全衰減所述關注頻帶內的干擾信號，并且操作以在其它情況下設置所述頻率響應等于所述第二帶寬。
27.如權利要求21所述的接收器，其中所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應等于所述第一接收器分支中信號處理元件的頻率響應，以及還包括 校準単元，操作以校準所述第一和第二接收器分支以具有在預定的頻率響應誤差閾值內的相同頻率響應。
28.如權利要求27所述的接收器，其中所述校準単元操作以在所述接收器最初被供電到操作狀態時執行所述頻率響應校準。
29.如權利要求27所述的接收器，其中所述校準単元操作以在預定的間隔執行所述頻率響應校準。
30.如權利要求27所述的接收器，其中所述校準単元操作以通過將測試信號注入至少ー個接收器分支中并在所述分支中信號處理的輸出測量其衰減來執行所述頻率響應校準。
31.如權利要求30所述的接收器，其中所述測試信號包括単音信號。
32.如權利要求30所述的接收器，還包括在所述第一帶寬上改變所述單音測試信號的頻率的同時重復所述校準測試。
33.如權利要求21所述的接收器，其中所述第一和第二信號被正交頻分復用，所述第一信號被調制到第一多個副載波上，所述第一多個副載波具有第一帶寬，所述第二信號被調制到第二多個副載波上，所述第二多個副載波具有第二帶寬，并且所述第二接收器分支中信號處理元件的頻率響應等于所述第一接收器分支中信號處理元件的頻率響應，以及還包括 IQ失衡估計和補償功能，操作以在每副載波基礎上估計IQ失衡并補償所估計的IQ失衡。
34.如權利要求33所述的接收器，其中所述IQ失衡估計和補償功能操作以通過在每個副載波上將測試信號注入至少ー個接收器分支而在每副載波基礎上估計IQ失衡。
35.如權利要求34所述的接收器，其中所述IQ失衡和補償功能還操作以為無導頻信號的每個副載波使用判決引導的IQ估計。
全文摘要
通過將接收器分支的頻率響應整形，有利于載波聚合環境中數字IQ失衡估計和補償。具體而言，在多載波接收器中，至少一個接收器分支中信號處理元件的頻率響應被設成不完全衰減關注頻帶中的接收信號。關注的頻帶大于該接收器分支處理的接收信號的載波帶寬。在一些實施例中，不衰減接收信號，并且部分衰減相鄰干擾信號。這允許有關干擾信號的信息在另一接收器分支中信號的IQ失衡誘發的載波間映像中顯示，從而有利于IQ失衡的數字估計和補償。
文檔編號H04L27/38GK102859959SQ201180022267
公開日2013年1月2日 申請日期2011年5月3日 優先權日2010年5月3日
發明者C.帕克, L.孫德斯特倫, J.斯文松 申請人:瑞典愛立信有限公司