一種收發(fā)端iq不平衡與信道的聯(lián)合估計(jì)補(bǔ)償改進(jìn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及無線通信系統(tǒng)中一種聯(lián)合信道估計(jì)與收 發(fā)端（In-phaseQuadrature，IQ)不平衡補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線通信通常需要載波調(diào)制，鑒于實(shí)際中模擬器件的非理想性，模擬前端 (front-end，F(xiàn)E)的同相與正交（In-phaseQuadrature，IQ)兩路信號在調(diào)制解調(diào)的過程中 會產(chǎn)生信號的不平衡，即IQ兩路本振信號的幅度不再相同，相位差也不等于（IQ不平衡）， 從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，這在載波頻率較高的系統(tǒng)（如毫米波通信系統(tǒng)）中更為嚴(yán)重，尤其 是在當(dāng)高頻通信系統(tǒng)采用高階調(diào)制或者射頻前端為了降低成本而采用低成本的直接變頻 結(jié)構(gòu)的情況下（如60GHz毫米波無線通信系統(tǒng)）。
[0003] 造成IQ不平衡的原因分為兩種：
[0004] 與頻率獨(dú)立的IQ不平衡（frequency-independentI/Qmismatch)，這種不平衡是 由于混頻器產(chǎn)生的本振信號不準(zhǔn)確引起，混頻器中本振信號相位差不為90°或者幅度不同 導(dǎo)致IQ兩路信號不能發(fā)生正交的解調(diào)，這種不平衡的效果與信號中各個(gè)頻率分量相互獨(dú) 立。
[0005]IQ不平衡與頻率相關(guān)，即IQ不平衡的效果根據(jù)信號中的頻率成分的不同而不同， 這種不平衡產(chǎn)生的主要是源于IQ兩路中電路器件頻響特性的差距，例如兩支路中的濾波 器頻率響應(yīng)的不同，放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC，Digital-to_AnalogConverter)或模數(shù)轉(zhuǎn)換 器（ADC，Analog-to-DigitalConverter)輸出的不同等，這些都會造成I\Q兩路發(fā)生不匹 配的情況。
[0006] -般來說，一些模擬域的技術(shù)可用來降低IQ不平衡的影響，如布線技術(shù)、使用不 同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等等。但是這些技術(shù)往往會增加設(shè)備尺寸、功耗和成本，而且不能有效地 消除IQ不平衡。相比之下，在數(shù)字域通過數(shù)字信號處理對IQ不平衡進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償不需 要像模擬域一樣做各種權(quán)衡或折中，有著巨大優(yōu)勢。因此，在數(shù)字基帶中進(jìn)行IQ不平衡補(bǔ) 償是必要和關(guān)鍵的。
[0007]目前，常見的一些IQ不平衡的補(bǔ)償方案，大致分為兩種：盲估計(jì)或非盲估計(jì)算法。
[0008] 盲估計(jì)算法，例如，以干擾抵消（IC,InterferenceCancellation)和盲源分離 (BSS,BlindSourceSeparation)為基礎(chǔ)的補(bǔ)償算法，通過分析IQ不平衡對信號統(tǒng)計(jì)特性 的影響來補(bǔ)償IQ不平衡。該方法不需要任何已知序列，也不需要對IQ不平衡參數(shù)進(jìn)行估 計(jì)，但通常需要大量的符號以及較長的自適應(yīng)迭代過程，同時(shí)信號統(tǒng)計(jì)特性易受多徑的破 壞。
[0009] 非盲估計(jì)算法，基于信號檢測理論，IQ不平衡參數(shù)也可以通過發(fā)送已知訓(xùn)練序列 進(jìn)行估計(jì)。一般可以通過基于系統(tǒng)級的算法并采用傳統(tǒng)的最小二乘（LS，LeastSquares)、 期望最大化（EM,ExpectationMaximization)等準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)對IQ不平衡準(zhǔn)確、快速的估計(jì) 和補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方案比盲估計(jì)運(yùn)算量小，易于實(shí)現(xiàn)，因此應(yīng)用廣泛。但常用的非盲估計(jì)算 法面臨著依賴于理想信道估計(jì)、對訓(xùn)練序列有特定要求從而適用性受限、無法將IQ不平衡 參數(shù)與信道分離開或者無法對頻率相關(guān)IQ不平衡進(jìn)行有效補(bǔ)償?shù)葐栴}，有的算法可以解 決信道與IQI分離的問題，但卻引入了較高的計(jì)算復(fù)雜度，加大了系統(tǒng)開銷。針對上訴問 題，研宄一種通用的低復(fù)雜度的聯(lián)合信道估計(jì)與收發(fā)端IQ不平衡補(bǔ)償?shù)姆椒ň哂兄匾?實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種收發(fā)端IQ不平衡與信道的聯(lián)合估計(jì)補(bǔ)償 改進(jìn)方法。
