专利摘要
本发明公开了一种基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法，先通过输入连续的单音扫频信号获取待补偿的I/Q失衡相位误差θ(ω)，再基于失衡相位误差θ(ω)，利用FPA设计I/Q失衡相位补偿模块，将I/Q失衡相位补偿模块设计等效为一个非线性优化问题，再用FPA计算该非线性优化问题的解，求得补偿模块的最优参数，最后利用设计的I/Q失衡相位补偿模块进行I/Q相位误差补偿。
权利要求
1.一种基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、通过输入单音扫频信号获取待补偿的I/Q失衡相位误差；
(1.1)、利用信号发生器对待测试带宽进行等间隔扫频，使待测试带宽频率范围内等间隔的输出N个频率值的单音扫频信号，并依次输入到I/Q接收器；
(1.2)、将单音扫频信号r
然后再经过低通滤波处理后，得到失衡的I/Q测试信号；
x
x
其中，i＝1,2,…N，θ(ω
(1.3)、将将失衡的I/Q测试信号通过ADC采样，得到采样后失衡的I/Q测试信号x
然后将其输入至频域转换处理器，并进行离散傅里叶变换，完成I/Q测试信号从时域到频域的转换，转换后的频域I/Q测试信号为：
(1.4)、将频域I/Q测试信号X
(1.5)、按照步骤(1.2)-(1.4)的方法对N个单音扫频信号进行连续处理后，得到失衡相位误差θ(ω)，ω＝[ω
(2)、基于失衡相位误差θ(ω)，利用FPA算法设计I/Q失衡相位补偿模块；
(2.1)、搭建I/Q失衡相位补偿模块，具体包括延时模块、FD补偿模块和全通滤波器；
(2.2)、设计I/Q失衡相位补偿模块的总相频响应函数φ
φ
其中，R＝[δ
(2.3)、定义误差矩阵E；
E＝[e(ω,R)]
其中，e(ω
(2.4)、定义代价函数J(R)；
(2.5)、利用花授粉算法FPA对J(R)进行优化，使J(R)最小，且满足M
(3)、利用I/Q失衡相位补偿模块进行I/Q相位误差补偿；
将采样后失衡的I/Q测试信号x
2.根据权利要求1所述的基于FPA的IQ失衡相位误差补偿方法，其特征在于，所述全通滤波器的相频响应表示为：
3.根据权利要求1所述的基于FPA的IQ失衡相位误差方法，其特征在于，所述步骤(2.5)中利用FPA算法对J(R)进行优化的具体过程为：
1)、设置FPA算法的花粉个体数S，最大迭代数Maxiter和转换概率p。随机产生包含S个个体的初始种群，代价函数J(R)作为适应度函数并计算初始种群每个个体的适应度值；
2)、开始循环进行种群繁殖：每一次循环时，依次遍历每个个体并产生下一代对应的新个体；其中，当第t次循环时，遍历到第m个个体
其中，ε为[0,1]上均匀分布的随机参数，
然后将
3)、每次循环结束后，比较本次循环产生的S个新个体的适应度值，选出适应度值最小的新个体作为本次循环产生的最优个体
4)、比较本次循环产生的最优个体
5)、判断当前循环次数t是否达到最大迭代数Maxiter，如果未达到，则继续循环；如果达到，则选择Maxiter次循环后记录的最优解
说明书
技术领域
本发明属于误差校正技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法。
背景技术
前端架构的选择很大程度上影响接收器可集成性和灵活性，其中零中频结构在过去的十几年中因其易于单片集成、结构简单和成本功耗低等优点而备受青睐。然而该结构采用同相和正交(I/Q)混频，对I/Q失衡尤为敏感。理想情况下，I路和Q路信号应该具有精确的90°相位差和相等的幅度。然而，在实际情况中，所用器件、电路设计、PCB布局的误差，I路和Q路的低通滤波器频率响应的差异都会使I路和Q路信号的信号产生幅度和相位失配I/Q失衡会导致不完全的镜像信号衰减，提高基带信号处理的误码率。随着高阶调制波形或大带宽多信道信号的使用，I/Q失衡的影响变得更加明显，必须使用额外的模拟或数字信号处理方法来对其进行改善。
