一种iq不平衡的估计和校正的设备、系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种IQ不平衡的估计和校正的设备、系统 及方法。
【背景技术】
[0002] 无线通讯系统中，发送端设备设置有正交调制器（IQ调制器)，接收端设备设置有 正交解调器（IQ解调器)。对于低频窄带的系统，正交调制器和正交解调器可以通过数字系 统实现，信号的正交调制和解调接近于理想特性。但在超高频（60GHz或E-Band)和超宽带 (大于1GHz)的通信系统中，收到DAC性能的限制，只能采用模拟的正交调制器和正交解调 器。
[0003] 发送端设备中，数模转换器（DigitaltoAnalogConverter,DAC)产生的信号先 经过发送端低通滤波才能到达模拟正交调制器的I路和Q路，模拟的正交调制器将I路和Q 路的信号调制后输出至接收端设备。由于系统传输信号的超宽带特性，对到达发送端I路 和Q路信号的滤波特性很难保持一致，给系统带来随频率变化的发送端IQ不平衡。
[0004] 接收端设备中，模拟的正交解调器对接收到的发送端设备发送的载波信号解调 后，得到接收端I路和Q路信号。解调后所得的I路和Q路信号需经过接收端低通滤波，由 于接收端I路和Q路信号的滤波特性的不一致性，给系统带来随频率变化的接收端IQ不平 衡。
[0005] IQ不平衡的存在会增加系统的误码率，降低系统的性能，因此，需要对系统中的 IQ不平衡进行估计和校正。现有技术中，主要是在正交频分复用（OrthogonalFrequency DivisionMultiplexing,OFDM)系统中估计和校正发送端和接收端IQ不平衡。首先在频 域估计系统存在发送端和接收端IQ不平衡时的信道系数，再利用所述信道系数通过联合 解码校正发送端和接收端的IQ不平衡。上述方案是在频域估计和校正IQ不平衡，忽略了 载波频偏对系统的频域子载波的影响，导致估计的发送端和接收端IQ不平衡时的信道系 数有很大误差，导致系统中发送端和接收端IQ不平衡校正结果差，降低系统性能。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的技术问题在于实施例提供了一种IQ不平衡的估计和校正的设备、 系统及方法，在估计和校正发动端和接收端随频率变化的IQ不平衡时，考虑了载波频偏的 影响，提高系统发动端和接收端IQ不平衡校正的准确性。
[0007] 为此，本发明解决技术问题的技术方案是：
[0008] 本发明实施例第一方面提供了一种接收端设备，所述设备包括：
[0009] 解调模块，用于对所接收的发送端设备发送的训练序列进行正交解调；
[0010] 频偏估计模块，用于根据解调后的训练序列中的接收信号确定所述训练序列的频 偏估计值；
[0011] 接收端参数估计模块，用于根据所述频偏估计值计算得到接收端IQ不平衡校正 参数，所述IQ不平衡校正参数包括冲击响应系数以及I路和Q路的交叉参数；
[0012] 第一校正模块，用于根据所述频偏估计值对所述训练序列进行频偏补偿，并根据 所述接收端IQ不平衡校正参数对所述训练序列进行接收端IQ不平衡校正；
[0013] 发送端参数估计模块，用于根据所述进行频偏补偿以及接收端IQ不平衡校正后 的训练序列得到发送端IQ不平衡校正参数；
[0014] 第一发送模块，用于将所述发送端IQ不平衡校正参数发送到发送端设备，以便发 送端设备根据所述发送端IQ不平衡校正参数对数据信息进行发送端IQ不平衡校正； [0015] 第二校正模块，用于根据所述接收端IQ不平衡校正参数对所接收到的发送端设 备进行发送端IQ不平衡校正后的数据信息进行接收端IQ不平衡校正；
[0016] 其中，所述训练序列包括M段训练子序列S(n);每段训练子序列S(n)长度为K，相 邻两个训练子序列的相位差为=s每段训练子序列S(n)包括两个数据帧；每个数据 帧包括一个循环前缀以及一个载波信号，所述两个数据帧的循环前缀CPi和CP2相同，每个 数据帧的载波信号包括D个子载波；排在前面的数据帧的载波信号Sl(n)的正频率的子载 波为非〇随机信号P，负频率的子载波为〇 ;排在后面的数据帧的载波信号s2 (n)的正频率 D 的子载波为〇,负频率的子载波为非〇的随机信号P;不使用第〇和第7个子载波。 2
