一种收发端iq不平衡与信道的联合估计补偿改进方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及无线通信系统中一种联合信道估计与收 发端（In-phaseQuadrature，IQ)不平衡补偿的改进方法。
【背景技术】
[0002] 无线通信通常需要载波调制，鉴于实际中模拟器件的非理想性，模拟前端 (front-end，FE)的同相与正交（In-phaseQuadrature，IQ)两路信号在调制解调的过程中 会产生信号的不平衡，即IQ两路本振信号的幅度不再相同，相位差也不等于（IQ不平衡）， 从而导致系统性能下降，这在载波频率较高的系统（如毫米波通信系统）中更为严重，尤其 是在当高频通信系统采用高阶调制或者射频前端为了降低成本而采用低成本的直接变频 结构的情况下（如60GHz毫米波无线通信系统）。
[0003] 造成IQ不平衡的原因分为两种：
[0004] 与频率独立的IQ不平衡（frequency-independentI/Qmismatch)，这种不平衡是 由于混频器产生的本振信号不准确引起，混频器中本振信号相位差不为90°或者幅度不同 导致IQ两路信号不能发生正交的解调，这种不平衡的效果与信号中各个频率分量相互独 立。
[0005]IQ不平衡与频率相关，即IQ不平衡的效果根据信号中的频率成分的不同而不同， 这种不平衡产生的主要是源于IQ两路中电路器件频响特性的差距，例如两支路中的滤波 器频率响应的不同，放大器、数模转换器（DAC，Digital-to_AnalogConverter)或模数转换 器（ADC，Analog-to-DigitalConverter)输出的不同等，这些都会造成I\Q两路发生不匹 配的情况。
[0006] -般来说，一些模拟域的技术可用来降低IQ不平衡的影响，如布线技术、使用不 同的电路拓扑结构等等。但是这些技术往往会增加设备尺寸、功耗和成本，而且不能有效地 消除IQ不平衡。相比之下，在数字域通过数字信号处理对IQ不平衡进行估计和补偿不需 要像模拟域一样做各种权衡或折中，有着巨大优势。因此，在数字基带中进行IQ不平衡补 偿是必要和关键的。
[0007]目前，常见的一些IQ不平衡的补偿方案，大致分为两种：盲估计或非盲估计算法。
[0008] 盲估计算法，例如，以干扰抵消（IC,InterferenceCancellation)和盲源分离 (BSS,BlindSourceSeparation)为基础的补偿算法，通过分析IQ不平衡对信号统计特性 的影响来补偿IQ不平衡。该方法不需要任何已知序列，也不需要对IQ不平衡参数进行估 计，但通常需要大量的符号以及较长的自适应迭代过程，同时信号统计特性易受多径的破 坏。
[0009] 非盲估计算法，基于信号检测理论，IQ不平衡参数也可以通过发送已知训练序列 进行估计。一般可以通过基于系统级的算法并采用传统的最小二乘（LS，LeastSquares)、 期望最大化（EM,ExpectationMaximization)等准则，实现对IQ不平衡准确、快速的估计 和补偿。这种补偿方案比盲估计运算量小，易于实现，因此应用广泛。但常用的非盲估计算 法面临着依赖于理想信道估计、对训练序列有特定要求从而适用性受限、无法将IQ不平衡 参数与信道分离开或者无法对频率相关IQ不平衡进行有效补偿等问题，有的算法可以解 决信道与IQI分离的问题，但却引入了较高的计算复杂度，加大了系统开销。针对上诉问 题，研宄一种通用的低复杂度的联合信道估计与收发端IQ不平衡补偿的方法具有重要的 实际意义。
【发明内容】
[0010] 针对现有技术的不足，本发明提供一种收发端IQ不平衡与信道的联合估计补偿 改进方法。
[0011] 一种收发端IQ不平衡与信道的联合估计补偿改进方法，具体步骤如下：
[0012] S1、令长度为N的训练序列x[n]通过信道h[n]，接收端接收信号的频域表 达为：4 +R，则忽略噪声后，得到关于Hk的表达式：
其中，Xk为所述x[n]经过Ns点的FFT后的频域信 号，为所述x[n]的共轭信号f[n]经过Ns点的FFT后的频域信号，Hk为信道h[n] 经过Ns点的FFT后的频域响应，14^为信道h[n]的共轭h#[n]经过Ns点的FFT后的频 域响应，0彡k彡Ns-1，0彡Ns<N，k为整数，Ns为整数，％为噪声项并服从高斯分布： R~e：Ar(o^、./)，Ak、Bk为与收发端IQ不平衡参数aT、|3T、（^与|3部关联的参量，
〃表示取共轭；
[0013]S2、由信道变化能量（CVE)的定义以及S1所述的Hk得到CVE表达式，将所述CVE 表达式分别对S1所述参数eT、求偏导，置0求得的偏导表达式，得到e,和eK的闭式 表达式，其中，自^勺闭式表达式与aT、0T、Xk和Yk相关，0T的闭式表达式与aK、0K、Xk和 Yk相关；
[0014]S3、初始化aT= 1、|3 T= 〇,代入S2所述|3u的闭式表达式求得|3u的估计值，
k将所述aK代入S2所述0 T的闭式表达式求得 |31的估计值，记第一组|3的估计值为（|31.1，|3 1；.1);
[0015]S4、初始化aK= 1、|3；；=〇,代入S2所述|3t的闭式表达式求得|3t的估计值，
，将所述1^和aT代入S2所述的关于0 K的闭式表达式 求得fM勺估计值，记第二组0的估计值为（0 T.2, 0K.2);
[0016]S5、利用S3所述第一组0的估计值和S4所述第二组0的估计值分别对0 T、0K
[0026] 本发明的有益效果是：
[0027] 本发明同时考虑了发射端与接收端的IQ不平衡，并同时适用于SC-FDE系统和 0FDM系统，本发明算法基于训练序列，但对训练序列无特定要求，适用于诸多不同标准下的 通信系统，具有良好实际意义。
[0028] 本发明同时得到分离开的IQ不平衡的参数和估计信道，用估计到的IQ不平衡参 数作为固定参数进行统一补偿，无需再对IQ不平衡参数进行重复的参数估计，相对于以往 的IQ不平衡补偿方法大多将IQ不平衡与信道作为一个整体考虑，降低了系统计算的开销。 同时，本发明的整体算法主要涉及线性运算，避免了高复杂度的计算。
【附图说明】
[0029]图1是本发明系统模型结构图。
[0030] 图2是本发明收发端IQ不平衡结构图。
[0031] 图3是本发明算法流程图。
[0032] 图4是本发明算法误比特率（BER)性能曲线图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。
[0034]如图1所示为本发明系统模型结构图。
[0035] 图2是本发明收发端IQ不平衡结构图。
[0036] 图3是本发明的算法流程图。
[0037] 本算法基于收发端IQ不平衡对CVE的影响，通过最小化CVE，经一系列推导可得到 关于IQ不平衡参数0T、的一组闭式表达式。考虑到参数之间相互独立，并且实际情况 中对于IQ不平衡参数有a产1、0产〇、a产1、0产〇,同时，IQ不平衡的补偿效果对 于控制在一定范围内的参数估计误差是不敏感的，所以，本发明采用迭代的方法。通过两次 独立开的初