[发明专利]60GHz通信系统的零中频I/Q失配补偿电路

说明书

技术领域

本发明涉及60GHz短距离宽带通信技术，具体的说是涉及一种基于IEEE802.11.ad协议的零中频I/Q本振失配补偿电路。

背景技术

最近十年，对于实时、高速的多媒体业务的需求越来越旺盛，这加速了超宽带（UWB）无线通信系统的发展。UWB系统可以在2～10米传输距离内提供高达480Mbps的传输速率。然而，UWB系统不能满足高清流媒体业务所需的数Gbps的传输速率。为了满足这一要求，近来发布了专门针对无线个人区域网络（WPANs）的IEEE802.11ad协议。这一协议可以支持数Gbps的传输速率；中国为其分配的频带为59～64GHz。

无线通信都需要使用接收机的下变频模块将射频信号变为基带信号，同时提供足够大的镜像信号衰减。理论上，正交混频的零中频直接下变频接收机可以提供无限大的镜像信号衰减。但是，模拟前端器件不可避免的失配会导致I/Q失配，即：正交混频所需的两路sin/cos信号的幅度不相等，相差不等于90°。这会使下变频所得到的零中频基带信号中混入经过衰减的镜像信号，从而降低基带信号的信噪比，进而恶化整个接收机的性能。IEEE802.11.ad协议规定的载波频率在60GHz附近，工作在此高频率附近的正交振荡器容易出现较大的I/Q失配，如幅度失配可以达到3dB，相位失配可以达到10°。此外，IEEE802.11.ad协议规定的总带宽为1.76GHz，根据奈奎斯特采样定理采样率必须大于3.58GHz，也就是说基带数字信号处理单元的吞吐率必须大于3.58GSps。因此本发明提出了一种专门针对IEEE802.11.ad协议的零中频I/Q失配补偿电路，它可以克服3dB的幅度失配和10°的相位失配，其吞吐率可以达到4GSps。

现有的I/Q失配补偿电路大致可以分为两种，均有各自的缺点。第一种补偿电路利用信道短时不变的假设，让补偿电路不断通过学习模式改变内部参数以接近最优。工作时，首先在学习模式下接收训练序列改变内部滤波器系数使输出信号逐渐逼近某一特定序列，然后再切换到工作模式以纠正接收信号，此后一直在这两种模式间反复切换。它适用于零频接收机和低中频接收机（将射频信号下变频到某一较低的中频的接收机架构）。它具有三大缺点：第一，该电路缺少通用性，它需要发射机发射特定的训练序列；第二，该电路对于时变失配的跟踪速度较慢，主要是因为其内部滤波器的系数在工作模式中保持为此前学习模式下所得到的系数不变；第三，在较大I/Q失配补偿的应用场合，该电路所需滤波器抽头较多，从而复杂度和成本较高。第二种补偿电路利用相邻信道信号的统计不相关性，使用自适应滤波器将需要的信号与镜像信号分离，从而达到消除I/Q失配的目的。这种电路不需要训练序列，其跟踪性能也较好，但是它具有两大缺点：第一，在理论上存在信号泄露问题，影响补偿效果；第二，该电路不适用于零中频接收机，仅适用于低中频接收机。

现有的I/Q失配补偿电路的吞吐率普遍低于IEEE802.11.ad协议的最低要求。对于该协议，采样率必须大于3.58GHz，继续增大采样率可以增加信噪比，但是过大的采样率会使得采样电路难以实现且成本极高，4GHz是合理的采样率选择。目前能达到4GHz采样率的模数转换器基本都是时间交替型模数转换器，其输出方式为并行输出，这样可以降低采样时钟频率。图1示出了基于IEEE802.11.ad协议的零中频接收机的下变频模块示意图。所述下变频模块包括：射频滤波器、低噪声放大器、本地振荡器1、低通滤波器1、时间交替型模数转换器1、本地振荡器2、低通滤波器2、时间交替型模数转换器2。特别的，时间交替型模数转换器1和时间交替型模数转换器2的转换结果均为16路并行输出，其采样时钟均为250MHz。这就要求后级的I/Q失配补偿电路能够处理16路并行的复数采样值，其工作频率为250MHz，但现有的I/Q失配补偿电路难以满足这一要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对上述问题，提出一种60GHz通信系统的零中频I/Q失配补偿电路。