I/Q失衡的相位失衡是其中的关键难题，相比幅度误差，相位误差的计算及补偿难度较大；花授粉算法(FPA)是一种自然启发算法，它模拟自然授粉的原理将问题的解表示为花的花粉，将迭代新解的过程表示为花之间的授粉过程。近年来，FPA由于其解决实际问题的有效性而受到广泛关注,相比传统的基于梯度的优化算法，FPA不容易陷入局部最优，能更好的找到更接近全局最优的近似最优解。通过设置合适的个体数和迭代数，FPA得到的解可以很好的解决I/Q失衡相位误差的补偿问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法，将I/Q失衡相位误差的补偿模块设计等效为一个非线性优化问题，再用FPA计算非线性优化问题，求得补偿模块的最优参数，进而完成相位补偿。
为实现上述发明目的，本发明一种基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、通过输入单音扫频信号获取待补偿的I/Q失衡相位误差；
(1.1)、利用信号发生器对待测试带宽进行等间隔扫频，使待测试带宽频率范围内等间隔的输出N个频率值的单音扫频信号，并依次输入到I/Q接收器；
(1.2)、将单音扫频信号ri(t)分别与I/Q两路中带有相位误差 的本振信号cos(ωLOt)和 相乘，其中，ωLO为本振信号频率；
然后再经过低通滤波处理后，得到失衡的I/Q测试信号；
xI(t)＝cos(ωit)
xQ(t)＝sin(ωit+θ(ωi))
其中，i＝1,2,…N，θ(ωi)表示频率ωi处相位误差， φ(ωi)表示与频率相关的相位误差；
(1.3)、将失衡的I/Q测试信号通过ADC采样，得到采样后失衡的I/Q测试信号xI(n)和xQ(n)；
然后将其输入至频域转换处理器，并进行离散傅里叶变换，完成I/Q测试信号从时域到频域的转换，转换后的频域I/Q测试信号为：
(1.4)、将频域I/Q测试信号XI(ω)、XQ(ω)输入至失衡相位估计器，估算出失衡相位误差；
(1.5)、按照步骤(1.2)-(1.4)的方法对N个单音扫频信号进行连续处理后，得到失衡相位误差θ(ω)，ω＝[ω1,ω2,…,ωN]
(2)、基于失衡相位误差θ(ω)，利用FPA设计I/Q失衡相位补偿模块；
(2.1)、搭建I/Q失衡相位补偿模块，具体包括延时模块、FD补偿模块和全通滤波器；
(2.2)、设计I/Q失衡相位补偿模块的总相频响应函数φc(ω,R)；
φc(ω,R)＝-δd·ω+φAPF(ω,R)
其中，R＝[δd,M,ψ]，δd为FD补偿模块的分数延时，M＝[Mn]
(2.3)、定义误差矩阵E；
E＝[e(ω,R)]
其中，e(ωi,R)＝φc(ωi,R)-θ(ωi)；
(2.4)、定义代价函数J(R)；
(2.5)、利用花授粉算法FPA对J(R)进行优化，使J(R)最小，且满足Mn＜1,n＝1,2,…,N/2；
(3)、利用I/Q失衡相位补偿模块进行I/Q相位误差补偿；
将采样后失衡的I/Q测试信号xI(n)和xQ(n)输入至I/Q失衡相位补偿模块，从而输出补偿后的I/Q信号xIC[n]、xQC[n]。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法，先通过输入连续的单音扫频信号获取待补偿的I/Q失衡相位误差θ(ω)，再基于失衡相位误差θ(ω)，利用FPA设计I/Q失衡相位补偿模块，将I/Q失衡相位补偿模块设计等效为一个非线性优化问题，再用FPA计算该非线性优化问题的解，求得补偿模块的最优参数，最后利用设计的I/Q失衡相位补偿模块进行I/Q相位误差补偿。
