本发明涉及一种实现本振泄漏快速校准的方法，包括选取(0，0)点作为参考点，测量本振泄漏功率；随机选取多个参考点，测量多组对应的本振泄漏功率；消去功率因子A；化简得到圆方程；基于最小二乘原理列出所有圆方程的交点误差E(x，y)；利用牛顿法迭代寻找E(x，y)的最小值，得到目标值。本发明还涉及相应的系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质。采用了本发明的实现本振泄漏快速校准的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质，大幅度减少本振泄漏校准的测量次数，进而缩短所需的校准时间，校准效率更高。理论上最少只需测量4组不同偏置I和偏置Q的本振泄漏功率，就能直接解出目标值；而测量的点数越多，解出的目标值准确度越高。
实现本振泄漏快速校准的方法、系统、装置、处理器及其计算
机可读存储介质
技术领域
[0001] 本发明涉及无线通信设备研发领域，尤其涉及无线通信发射机本振泄漏问题领域，具体是指一种实现本振泄漏快速校准的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
背景技术
[0002] 对于一个无线发射机来说，信号数据由基带产生，经过数模转换器(Digital‑to‑Analog Converter，DAC)由数字信号转为模拟信号，此时信号的频率通常比较低，需要使用混频器将信号搬移到需要的频段，混频器的原理如图1所示，IQ信号与本振相乘后合并，便得到以本振为中心的信号。但是，在IQ混频的过程中，由于IQ信号存在直流偏置或是混频器隔离度不高，导致混频后的信号叠加了一部分本振信号，这一现象称作本振泄漏。由于无线通信的频带较宽，本振泄漏作为单频点信号，功率常常高于旁边的正常通信信号，在无线通信过程中，会影响到中心频点附近符号点的解调，造成这些符号点的解调误码，进而影响误码率和系统的吞吐率，因而就需要对发射机的本振泄漏问题进行校准，尽量压低发射机信号的本振泄漏。
[0003] 通常在基带数字域给IQ信号施加一个特定的偏置分量，之后IQ信号与本振混频时，偏置分量与本振相乘得到特定功率和特定相位的本振频率分量，当这个分量与原本的本振泄漏功率相近、相位相反时，就会抵消本振泄漏的幅值，这就是本振泄漏校准的原理。要寻找一组合适的IQ偏置值，用来抵消本振泄漏信号，并尽量降低信号中本振功率的占比。
如图2所示是本振泄漏校准时的连接关系，发射机的信号连接至频谱仪，用来查看本振频点处的功率大小，“偏置I”和“偏置Q”分别叠加在基带信号的I分量和Q分量，校准时不断修改“偏置I”和“偏置Q”的值并观察频谱仪本振泄漏功率的变化，当本振泄漏功率达到最低时，说明当前的“偏置I”和“偏置Q”恰好能够抵消硬件的本振泄漏信号。如图3所示本振泄漏功率随偏置I和偏置Q变化情况的仿真图，当偏置I和偏置Q的数值越接近恰好抵消本振泄漏的目标值时，本振泄漏功率将会呈迅速下降，并会最终降至靠近底噪的功率水平。
[0004] 为了找到偏置I和偏置Q的目标值，通常的做法是依次沿着I坐标轴和Q坐标轴修改偏置值，每次只修改一个维度的偏置，即修改偏置I时维持偏置Q为一个固定值，每次依据特定的修改步长来修改偏置I并测量该组偏置值下的本振泄漏功率，本振泄漏功率变小时，就继续沿着相同方向修改偏置，本振泄漏功率变大时，就沿着相反方向修改偏置，当找到最低的本振泄漏功率时，维持此时的偏置I不变，改变偏置Q的值并继续寻找本振泄漏功率的最低点，直到找到最佳的偏置I和偏置Q组合。这样的操作方法简单易行，但由于只沿着与I或Q坐标轴平行的方向寻找目标点，每次修改偏置值，都要测量本振泄漏功率，使得校准过程耗时很长，效率很慢。
发明内容
[0005] 本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足高效、快速、适用范围较为广泛的实现本振泄漏快速校准的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的实现本振泄漏快速校准的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
[0007] 该实现本振泄漏快速校准的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