[0017] 本发明实施例第一方面的第一种可能的实现方式中，
[0018] 所述频偏估计模块，具体用于根据解调后的训练序列中的接收信号利用存在接收 端IQ不平衡和发送端IQ不平衡下的频偏估计算法确定所述训练序列的频偏估计值，所述 存在接收端IQ不平衡和发送端IQ不平衡下的频偏估计算法包括：
[0019] 设解调后的训练序列的接收信号为r(n)，n=l，2,. . .，MK，构造3X(M-3Q)K的矩阵 R：
[0020]
[0021] 定义矩阵B和矩阵Bs:
[0022]
[0023] 计算矩阵BHRRHB的最小特征值d，以及所述最小特征值d所对应的特征向量 i^Ui,u2]，并计算矩阵RS=BSHRRHBS ;
[0024]
[0025] 计算频偏估计值A ? :
[0026]
[0027] 其中，a为满万
正的最小整数。
[0028] 本发明实施例第一方面的第二种可能的实现方式中，
[0029] 所述频偏估计模块，具体用于根据解调后的训练序列中的接收信号利用存在接收 端IQ不平衡和发送端IQ不平衡下的频偏估计算法确定所述训练序列的初始频偏估计值， 利用所接收的训练序列以及所述初始频偏估计值利用在接收端IQ不平衡和发送端IQ不平 衡下的接收端IQ不平衡校正参数估计算法确定初始接收端IQ不平衡参数，利用所述初始 IQ不平衡参数对解调后的训练序列进行接收端IQ不平衡校正，利用常规的频偏估计算法 确定利用所述初始IQ不平衡校正参数校正后的训练序列的第1次迭代的频偏估计值；
[0030] 根据解调后的训练序列中的接收信号以及第i-1次迭代的频偏估计值利用在接 收端IQ不平衡和发送端IQ不平衡下的接收端IQ不平衡校正参数估计算法确定所述训练 序列的第i次迭代的接收端IQ不平衡校正参数，所述第i次迭代的接收端IQ不平衡校正 参数包括第i次迭代的冲击响应系数以及第i次迭代的I路和Q路的交叉参数；
[0031] 利用第i次迭代确定的接收端IQ不平衡校正参数对所述训练序列进行接收端IQ 不平衡校正；
[0032] 利用常规的频偏估计算法确定校正后的训练序列的第i + 1次迭代的频偏估计值， 所述校正后的训练序列为利用第i次迭代确定的接收端IQ不平衡校正参数对所述训练序 列进行接收端IQ不平衡校正后的训练序列；
[0033] 判断所述迭代次数i + 1是否达到预设最大迭代次数；
[0034] 当i + 1没有达到预设最大迭代次数时，返回执行步骤根据解调后的训练序列中的 接收信号以及第i+1次迭代的频偏估计值利用在接收端IQ不平衡和发送端IQ不平衡下的 接收端IQ不平衡校正参数估计算法确定所述训练序列的第i+1次迭代的接收端IQ不平衡 校正参数；
[0035] 当i+1达到预设最大迭代次数时，第i+1次迭代的频偏估计值即为所述训练序列 的频偏估计值；
[0036] 其中，所述i=l，2, 3, ? ??的整数；
[0037] 所述存在接收端IQ不平衡和发送端IQ不平衡下的频偏估计算法包括：
[0038] 设解调后的训练序列的接收信号为r(n)，n=l，2,. . .，MK，构造3X(M-3Q)K的矩阵 R：
[0039]
[0040] 定义矩阵B和矩阵Bs:
[0041]
[0042] 计算矩阵BHRRHB的最小特征值d，以及所述最小特征值d所对应的特征向量 i^Ui, u2]，并计算矩阵 RS=BSHRRHBS ;
[0043] 计
[0044] 计算频偏估计值A? :
[0045]
[0046] 其中，a为满足
W为正的最小整数；
[0047] 所述利用在接收端IQ不平衡和发送端IQ不平衡下的接收端IQ不平衡校正参数 估计算法包括：
[0048] 构造 2 (MK-3QK)X(L+1)的矩阵：
[0049]
[0050]
[0051]
[0052] 计算vzr+r^v为一个（L+1)X1 的向量，记为vzHvpv2,v3, . . .，VyJ，则接收端IQ 不平衡校正参数为：
[0053] f(n) = [v2,v3, . . . ,vL+1]；
[0054]
