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一种镜像频率抑制方法研究雷霖;罗浚溢;田书林【摘要】针对实际采样中往往有对镜像频率进行抑制的需要,提出了一种基于广义逆的镜像频率抑制系统,利用周期非均匀采样的时间延迟为采样信号的中心频率的四分之一时两通道相位差为干90°的特点,借助联合子空间理论把镜像频率抑制的过程转换为矩阵向量运算,通过广义逆就可以得到抑制的信号；由于采样通道的失配误差,提出了一种前向固定式误差补偿方式；并与传统的镜像抑制方式进行了比较得出了提出的方法在抑制效果等方面都好于传统方式.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2013(035)003【总页数】4页(P102-105)【关键词】广义逆;联合子空间;矩阵运算;镜像抑制;误差补偿【作者】雷霖;罗浚溢;田书林【作者单位】成都大学电子信息工程学院,四川成都610106;电子科技大学自动化工程学院,四川成都611731;成都大学电子信息工程学院,四川成都610106;电子科技大学自动化工程学院,四川成都611731;电子科技大学自动化工程学院,四川成都611731【正文语种】中文【中图分类】TM9330 引言对射频信号中的镜像频率进行有效抑制是中频接收机关键技术之一，在很大程度上是衡量中频接收机性能优越性的相关指标［1］。
传统上使用最多的方法是超外差式［2］，这种方式的前端必须预先设置高频镜像抑制滤波器，这就必然要求中频fIE足够高，而且这种前置滤波器不能集成实现不利于在数字电路中运用。
正交下变频镜像抑制方法克服了超外差式的缺点，这种方法最大的优点是不需要前端高频镜像抑制滤波器，易于集成实现。
在理想情况下，正交下变频具有完全的镜像抑制能力，可以简化射频前端，使接收机的设计更加方便，但是正交下变频需要I\Q两个支路完全同步，由于使用了非理想的混频器、滤波器、自动增益控制模块等等器件将造成两个支路的相位与增益失真，影响了镜像信号的抑制能力［3］。
随着软件无线电技术［4］的发展使得ADC可以最大限度地直接接近射频天线，使所有的处理过程都在数字域实现，有效地减少了由于器件原因所造成的误差。
*基金项目：广东省教育厅科研项目资助（2017G K T S C X 045）；广州市科技计划项目资助（201707010389）；广州市教育局市属高校科研项目（1201620439）；广州番禺职业技术学院“青山湖青年学者”科研项目（2016Q001）；京信通信研究基金（JX-PYP-201501，H2017007）**通信作者收稿日期：2018-04-26一种零中频数字接收机镜像抑制新算法*A New Image Rejection Algorithm for Zero-IF Digital Receiver首先提出在零中频接收机中由于I/Q 信号不平衡导致产生镜像干扰信号的数学模型，然后根据复随机信号的二阶统计特性，详细推导提出一种零中频数字接收机镜像抑制算法，并对算法实现的运算量进行合理的简化和分析，仿真结果表明：镜像抑制算法能够有效地抑制宽带信号和窄带信号在零中频接收机中产生的镜像信号，同时算法实现复杂度低。
零中频；I/Q 不平衡；镜像抑制；循环平稳In this paper, fi rstly, the mathematical model of the image interference signal is derived in the zero-IF receiver due to the imbalance of the I/Q signal. Then, according to the second-order statistics of complex random signal, an image rejection algorithm for zero-IF digital receiver is deduced in detail. The computational complexity of the proposed algorithm is feasibly simplifi ed and analyzed. The simulation results show that the image rejection algorithm can not only effectively suppress the mirror signal of broadband and narrow-band signals generated in zero-IF receivers, but also achieve low computational complexity.zero IF; I/Q imbalance; image rejection; cyclic stability（1.京信软件科技（广州）有限公司，广东 广州 510663；2.京信通信技术（广州）有限公司，广东 广州 510663；3.