[0011] 一種收發(fā)端IQ不平衡與信道的聯(lián)合估計(jì)補(bǔ)償改進(jìn)方法，具體步驟如下：
[0012] S1、令長度為N的訓(xùn)練序列x[n]通過信道h[n]，接收端接收信號的頻域表 達(dá)為：4 +R，則忽略噪聲后，得到關(guān)于Hk的表達(dá)式：
其中，Xk為所述x[n]經(jīng)過Ns點(diǎn)的FFT后的頻域信 號，為所述x[n]的共軛信號f[n]經(jīng)過Ns點(diǎn)的FFT后的頻域信號，Hk為信道h[n] 經(jīng)過Ns點(diǎn)的FFT后的頻域響應(yīng)，14^為信道h[n]的共軛h#[n]經(jīng)過Ns點(diǎn)的FFT后的頻 域響應(yīng)，0彡k彡Ns-1，0彡Ns<N，k為整數(shù)，Ns為整數(shù)，％為噪聲項(xiàng)并服從高斯分布： R~e：Ar(o^、./)，Ak、Bk為與收發(fā)端IQ不平衡參數(shù)aT、|3T、（^與|3部關(guān)聯(lián)的參量，
〃表示取共軛；
[0013]S2、由信道變化能量（CVE)的定義以及S1所述的Hk得到CVE表達(dá)式，將所述CVE 表達(dá)式分別對S1所述參數(shù)eT、求偏導(dǎo)，置0求得的偏導(dǎo)表達(dá)式，得到e,和eK的閉式 表達(dá)式，其中，自^勺閉式表達(dá)式與aT、0T、Xk和Yk相關(guān)，0T的閉式表達(dá)式與aK、0K、Xk和 Yk相關(guān)；
[0014]S3、初始化aT= 1、|3 T= 〇,代入S2所述|3u的閉式表達(dá)式求得|3u的估計(jì)值，
k將所述aK代入S2所述0 T的閉式表達(dá)式求得 |31的估計(jì)值，記第一組|3的估計(jì)值為（|31.1，|3 1；.1);
[0015]S4、初始化aK= 1、|3；；=〇,代入S2所述|3t的閉式表達(dá)式求得|3t的估計(jì)值，
，將所述1^和aT代入S2所述的關(guān)于0 K的閉式表達(dá)式 求得fM勺估計(jì)值，記第二組0的估計(jì)值為（0 T.2, 0K.2);
[0016]S5、利用S3所述第一組0的估計(jì)值和S4所述第二組0的估計(jì)值分別對0 T、0K
[0026] 本發(fā)明的有益效果是：
[0027] 本發(fā)明同時(shí)考慮了發(fā)射端與接收端的IQ不平衡，并同時(shí)適用于SC-FDE系統(tǒng)和 0FDM系統(tǒng)，本發(fā)明算法基于訓(xùn)練序列，但對訓(xùn)練序列無特定要求，適用于諸多不同標(biāo)準(zhǔn)下的 通信系統(tǒng)，具有良好實(shí)際意義。
[0028] 本發(fā)明同時(shí)得到分離開的IQ不平衡的參數(shù)和估計(jì)信道，用估計(jì)到的IQ不平衡參 數(shù)作為固定參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一補(bǔ)償，無需再對IQ不平衡參數(shù)進(jìn)行重復(fù)的參數(shù)估計(jì)，相對于以往 的IQ不平衡補(bǔ)償方法大多將IQ不平衡與信道作為一個(gè)整體考慮，降低了系統(tǒng)計(jì)算的開銷。 同時(shí)，本發(fā)明的整體算法主要涉及線性運(yùn)算，避免了高復(fù)雜度的計(jì)算。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)圖。
[0030] 圖2是本發(fā)明收發(fā)端IQ不平衡結(jié)構(gòu)圖。
[0031] 圖3是本發(fā)明算法流程圖。
[0032] 圖4是本發(fā)明算法誤比特率（BER)性能曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0034]如圖1所示為本發(fā)明系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)圖。
[0035] 圖2是本發(fā)明收發(fā)端IQ不平衡結(jié)構(gòu)圖。
[0036] 圖3是本發(fā)明的算法流程圖。
[0037] 本算法基于收發(fā)端IQ不平衡對CVE的影響，通過最小化CVE，經(jīng)一系列推導(dǎo)可得到 關(guān)于IQ不平衡參數(shù)0T、的一組閉式表達(dá)式?？紤]到參數(shù)之間相互獨(dú)立，并且實(shí)際情況 中對于IQ不平衡參數(shù)有a產(chǎn)1、0產(chǎn)〇、a產(chǎn)1、0產(chǎn)〇,同時(shí)，IQ不平衡的補(bǔ)償效果對 于控制在一定范圍內(nèi)的參數(shù)估計(jì)誤差是不敏感的，所以，本發(fā)明采用迭代的方法。通過兩次 獨(dú)立開的初