[0008] (1)选取(0，0)点作为参考点，测量本振泄漏功率；
[0009] (2)随机选取多个参考点，测量多组对应的本振泄漏功率；
[0010] (3)消去功率因子A；
[0011] (4)化简得到圆方程；
[0012] (5)基于最小二乘原理列出所有圆方程的交点误差E(x，y)；
[0013] (6)利用牛顿法迭代寻找E(x，y)的最小值，得到目标值。
[0014] 较佳地，所述的步骤(1)中计算(0，0)点的本振泄漏功率，具体为：
[0015] 根据以下公式计算(0，0)点的本振泄漏功率：
[0016] P0＝A(tI2+tQ2)
[0017] 其中，tI和tQ为造成本振泄漏的硬件偏置，A为数字域到模拟域的功率增益。
[0018] 较佳地，所述的步骤(2)中计算多组对应的本振泄漏功率，具体为：
[0019] 根据以下公式计算多组对应的本振泄漏功率：
[0020] Pn＝A[(in‑tI)2+(qn‑tQ)2]；
[0021] 其中，n为多组参考点的数量，基带附加的偏置I记为i，基带附加的偏置Q记为q，tI和tQ为造成本振泄漏的硬件偏置，A为数字域到模拟域的功率增益，n＝1，2，…，N。
[0022] 较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
[0023] 将每个参考点(in，qn)的本振泄漏功率等式除以(i0，q0)下的等式P0，消去功率增益因子A，具体为：
[0024] 根据以下公式消去功率增益因子A：
[0025]
[0026] 其中，tI和tQ为造成本振泄漏的硬件偏置，A为数字域到模拟域的功率增益，n＝1，2，…，N。
[0027] 较佳地，所述的步骤(4)中化简得到圆方程，具体为：
[0028] 根据以下公式化简得到圆方程：
[0029]
[0030] 其中， 为半径平方，(oI，oQ)为圆心坐标，
[0031] 较佳地，所述的步骤(6)具体为：
[0032] 选取初始的未知量集合θ，进行迭代，迭代结果θk逐渐逼近目标点(tI，tQ)，直到θk精度满足要求后，停止迭代。
[0033] 较佳地，所述的步骤(6)中根据牛顿法进行迭代，迭代表达式具体为：
[0034] θk+1＝θk‑[J(θk)TJ(θk)]‑1J(θk)TF(θk)
[0035] 其中，θ为将需求解的未知量集合，k为迭代次数，θk为每次迭代结果。
[0036] 该实现本振泄漏快速校准的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
[0037] 本振泄漏功率测量模块，用于选取(0，0)点作为参考点，测量本振泄漏功率；
[0038] 随机多组本振泄漏功率测量模块，用于随机选取多个参考点，测量多组对应的本振泄漏功率；
[0039] 功率因子消去模块，用于消去功率因子A；
[0040] 圆方程化简模块，用于化简得到圆方程；
[0041] 圆方程交点误差处理模块，用于基于最小二乘原理列出所有圆方程的交点误差E(x，y)；
[0042] 最小值寻找模块，用于利用牛顿法迭代寻找E(x，y)的最小值，得到目标值。
[0043] 该实现本振泄漏快速校准的装置，其主要特点是，所述的装置包括：
[0044] 处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
[0045] 存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现本振泄漏快速校准的方法的步骤。
[0046] 该实现本振泄漏快速校准的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现本振泄漏快速校准的方法的步骤。
[0047] 该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的实现本振泄漏快速校准的方法的各个步骤。
[0048] 采用了本发明的实现本振泄漏快速校准的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质，大幅度减少本振泄漏校准的测量次数，进而缩短所需的校准时间，校准效率更高。理论上最少只需测量4组不同偏置I和偏置Q的本振泄漏功率，就能直接解出目标值；而测量的点数越多，解出的目标值准确度越高。
附图说明
[0049] 图1为本发明的实现本振泄漏快速校准的方法的IQ正交调制原理框图。
