本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于差分編碼ofdm系統(tǒng)的iq不平衡補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

隨著高速無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的普及，大量新興的多媒體內(nèi)容和應(yīng)用場(chǎng)景加大了人們對(duì)于數(shù)gbps甚至更高速率通信的需求。為了給新應(yīng)用場(chǎng)景提供足夠的傳輸帶寬，常規(guī)的6ghz以下的通信頻段已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求，因此越來(lái)越多的學(xué)者將研究重心轉(zhuǎn)移到了擁有大量頻譜資源的毫米波頻段和太赫茲頻段。同時(shí)，由于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)所承載的傳輸業(yè)務(wù)種類(lèi)越發(fā)豐富，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)明顯的異構(gòu)特性，同一臺(tái)終端設(shè)備需要支持多種網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，例如移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)、固定無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)、短距離無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)等。這意味著，用戶(hù)終端的收發(fā)設(shè)備需要具有靈活性以適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)和不同頻段的系統(tǒng)。但是，在實(shí)現(xiàn)高頻段通信和保證系統(tǒng)靈活性的同時(shí)，模擬電路設(shè)計(jì)必須在系統(tǒng)的線(xiàn)性度、電路帶寬、復(fù)雜度和功耗方面進(jìn)行權(quán)衡。設(shè)計(jì)低成本低功耗的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的工作，尤其是該系統(tǒng)需要具備高頻段、超大帶寬的通信能力。由于成本限制，復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)異卻昂貴的器件不再適用；另外，在類(lèi)似異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景中，針對(duì)特殊頻段專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)優(yōu)化的電路，或針對(duì)單臺(tái)設(shè)備或單場(chǎng)景優(yōu)化的電路也無(wú)法使用。為控制設(shè)備總體的體積和成本，尤其是應(yīng)用于多輸入多輸出(multiple-inputmultiple-output,mimo)系統(tǒng)中的電路，單套射頻電路的成本、功耗和體積都被嚴(yán)格限制。以上因素導(dǎo)致收發(fā)機(jī)的射頻前端存在很多性能瑕疵。比如直流偏置、i\q不平衡(in-phase\quadratureimbalance)和相位噪聲等。

正交相移鍵控是一種常用基帶調(diào)制，其原理是將基帶信號(hào)分為并行的兩路信號(hào)，分別稱(chēng)為同相支路(in-phasebranch,i路)和正交支路(quadraturebranch,q路)，分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)彼此正交的本振信號(hào)調(diào)制到射頻并進(jìn)行發(fā)送；在接收端，接收機(jī)生成兩個(gè)正交的本振信號(hào)，利用相干解調(diào)將兩路信號(hào)分離，提取基帶信號(hào)。實(shí)際系統(tǒng)中，由于i\q兩路的振蕩信號(hào)由晶振和鎖相環(huán)合成，再經(jīng)過(guò)希爾伯特變換得到，兩路振蕩信號(hào)的幅度很難做到完全相同，相位差也不是90°，造成i\q兩路數(shù)據(jù)發(fā)生串?dāng)_。在低頻段系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)工作頻段低，i\q不平衡現(xiàn)象并不嚴(yán)重；但是，高頻段系統(tǒng)廣泛采用直接變頻接收機(jī)，尤其在采用了高階調(diào)制的系統(tǒng)中，i\q不平衡成為限制接收機(jī)性能的重要因素。另一方面，i\q兩支路的響應(yīng)在理想情況下應(yīng)完全一致，然而，由于高頻段系統(tǒng)的帶寬增加，i\q兩支路器件頻率響應(yīng)很難實(shí)現(xiàn)完全一致，這是導(dǎo)致i\q不平衡的另一來(lái)源。

mimo技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的多天線(xiàn)傳輸技術(shù)。利用信道衰落特性帶來(lái)的空間分集效應(yīng)，mimo傳輸技術(shù)能實(shí)現(xiàn)信道容量的提升。在不增加發(fā)射功率的情況下，發(fā)射端可以在時(shí)間維度與空間維度聯(lián)合設(shè)計(jì)發(fā)射方案，這種技術(shù)被稱(chēng)為空時(shí)編碼技術(shù)(space-timecoding,stc)。在設(shè)計(jì)編碼準(zhǔn)則時(shí)，考慮到接收端天線(xiàn)數(shù)固定的情況，很多空時(shí)編碼技術(shù)都尋求提供最大的發(fā)射分集階數(shù)m。很多學(xué)者認(rèn)為非相干通信適合作為相干通信技術(shù)的補(bǔ)充技術(shù)應(yīng)用于第五代移動(dòng)通信網(wǎng)。然而，采用低成本器件實(shí)現(xiàn)非相干通信系統(tǒng)時(shí)，收發(fā)端仍然會(huì)面臨射頻器件的非理想特性問(wèn)題。例如，在物聯(lián)網(wǎng)等大規(guī)模低成本應(yīng)用場(chǎng)景中，制造商無(wú)法對(duì)每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試。因此，在未知信道信息的非相干系統(tǒng)中，如何利用數(shù)字補(bǔ)償算法對(duì)射頻非理想特性進(jìn)行補(bǔ)償值得研究。目前對(duì)于i\q不平衡補(bǔ)償算法主要是廣義線(xiàn)性補(bǔ)償算法，但由于信道條件比較惡劣，該算法雖然能夠在一定程度補(bǔ)償i\q不平衡，但其收斂速度很慢，且補(bǔ)償性能較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

