Digital Transmitter I/Q Calibration: Algorithms and Real-Time Prototype Implementation
Mylläri, Olli (2010)
Mylläri, Olli
2010
Tietotekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2010-06-02
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201007071248
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201007071248
Tiivistelmä
Nowadays, the direct-conversion and the low-IF transceiver principles are seen as the most promising architectures for future flexible radios. Both architectures employ complex I/Q mixing for up- and downconversion. Consequently, the performance of the transceiver architectures can be seriously deteriorated by the phenomenon called I/Q imbalance. I/Q imbalance stems from relative amplitude and phase mismatch between the I- and Q-branches of the transceiver, thus resulting in self-interference or adjacent channel interference. This thesis addresses details of the real-time prototype implementation of the transmitter unit realizing a widely-linear least-squares-based I/Q imbalance estimation algorithm and a corresponding pre-distortion structure as previously proposed by Anttila et al.
First transceiver architectures and radio transmitter principles are discussed with special emphasis on I/Q imbalance related aspects. Thereafter, the imbalance estimation principle itself is reviewed and a recursive version of it is derived. Then the implementation platform and software are introduced. After that, implementation details are discussed and implementation-related practical issues are addressed. Finally, simulation results and comprehensive RF measurement results from the real-time prototype implementation are presented.
The work done in this thesis realizes a real-time prototype implementation of the WL-LS I/Q imbalance estimation algorithm and corresponding pre-distortion structure. In addition, the implementation is shown to give consistent results with Matlab simulations and it can operate on general purpose processors. /Kir10 Nykyaikana suoramuunnos- ja matalavälitaajuuslähetin-vastaanotin periaatteet nähdään lupaavimpina arkkitehtuureina tulevaisuuden joustaville radioille. Molemmat arkkitehtuurit käyttävät taajuusmuunnoksissa kompleksista I/Q taajuus-sekoitusta. Tästä johtuen mainittujen lähetin-vastaanotinarkkitehtuurien suorituskykyä huonontaa ilmiö nimeltä I/Q epätasapaino, mikä johtuu suhteellisesta amplitudi ja vaihe epäsovituksesta modulaattorin I- ja Q-haarojen välillä. Tämän vuoksi signaaliin muodostuu itseishäiriötä tai viereisen kanavan häiriötä heikentäen radiotaajuisen signaalin puhtautta. Tässä diplomityössä esitellään reaaliaikaisen lähetin-vastaanotinprototyypin toteutus, jossa on käytössä Lauri Anttilan aiemmin julkaisema laajasti lineaariseen pienimmän neliösumman menetelmään perustuva I/Q epätasapainon estimointi algoritmi ja siihen liittyvä esivääristysrakenne.
Aluksi esitellään lähetin-vastaanotinarkkitehtuurit ja niihin liittyvät pääperiaatteet painottaen I/Q epätasapainoon liittyviä asioita. Tämän jälkeen johdetaan I/Q epätasapainon estimointiin käytettävän algoritmin rekursiivinen versio ja esitellään toteutukseen käytettävä kehitysalusta ohjelmistoineen. Tämän jälkeen käydään läpi toteutuksen yksityiskohdat ja siihen liittyvät käytännön ilmiöt. Lopuksi esitellään simulaatiotulokset ja kokonaisvaltaiset radiotaajuusmittaukset reaali-aikaisesta prototyyppitoteutuksesta.
Diplomityöprojektin tuloksena on radiolähettimen reaali-aikainen prototyyppi toteutus, jossa on käytössä laajasti lineaariseen pienimpään neliösummaan perustuva I/Q epäsovituksen estimointi ja vähentämis algoritmi. Implementaatio tuottaa yhdenmukaisia tuloksia Matlab simulaatioiden kanssa ja pystyy toimimaan yleiskäyttöisen suorittimen laskentateholla.
First transceiver architectures and radio transmitter principles are discussed with special emphasis on I/Q imbalance related aspects. Thereafter, the imbalance estimation principle itself is reviewed and a recursive version of it is derived. Then the implementation platform and software are introduced. After that, implementation details are discussed and implementation-related practical issues are addressed. Finally, simulation results and comprehensive RF measurement results from the real-time prototype implementation are presented.
The work done in this thesis realizes a real-time prototype implementation of the WL-LS I/Q imbalance estimation algorithm and corresponding pre-distortion structure. In addition, the implementation is shown to give consistent results with Matlab simulations and it can operate on general purpose processors. /Kir10
Aluksi esitellään lähetin-vastaanotinarkkitehtuurit ja niihin liittyvät pääperiaatteet painottaen I/Q epätasapainoon liittyviä asioita. Tämän jälkeen johdetaan I/Q epätasapainon estimointiin käytettävän algoritmin rekursiivinen versio ja esitellään toteutukseen käytettävä kehitysalusta ohjelmistoineen. Tämän jälkeen käydään läpi toteutuksen yksityiskohdat ja siihen liittyvät käytännön ilmiöt. Lopuksi esitellään simulaatiotulokset ja kokonaisvaltaiset radiotaajuusmittaukset reaali-aikaisesta prototyyppitoteutuksesta.
Diplomityöprojektin tuloksena on radiolähettimen reaali-aikainen prototyyppi toteutus, jossa on käytössä laajasti lineaariseen pienimpään neliösummaan perustuva I/Q epäsovituksen estimointi ja vähentämis algoritmi. Implementaatio tuottaa yhdenmukaisia tuloksia Matlab simulaatioiden kanssa ja pystyy toimimaan yleiskäyttöisen suorittimen laskentateholla.