[0050] 图2为本发明的实现本振泄漏快速校准的方法的本振泄漏校准时的连接关系示意图。
[0051] 图3为本发明的实现本振泄漏快速校准的方法的本振泄漏功率随偏置I和偏置Q变化情况的仿真图。
[0052] 图4为本发明的实现本振泄漏快速校准的方法的操作流程示意图。
[0053] 图5为本发明的实现本振泄漏快速校准的方法的实际测试结果示意图。
[0054] 图6为本发明的实现本振泄漏快速校准的方法的测试结果目标点附近的局部放大示意图。
[0055] 图7为本发明的实现本振泄漏快速校准的方法的测试数据迭代结果示意图。
具体实施方式
[0056] 为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0057] 本发明的该实现本振泄漏快速校准的方法，其中包括以下步骤：
[0058] (1)选取(0，0)点作为参考点，测量本振泄漏功率；
[0059] (2)随机选取多个参考点，测量多组对应的本振泄漏功率；
[0060] (3)消去功率因子A；
[0061] (4)化简得到圆方程；
[0062] (5)基于最小二乘原理列出所有圆方程的交点误差E(x，y)；
[0063] (6)利用牛顿法迭代寻找E(x，y)的最小值，得到目标值。
[0064] 作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)中计算(0，0)点的本振泄漏功率，具体为：
[0065] 根据以下公式计算(0，0)点的本振泄漏功率：
[0066] P0＝A(tI2+tQ2)
[0067] 其中，tI和tQ为造成本振泄漏的硬件偏置，A为数字域到模拟域的功率增益。
[0068] 作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)中计算多组对应的本振泄漏功率，具体为：
[0069] 根据以下公式计算多组对应的本振泄漏功率：
[0070] Pn＝A[(in‑tI)2+(qn‑tQ)2]；
[0071] 其中，n为多组参考点的数量，基带附加的偏置I记为i，基带附加的偏置Q记为q，tI和tQ为造成本振泄漏的硬件偏置，A为数字域到模拟域的功率增益，n＝1，2，…，N。
[0072] 作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
[0073] 将每个参考点(in，qn)的本振泄漏功率等式除以(i0，q0)下的等式P0，消去功率增益因子A，具体为：
[0074] 根据以下公式消去功率增益因子A：
[0075]
[0076] 其中，tI和tQ为造成本振泄漏的硬件偏置，A为数字域到模拟域的功率增益，n＝1，2，…，N。
[0077] 作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4)中化简得到圆方程，具体为：
[0078] 根据以下公式化简得到圆方程：
[0079]
[0080] 其中， 为半径平方，(oI，oQ)为圆心坐标，
[0081] 作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(6)具体为：
[0082] 选取初始的未知量集合θ，进行迭代，迭代结果θk逐渐逼近目标点(tI，tQ)，直到θk精度满足要求后，停止迭代。
[0083] 作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(6)中根据牛顿法进行迭代，迭代表达式具体为：
[0084] θk+1＝θk‑[J(θk)TJ(θk)]‑1J(θk)TF(θk)
[0085] 其中，θ为将需求解的未知量集合，k为迭代次数，θk为每次迭代结果。
[0086] 作为本发明的优选实施方式，该实现本振泄漏快速校准的系统，其中包括：
[0087] 本振泄漏功率测量模块，用于选取(0，0)点作为参考点，测量本振泄漏功率；
[0088] 随机多组本振泄漏功率测量模块，用于随机选取多个参考点，测量多组对应的本振泄漏功率；
[0089] 功率因子消去模块，用于消去功率因子A；
[0090] 圆方程化简模块，用于化简得到圆方程；
[0091] 圆方程交点误差处理模块，用于基于最小二乘原理列出所有圆方程的交点误差E(x，y)；
[0092] 最小值寻找模块，用于利用牛顿法迭代寻找E(x，y)的最小值，得到目标值。