差分空時(shí)編碼能夠?qū)崿F(xiàn)完全空間分集同時(shí)避免信道估計(jì)開(kāi)銷(xiāo)。在頻率選擇性嚴(yán)重信道中，空時(shí)編碼結(jié)合正交頻分復(fù)用系統(tǒng)能夠有效地消除符號(hào)間干擾。然而，使用低成本器件實(shí)現(xiàn)空時(shí)編碼系統(tǒng)，尤其是使用直接變頻收發(fā)機(jī)，會(huì)面臨嚴(yán)重的i\q不平衡問(wèn)題。因此本發(fā)明提出了一種基于參數(shù)的估計(jì)方法，通過(guò)將鏡像子載波和原始信號(hào)子載波的補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)，兩個(gè)子載波的數(shù)據(jù)被共同用于估計(jì)一個(gè)補(bǔ)償矢量，在不損失準(zhǔn)確性的前提下，算法的收斂速度能夠達(dá)到廣義線(xiàn)性算法的兩倍。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種用于差分編碼ofdm系統(tǒng)的iq不平衡補(bǔ)償方法，定義差分編碼ofdm系統(tǒng)包含了k個(gè)子載波，第k個(gè)子載波上發(fā)送的差分空時(shí)編碼信號(hào)為：

其中zn(k)＝[z2n-1(k)z2n(k)]為接收機(jī)在第k個(gè)子載波收到的第2n-1個(gè)和2n個(gè)ofdm符號(hào)組成的信號(hào)向量，矩陣sn(k)表示在第k個(gè)子載波傳輸?shù)牡趎個(gè)dstc信號(hào)矩陣，每個(gè)信號(hào)需要兩個(gè)ofdm符號(hào)傳輸，sn(k)為酉矩陣，其第i行j列的符號(hào)表示在第2n-2+j個(gè)ofdm符號(hào)的k子載波，i,j＝1,2；通過(guò)第i根天線(xiàn)發(fā)送的符號(hào)，v2n-1(k)和v2n(k)表示在第k個(gè)子載波上的頻域加性噪聲，標(biāo)量λi(n)i＝1,2表示子載波k上從發(fā)射端第i根天線(xiàn)到接收天線(xiàn)的頻域沖激響應(yīng)；sn(k)通過(guò)信息矩陣un(k)按照差分編碼規(guī)則得到：

sn(k)＝sn-1(k)un(k)

定義收發(fā)機(jī)同時(shí)存在i\q不平衡，經(jīng)過(guò)下變頻后的等效基帶信號(hào)為：

擴(kuò)展為：

其中，矩陣at/r,bt/r為i\q不平衡參數(shù)αt/r、βt/r構(gòu)成的對(duì)角矩陣，其形式為：

其特征在于，包括以下步驟：

s1、設(shè)定第k個(gè)子載波的補(bǔ)償矩陣為：

第k-k+2個(gè)子載波的補(bǔ)償矩陣為：

其中，信道分量與互為共軛逆矩陣，即：

鏡像子載波之間的約束關(guān)系為：

其中

收發(fā)端i\q不平衡的補(bǔ)償矩陣應(yīng)滿(mǎn)足：

其等效于：

信號(hào)矩陣和按照以下方式恢復(fù)：

s2、估計(jì)收發(fā)端i\q不平衡參數(shù)γt和γr：

根據(jù)s1所述的約束關(guān)系，γt和γr可以直接通過(guò)以下方式求解：

s3、將第k個(gè)子載波和其鏡像子載波，即第k-k+2個(gè)子載波作為一組目標(biāo)，在兩個(gè)子載波中選擇其中一個(gè)子載波進(jìn)行估計(jì)；根據(jù)選擇的子載波的信息，通過(guò)廣義線(xiàn)性算法獲得補(bǔ)償矩陣然后利用根據(jù)s1中的等效關(guān)系，獲得補(bǔ)償矩陣的鏡像矩陣

s4、根據(jù)步驟s3中未被選擇的另一個(gè)子載波的信息，采用rls迭代算法的方式對(duì)矩陣進(jìn)行更新，再利用更新后的根據(jù)s1中所述的等效關(guān)系更新