同时，本发明基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法还具有以下有益效果：
(1)、通过输入单音扫频信号获取待补偿的I/Q失衡相位误差，利用扫频间隔的小带宽内的相位误差可以近似为常数的原理，将整个待测试带宽内的相位误差等效为各个扫频频点的相位误差，提供了一种新的测试I/Q失衡相位误差的方法。
(2)、设计了基于全通滤波器和分数延时滤波器的I/Q相位失衡补偿模块，为保证采用IIR滤波器结构实现的全通滤波器的稳定性，创新性的将I/Q相位失衡补偿模块的设计问题转化为一个带有约束的非线性优化问题，提供了一种补偿I/Q相位失衡的新思路。
(3)、利用近年来因有效解决实际问题而受到广泛关注的自然启发算法FPA来解决上述的非线性优化问题，相比传统的基于梯度的优化算法，FPA不容易陷入局部最优，能更好的找到更接近全局最优的近似最优解，从而更好地完成了I/Q失衡相位的补偿工作。
附图说明
图1是本发明基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法流程图；
图2是I/Q失衡相位误差原理图；
图3是I/Q失衡相位补偿模块结构图；
图4是FPA优化流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法流程图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法，主要包括S1-S3三个阶段：
S1、通过输入单音扫频信号获取待补偿的I/Q失衡相位误差；
假设通路中不存在幅度失衡误差，I/Q不平衡模型如图2虚线框中所示。ωLO＝2πfLO为本振信号角频率， 是两路本振信号之间的相位差，与频率无关。而与频率相关的相位误差部分是由I/Q路径之间不同元器件引入的频率响应差异导致的，表示为φ(ω)。低通滤波器LPF用于消除高频分量，模数转换器ADC用于对I/Q信号进行采样。不失一般性，I/Q通道之间的总相位误差全部等效到Q通道上，表示为 其中,ω为基带信号角频率。
为了能够正确的补偿相位误差，需要精确测得待补偿的I/Q相位失衡误差，本实施例采用单音测试信号进行I/Q失衡相位误差的估计，具体过程为：
S1.1、利用信号发生器对待测试带宽进行等间隔扫频，使待测试带宽频率范围内等间隔的输出N个频率值的单音扫频信号，并依次输入到I/Q接收器；
在本实施例中，N个单音扫频信号覆盖整个测试带宽，也就是将整个测试带宽分成N个相等的窄频带，其中每个频带中的相位误差参数都可以看做常数。因此，整个测试带宽内的相位误差可以等效为这N个频点的相位误差。
S1.2、将单音扫频信号ri(t)分别与I/Q两路中带有相位误差 的本振信号cos(ωLOt)和 相乘，其中，ωLO为本振信号频率；
然后再经过低通滤波处理后，得到失衡的I/Q测试信号；
xI(t)＝cos(ωit)
xQ(t)＝sin(ωit+θ(ωi))
其中，i＝1,2,…N，θ(ωi)表示频率ωi处相位误差， φ(ωi)表示与频率相关的相位误差部分，是由I/Q路径之间不同元器件的频率响应差异导致的；
S1.3、将失衡的I/Q测试信号通过ADC采样，得到采样后失衡的I/Q测试信号xI(n)和xQ(n)；
然后将其输入至频域转换处理器，并进行离散傅里叶变换，完成I/Q测试信号从时域到频域的转换，转换后的频域I/Q测试信号为：
S1.4、将频域I/Q测试信号XI(ω)、XQ(ω)输入至失衡相位估计器，获得失衡相位估计结果；
进而可以估算出失衡相位误差；
S1.5、按照步骤S1.2-S1.4的方法对N个单音扫频信号进行连续处理后，得到失衡相位误差θ(ω)，ω＝[ω1,ω2,…,ωN]
S2、基于失衡相位误差θ(ω)，利用FPA设计I/Q失衡相位补偿模块；