[0093] 作为本发明的优选实施方式，该实现本振泄漏快速校准的装置，其中包括：
[0094] 处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
[0095] 存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现本振泄漏快速校准的方法的步骤。
[0096] 作为本发明的优选实施方式，该实现本振泄漏快速校准的处理器，其被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现本振泄漏快速校准的方法的步骤。
[0097] 作为本发明的优选实施方式，该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的实现本振泄漏快速校准的方法的各个步骤。
[0098] 本发明的具体实施方式中，提出一种快速高效的本振泄漏校准方法：随机测量多组不同偏置I和偏置Q下的本振泄漏功率，代入本振泄漏原理公式并简化为一组圆方程，然后基于非线性最小二乘的原理，列出整体的误差方程，使用牛顿迭代法找到误差方程的最小值，从而得到最小本振泄漏功率对应的偏置I和偏置Q。简要流程如图4所示。
[0099] 本振泄漏原理表达式：
[0100] 一个射频发射机的本振泄漏通常使用频谱仪进行测量，频谱仪测得的功率为PSpect，基带附加的偏置I记为i，基带附加的偏置Q记为q，造成本振泄漏的硬件偏置记为tI和tQ，数字域到模拟域的功率增益记为A。
[0101] Pspect＝10lg{A[(i‑tI)2+(q‑tQ)2]}
[0102] 调整i和q使得i＝tI和q＝tQ时，本振泄漏功率PSpect最小。
[0103] 为了后面计算方便，需要把频谱仪测得的单位为dBm的本振泄漏功率转换为线性功率值，记为P：
[0104]
[0105] 测量偏置为(0，0)时的本振泄漏功率：
[0106] 为了简化后面计算步骤的复杂度，在随机选取偏置值进行测量之前，首先测量基带偏置i＝0和q＝0时本振泄漏功率，其线性功率值记为P0，可得到等式：
[0107] P0＝A(tI2+tQ2)
[0108] 随机测量多组(i，q)下的本振泄漏功率：
[0109] 随机测量N组不同偏置I和偏置Q下的本振泄漏功率，得到下列一组等式：
[0110] P1＝A[(i1‑tI)2+(q1‑tQ)2]
[0111] P2＝A[(i2‑tI)2+(q2‑tQ)2]
[0112] ……
[0113] Pn＝A[(in‑tI)2+(qn‑tQ)2]
[0114] 其中，n＝1，2，…，N。
[0115] 消去功率增益因子A：
[0116] 发射机的功率增益可视作恒定，因此每次测量本振泄漏时的A都相等，可以将每个2 +
(in，qn)的本振泄漏功率等式除以(i0，q0)下的等式P0＝A(tI+tQ)，消去功率增益因子A：
[0117]
[0118] 展开得到：
[0119]
[0120] 再做化简，得到：
[0121]
[0122] 其中 将tI和tQ替换为自变量(xn，yn)，可以得到直角坐标系下的圆方程：
[0123]
[0124] 其中，半径平方 圆心坐标(oI，oQ)，不同的in和qn对应不同的圆方程。在理想情况下，这些圆方程会经过同一坐标点(tI，tq)，只要求出这些圆方程的交点，就得到了本振泄漏校准的目标值。
[0125] 基于最小二乘原理找到圆方程组交点：
[0126] 由于实际的硬件系统中存在噪声干扰，且通过频谱仪读取本振泄漏功率时，还可能引入测量误差，这些非理想的物理条件导致上面得到的圆方程系数存在误差，不能恰好地经过点(tI，tQ)。因而通过实际测量得到的这组圆方程几乎不可能交于一点，需要借助一些优化算法根据已有的方程找到目标点(tI，tQ)最可能的误差最小的位置。
[0127] 某一坐标点(x，y)作为目标点，该点相对于第n个圆方程的误差fn(x，y)是：
[0128]
[0129] 其中， 是(x，y)与圆方程圆心(oI，oQ)的距离。
[0130] 可以得到(x，y)点下相对N个圆方程组的误差平方和E(x，y)：
[0131]
[0132] 只要找到误差方程E(x，y)的最小值，就得到了目标点(tI，tQ)最可能的位置。E(x，y)取最小值时，梯度为0，即：
[0133]
[0134] 定义矩阵F(x，y)：