s5、利用更新后的補(bǔ)償矩陣根據(jù)s1中所述的恢復(fù)方式對(duì)信號(hào)矩陣進(jìn)行i\q補(bǔ)償；

s6、選擇下一組子載波，直至完成對(duì)所有信號(hào)的i\q補(bǔ)償。

上述方案中，系統(tǒng)中信道為快衰落信道，步驟s2中所述的參數(shù)估計(jì)為先估計(jì)γr，再利用γr估計(jì)γt，以提高準(zhǔn)確性；由于補(bǔ)償矩陣和在一個(gè)dstc-ofdm數(shù)據(jù)塊內(nèi)被更新了兩次，所以估計(jì)的收斂速度為廣義線(xiàn)性算法的兩倍。

進(jìn)一步的，所述步驟s3中，子載波的選擇方法為：

本發(fā)明的有益效果是：在快衰落的信道環(huán)境下，基于參數(shù)估計(jì)的補(bǔ)償算法其性能明顯比廣義線(xiàn)性的性能要好，尤其是在i\q不平衡更嚴(yán)重的情況下。且隨著信道快速的變化，廣義線(xiàn)性算法的收斂速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?qū)е赂櫺阅芟陆挡?huì)引入延遲誤差。相比之下，基于參數(shù)估計(jì)的方法有效提高了收斂速度，能夠更好地補(bǔ)償發(fā)射端i\q不平衡帶來(lái)的性能損失。

附圖說(shuō)明

圖1為存在i\q不平衡的dstc-ofdm系統(tǒng)模型圖；

圖2為快衰落信道收發(fā)端i\q不平衡補(bǔ)償性能圖；其中，(a)是采用qpsk調(diào)制方式時(shí)本發(fā)明方法與廣義線(xiàn)性方法的對(duì)比示意；(b)是采用8psk調(diào)制方式時(shí)本發(fā)明方法與廣義線(xiàn)性方法的對(duì)比示意；

圖3為本發(fā)明的基于參數(shù)的i\q不平衡補(bǔ)償方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

如圖3所示，為本發(fā)明的方法的流程示意圖，本發(fā)明的方法需要輸入的數(shù)據(jù)為基帶信號(hào)信號(hào)z′(k)和并設(shè)置有初始化循環(huán)次數(shù)t＝0，根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值nini，在t小于等于閾值時(shí)利用γc(k)和更新估計(jì)γt和γr，由于收發(fā)端的i\q不平衡是幾乎不變的，因此估計(jì)結(jié)果在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都是有效的。本發(fā)明的方法主要是針對(duì)循環(huán)次數(shù)大于閾值后，具體的方法已經(jīng)在發(fā)明內(nèi)容中進(jìn)行了詳細(xì)描述。

如圖2所示，本發(fā)明比較了兩種調(diào)制方式下不同補(bǔ)償方式對(duì)i\q不平衡的誤碼性能，具體設(shè)置為本發(fā)明中接收端i\q不平設(shè)置為κr(db)＝1db，φr＝5°，而發(fā)射端進(jìn)行了兩種設(shè)置，分別為合理水平i\q不平衡：幅度不平衡κt(db)＝0.5db，相位不平衡φt＝3°，對(duì)應(yīng)鏡像抑制比18db；以及嚴(yán)重i\q不平衡：幅度不平衡κt＝1db，幅度不平衡φt＝5°，對(duì)應(yīng)鏡像抑制比11.6db，通過(guò)圖2可以發(fā)現(xiàn)，即使不存i\q不平衡，接收端誤碼率相比慢衰落信道情況也有所惡化，因?yàn)榭焖僮兓男诺拉h(huán)境不再滿(mǎn)足差分空時(shí)編碼所需要的靜態(tài)信道特性。與廣義線(xiàn)性補(bǔ)償算法相比，基于參數(shù)估計(jì)的補(bǔ)償算法在快衰落信道中的性能明顯更好，尤其是發(fā)射端i\q不平衡更嚴(yán)重的情況。顯然，由于發(fā)射端i\q不平衡補(bǔ)償矩陣最優(yōu)值隨著信道快速的變化，廣義線(xiàn)性算法的收斂速度不夠?qū)е赂櫺阅芟陆挡⒁胙舆t誤差。相比之下，基于參數(shù)的估計(jì)方法提升了收斂速度，能夠更好補(bǔ)償發(fā)射端i\q不平衡帶來(lái)的性能損失。但由于快衰落信道的非平穩(wěn)特性對(duì)于i\q不平衡補(bǔ)償性能帶來(lái)的影響是無(wú)法消除的，在補(bǔ)償之后，殘留性能損失仍然較大。