广州番禺职业技术学院，广东 广州 510663）(1. Comba Software Technology (GUANGZHOU) Ltd., Guangzhou 510663, China;2. Comba Telecom Technology (GUANGZHOU) Ltd., Guangzhou 510663, China3. Guangzhou Panyu Polytechnic, Guangzhou 510663, China)【摘 要】【关键词】区洋1，刘重军2，邓单3**OU Yang 1, LIU Zhongjun 2, DENG Dan 3[Abstract][Key words]1 引言在传统数字通信系统中，无线电射频（RF ）信号进入接收端天线，通过下变频技术将射频信号转换为中频（IF ）信号，再利用IQ 解调技术将中频信号转换为I/Q 相互正交的两路基带信号。
镜像抑制及其对所需信号的影响AD9361 和AD9371 RadioVerse? 宽带收发器系列均提供无与伦比的集成度、众多的功能和大量用户可选选项。
这两个系列在几个主要方面表现出明显不同的性能水平，而且两者的功耗也有很大差异。
镜像抑制是区分这两个系列的性能之一。
本文探讨了镜像的来源、含义及其对整体系统性能的影响方式。
掌握了这些信息，客户便可做出明智决策并选择适合应用的收发器。
镜像抑制基础知识AD9361和AD9371系列均使用零中频（亦称为zero-IF或ZIF）架构实现极高的集成度并显著减少系统中频率相关组件的数量。
如图1中的AD9371功能框图所示，主接收信号路径和主发送信号路径使用一个复数混频器级，在以本振(LO) 频率为中心的射频(RF) 和以直流为中心的基带之间进行转换。
图1. RadioVerse AD9371收发器功能框图。
尽管凭借这样的高集成度提供了许多优势，但ZIF无线电器件也带来了挑战。
复数混频器具有同相(I) 信号和正交相(Q) 信号。
一旦这些信号的相位或幅度出现任何不匹配，组合上变频的I信号和Q信号时会导致求和和消除性能下降。
上面引用的文章中描述了这一点。
当发送所需信号时，不完美的消除会导致在该信号本振(LO) 频率的相反侧出现该信号的反相副本。
这一信号副本被称为镜像，与其对应的所需信号相比，幅度更小。
同样，当接收所需信号时，所需信号的反相副本会出现在该信号直流的相反侧。
在其他架构（例如超外差架构）中，可以在中间级进行镜像滤波。
ZIF架构的主要优势是去除了这些滤波器和中间混频器级，但这需要极佳的I和Q平衡才能将镜像幅度降低到可接受水平。
图2中经过简化的接收信号路径示意图显示了这些不匹配与A、fC和φ指定的不匹配发生的位置。
只有一条路径显示失配的相位，因为它是形成镜像的信号路径之间的不平衡，而不是信号路径的绝对增益和相位。
因此，在一条路径中显示所有不平衡因素，这在数学上是正确的。
一种零中频接收机的镜像抑制办法
技术领域
本实用新型涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种射频拉远系统零中频镜像消除的方法。
背景技术
随着通信领域的信号带宽越来越宽，特别是LTE时代的到来，并且混模制式信号传输的需求增加，零中频方案成为解决大带宽信号传输的一个有效途径。
在零中频的应用过程中发现，由于I路和Q路的相位和幅度不平衡而导致的信号镜像存在，镜像会影响系统的指标。
当主信号关于中心频点对称时，镜像与主信号会重叠在一起，此时会影响信号的EVM；当主信号不关于中心频点对称时，主信号与镜像关于中心频点对称，影响系统的带内杂散，同时会对带内的其他有用信号干扰。
本发明提供了一种零中频的校正方法。
该方法应用简单，通过设备上电自动进行校准，无需人工干预。
特别适合在LTE及其混模制式的信号大带宽信号的传输过程中应用。
附图说明：
图1 零中频镜像校正硬件结构图；
图2 零中频校正FPGA接收部分实现结构图；
图3零中频校正FPGA发送部分实现结构图；
发明内容
该抑制办法首先要搭建如下的硬件实现框架，如图1所示。
该结构分为：上行滤波器，上行切换开关SW1，上行放大器，上行零中频调制器，上行AD，射频上行本振，FPGA芯片，监控部分，下行DA，下行调制器，下行滤波器，下行放大器，下行射频开关SW2，射频下行本振。
零中频的射频拉远系统包括上行和下行链路，本发明首先需要在正常的信号链路建立之前，FPGA发送一个大带宽的白噪声信号，该信号通过环回到上行接收，接收端应用此信号进行系数计算，并且将此系数写死到FPGA当中，校正正常信号的镜像。
上行切换开关SW1在信号链路正常的情况下是打到1点，在镜像校正的情况下打到2点与下行开关相连。
下行切换开关SW2在信号链路正常的情况下是打到2点，在镜像矫正的情况下打到1点与上行开关相连。
上行滤波器是为了滤除系统有用信号外的其他信号，要求滤波器的抑制性好，波动良好。
上行放大器用来放大射频信号，以便能够将AD前端的信号功率放大，有效的利用AD的位数，使得采样精度更高。
上行零中频调制器将射频信号调制为零频信号，一般的零中频调制器都会带有镜像的抑制功能，本发明也是利用零中频芯片实现镜像的第一级校正。