S2.1、搭建I/Q失衡相位补偿模块，如图3所示，具体包括分数延时(FD)补偿模块，全通滤波器和延时模块。由于FD补偿滤波器在待补偿通道会带来与FD滤波器的阶数相关的延时，因此延时模块将该延时值加在另一个通道上来保持延时的一致。
在本实施例中，Q通道的FD补偿模块由FD滤波器实现，阶数为D(D为偶数)，会给Q通道带来D/2的延时，因此为了使得I/Q通道延时一致，用延时模块将I通道同样延时D/2。
S2.2、全通滤波器的实现结构采用无限冲激响应(IIR)滤波器的级联结构，可以表示为多个二阶结相乘的形式，在z域的表示如下式所示
其中，N为偶数，是全通滤波器的阶数， 是第n个二阶结的极点，幅值和相角分别为Mn和ψn，全通滤波器的相频响应可以表示为：
假设FD补偿模块的分数延时δd，因此该相位补偿模块的总相频响应可以表示为：
φc(ω,R)＝-δd·ω+φAPF(ω,R)
其中，R＝[δd,M,ψ]，M＝[Mn]
S2.3、为了补偿前面的得到的θ(ω)，φc(ω,R)应该与θ(ω)相等，因此定义误差矩阵E；
E＝[e(ω,R)]
其中，e(ωi,R)＝φc(ωi,R)-θ(ωi)；
S2.4、I/Q失衡相位补偿模块的设计可以等效为一个非线性优化问题，因此定义代价函数J(R)；
S2.5、在本实施例中，I/Q失衡相位补偿模块中的全通滤波器采用IIR滤波器结构实现，保证该全通滤波器的稳定性至关重要，因此在非线性优化问题中加入约束从而保证稳定性条件，进而转化为一个带约束的最小二乘问题，最后利用花授粉算法FPA对J(R)进行优化，使J(R)最小，且满足Mn＜1,n＝1,2,…,N/2；相比传统的基于梯度的优化算法，FPA不容易陷入局部最优，能更好的找到更接近全局最优的近似最优解，从而更好地完成I/Q失衡相位补偿。
如图4所示，下面我们对FPA对J(R)进行优化的具体过程进行详细说明，具体为：
1)、设置FPA的花粉个体数S，最大迭代数Maxiter和转换概率p＝0.8。随机产生包含S个个体的初始种群，代价函数J(R)作为适应度函数并计算初始种群每个个体的适应度值；
2)、开始循环进行种群繁殖：每一次循环时，依次遍历每个个体并产生下一代对应的新个体；其中，当第t次循环时，遍历到第m个个体 时，随机产生一个数rm,t∈[0,1]，然后按照如下公式产生下一代的新个体
其中，ε为[0,1]上均匀分布的随机参数， 是当前最优解，γ是尺度因子，设为0.01。全局授粉步长L服从Lévy分布：
其中，Γ(λ)是标准gamma函数，s是Lévy飞行步进，s0是步进最小值，步进s可由下式得到：
其中，U和V满足高斯分布，常数λ设为1.5。
然后将 代入到适应度函数中，计算其适应度值
3)、每次循环结束后，比较本次循环产生的S个新个体的适应度值，选出适应度值最小的新个体作为本次循环产生的最优个体
4)、比较本次循环产生的最优个体 与上一次循环产生的最优个体 对应的适应度值的大小，若 则用 替换掉 并作为当前最优解；否则，保持上一次循环产生的最优个体 不变，并作为本次循环产生的最优个体；
5)、判断当前循环次数t是否达到最大迭代数Maxiter，如果未达到，则继续循环；如果达到，则选择Maxiter次循环后记录的最优解 作为最终最优解。
S3、利用I/Q失衡相位补偿模块进行I/Q相位误差补偿；
将采样后失衡的I/Q测试信号xI(n)和xQ(n)输入至I/Q失衡相位补偿模块，从而输出补偿后的I/Q信号xIC[n]、xQC[n]。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
一种基于FPA的I/Q失衡相位误差补偿方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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