[0135] F(x，y)＝(f1(x，y)f2(x，y)…fn(x，y))T
[0136] 定义雅各布矩阵J(x，y):
[0137]
[0138] 可得：
[0139]
[0140] 求解 即是求解J(x，y)TF(x，y)＝0。
[0141] 求解J(x，y)TF(x，y)＝0
[0142] 由于方程J(x，y)TF(x，y)＝0很复杂难以直接求解，要借助牛顿法，通过迭代的方式逐渐逼近方程的解。
[0143] 把需要求解的未知量集合记为θ，θ＝(x，y)，迭代次数记为k，每次迭代得到的结果记为θk，根据牛顿法原理可得下一次迭代的表达式：
[0144] θk+1＝θk‑[J(θk)TJ(θk)]‑1J(θk)TF(θk)
[0145] 一开始选取一个初始的θ，随着迭代进行，θk将会逐渐逼近(tI，tQ)，等到θk精度满足要求后，就可以停止迭代。
[0146] 实际测试结果
[0147] 下表所列是一个射频发射机在不同偏置I和偏置Q下实测的本振泄漏功率：
[0148]
[0149] 按照前文所述步骤，利用(0，0)点的表达式消去功率因子A，再经过化简后得到6组圆方程，结果如下：
[0150] 541.6992＝(x1‑261.362)2+(y1‑261.362)2
[0151] 559.9042＝(x2+729.649)2+(y2‑0)2
[0152] 341.7022＝(x3+223.176)2+(y3‑0)2
[0153] 307.8862＝(x4‑0)2+(y4‑192.482)2
[0154] 311.9812＝(x5‑0)2+(y5‑496.168)2
[0155] 742.1822＝(x6+395.818)2+(y6+395.818)2
[0156] 图5是把这些圆方程绘制在直角坐标系上，可以看到这些圆基本会经过同一位置，该位置就是本振泄漏校准要找的目标点。但由于系统噪声和测量误差的存在，这些计算得到的圆方程存在误差，导致几乎不可能交于一点，如图6所示。图6为图5目标点附近的局部放大，由于噪声和测量误差的存在，各个圆几乎不可能交于一点。
[0157] 把这些圆方程的参数代入前文所述的迭代公式，选取迭代初始点θ0＝(0，0)，迭代8次，每次迭代的结果如下：
[0158]
[0159]
[0160] 可以看到，第8次迭代的结果与第7次相同，说明已找到目标点。图7上，B点是迭代结果(274.178，‑336.263)，A点是手动校准的结果，可以看到两点非常接近。图7为测试数据迭代结果，图上点B是迭代8次后的位置，图上点A是手动校准找到的最佳值。
[0161] 本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
[0162] 可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0163] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0164] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0165] 应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
[0166] 本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0167] 此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0168] 上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0169] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0170] 采用了本发明的实现本振泄漏快速校准的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质，大幅度减少本振泄漏校准的测量次数，进而缩短所需的校准时间，校准效率更高。理论上最少只需测量4组不同偏置I和偏置Q的本振泄漏功率，就能直接解出目标值；而测量的点数越多，解出的目标值准确度越高。
[0171] 在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