该芯片输出为差分信号，IQ两路，那么对应到AD芯片就需要双路的AD来接收零中频调制器输出的信号。
上行AD芯片实现零频信号的模拟到数字的转换。
芯片可采用市场上常见的200MHz以下的型号，该速率能够实现带宽200MHz 的信号采样（在零中频方案中）。
AD芯片输出为11位的数据，因
为该芯片为双路，那么数字输出可分为I路数据和Q路数据。
射频上行本振为零中频调制器的本振，该本振与射频信号的中心频点相同，零中频调制器以其为本振将射频信号下变频为零频信号。
FPGA芯片上是实现镜像抑制的第二级器件，第一级为上行零中频调制器。
在正常的信号链路中，FPGA在上行链路中实现下变频、CPRI打包、搬频等功能。
在本发明中主要说明其实现镜像抑制的方法。
FPGA接收到I路和Q路数据后进行自相关和互相关操作，之后将所得到的数据通过总线发送到监控部分，监控用此数据进行计算得到校正系数A和P，然后将此校正系数下发到FPGA，FPGA 根据此数据对链路数据进行校正。
此后此系数会固定在FPGA的校正模块当中。
实现信号链路零中频镜像信号的消除。
下行DA芯片作为下行链路的数字到模拟的转换器件，将FPGA 发送过来的数据进行数模转换。
在本发明中，其将FPGA发送的校正数据进行模数转换发送给下行调制器。
DA为16位双路芯片。
中频的选择可以选择高中频，这样能够用后面的滤波器把下行镜像和直流抑制掉，保证给到上行的信号质量。
下行调制器是将DA输出的中频信号调制为射频信号。
射频下行本振提供下行调制器本振信号。
下行滤波器将有用信号带外的信号进行抑制。
下行放大器对下行的射频信号进行线性放大。
FPGA接收部分实现框图如图2所示。
I为AD芯片输出的I路输出，Q为AD芯片输出的Q路数据。
FPGA首先通过I data接收和Q data接收两个模块分别将I路和Q路数据获取，通过内部乘法器将获得的每一个数据进行自相关运算，得到2
I和2n Q(n为采样的的
n
第几个数据，最大值取决于采样的数据深度)。
此操作通过I自相关
模块和Q 自相关模块实现。
并通过I 、Q 互相关模块实现每一个I 和Q 的互相关，得到n n Q I *。
此三种类型的数据通过校正数据交互模块得到2n I E 、2n Q E 和n n Q I E *发送到监控部分。
这三个数据为将所
得的2n I 、2n Q 和n n Q I *数据加和求平均。
监控部分将校正系数计算完
成后下发到Qdata 校正模块。
本发明以I 路数据为基准对Q 路数据进行校正，故Q 路数据多了Qdata 校正模块。
假设Q 路校正后的数据为n c
Q ，那么 n c Q ()n n n n Q A Q P I =++。
I 路无需校正。
因FPGA 无法实现除法操作，监控部分实现求参数功能，用以下的公式：
E E A 2*E =222（I ）-（Q ）
（Q ）； A E I Q E I P -=2（1+）*（）（）该公式在“无线通
信接收机中基带信号的IQ 不平衡校准方法及设备”专利中已经有描述。
FPGA 下行白噪声发生部分如图3所示。
FPGA 基带部分产生一个白噪声，经过内插模块内插之后提高信号的速率，经过内插之后的信号仍然是一个全频带的白噪声，经过数字滤波器之后将产生一个带宽等同于射频带宽的白噪声信号，该信号经过下行链路发送。
实施方式：
1. SW1打到2触点，SW2打到1触点。
2. 系统上电后首先FPGA 白噪声产生模块发送基带白噪声信号，经过内插和滤波器之后，送到DA 芯片为大带宽的白噪声信号,DA 转换之后经过下行射频链路调制为射频信号。
3. 大带宽白噪声信号经过两个开关SW1和SW2耦合到上行链
路。
该信号经过上行滤波器和放大器传到上行零中频调制器。
零中频调制器在实现下变频的过程中，同时实现第一级镜像抑制功能。
将镜像抑制到-40dbm 左右。
4. 上行AD 芯片采取了射频的零中频芯片发送的IQ 数据进行模数转换。
并将转换得到的数字数据发送到FPGA 。
5. FPGA 分别抓取I 和Q 的数据，取得足够的数据深度。
将
每一个I 和Q 数据进行自相关操作和互相关操作，得到到n n Q I *，
2n I 和2n Q 。
将取得的数据深度内的所有数据通过校正数据交互模块实现
2n I E 、2n Q E 和n n Q I E *。
6. FPGA 通过总线将这三个数据传送到监控模块。
7. 监控模块通过公式：E E A 2*E =
222（I ）-（Q ）（Q ）； A E IQ E I P -=2
（1+）*（）（） 得到校正系数A 和P 。
8. 监控模块通过总线将A 和P 下发到FPGA Qdata 校正模块，
该模块利用公式：n c Q ()n n n n Q A Q P I =++对Q 路数据进行校正。
因I 路
数据是基准数据，无需校正，Q 路数据校正完成后I 路和Q 路的相位和幅度平衡，进而能够保证镜像被消除。
9. 将SW1打到1触点，SW2打到2触点，构建正常通信的信号链路。
经过试验检测发现，该方案简单易行，矫正效果好，能够将镜像矫正到底噪附近，对系统的EVM 、带内杂散和灵敏度的指标均有提升。
附图
图1
图2
图3。