[0055]
[0056]
[0057] 所述常规的频偏估计算法包括： M
[0058] 将2KQ段训练子序列看成一组，一共$组，计算相邻两组训练序列的相位差确定 m 频偏估计值。
[0059] 本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式中，
[0060] 所述接收端参数估计模块，具体用于根据所述频偏估计值利用在接收端IQ不平 衡和发送端IQ不平衡下的接收端IQ不平衡校正参数估计算法确定所述训练序列的接收端 IQ不平衡校正参数，所述在接收端IQ不平衡和发送端IQ不平衡下的接收端IQ不平衡校正 参数估计算法包括：
[0061] 构造 2 (MK-3QK)X(L+1)的矩阵：
[0062]
[0063]
[0064]
[0065] 计算vzr+r^v为一个（L+1)X1 的向量，记为vzHvpv2,v3, . . .，VyJ，则接收端IQ 不平衡校正参数为：
[0066] f(n) = [v2,v3, . . . ,vL+1]；
[0067]
[0068]
[0069]
[0070] 本发明实施例第一方面的第四种可能的实现方式中，
[0071] 所述发送端参数估计模块，具体用于根据所述进行频偏补偿以及接收端IQ不平 衡校正后的训练序列确定除第〇个和第D/2个子载波以外的信道估计值：
[0072] 训练子序列S(n)中的两个数据帧在频域的子载波对（k，N_k)上的接收信号为 k和R^k，以及Ru和R^k，忽略发送端IQ不平衡随时间变化，
[0074][0075] 利用所述信道估计值得到发送端IQ不平衡校正参数：
[0073]
[0076]
[0077] 结合本发明实施例第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式 中，所述设备还包括：
[0078] 第一计算模块，用于计算所述训练序列每段训练子序列的发送端IQ不平衡校正 参数；
[0079] 第二计算模块，用于计算所得到的M个训练子序列的发送端IQ不平衡校正参数的 平均值作为所述训练序列的发送端IQ不平衡校正参数。
[0080] 结合本发明实施例第一方面至第一方面的第五种可能的实施方式，在第六种可能 的实施方式中，所述设备还包括：
[0081] 频偏校正模块，用于利用所述偏频估计值对所接收到的发送端设备进行发送端IQ 不平衡校正后的数据信息进行频偏补偿。
[0082] 本发明实施例第二方面提供一种发送端设备，所述设备包括：
[0083] 序列生成模块，用于生成训练序列；
[0084] 调制模块，将所述训练序列进行正交调制后发送到接收端设备；
[0085] 第二接收模块，用于接收所述接收端设备发送的发送端IQ不平衡校正参数；
[0086] 第二校正模块，用于根据所述发送端IQ不平衡校正参数对所述数据信息进行发 送端IQ不平衡校正。
[0087] 本发明实施例第二方面第一种可能的实施方式中，
[0088] 所述第二校正模块，具体用于对数据信息进行频域的预失真：
[0089]
[0090] s(k)和s(N_k)为频域子载波对（k，N_k)所要发送的载波信号，€ t,k和为 所述发送端IQ不平衡参数，s'（k)和s'（N-k)为预失真后实际发送的数据信息。
[0091] 本发明实施例第三方面提供一种IQ不平衡估计和校正的系统，所述系统包括：
[0092] 本发明实施例第一方面至第一方面第六种可能的实施方式任意一项所述的接收 端设备和本发明实施例第二方面至第二方面第一种可能的实施方式任意一项所述的发送 端设备。
[0093] 本发明实施例第三方面第一种可能的实施方式中，所述系统包括：
[0094] 所述发送端设备和所述接收端设备都为基站；
[0095]或者，
[0096] 所述发送端设备为基站，所述接收端设备为移动终端；
[0097]或者，
[0098] 所述发送端设备为移动终端，所述接收端设备为基站。
[0099] 本发明实施例第四方面提供一种IQ不平衡估计和校正的方法，应用于接收端设 备，所述方法包括：
[0100] 对所接收的发送端设备发送的训练序列进行正交解调；
[0101] 根据解调后的训练序列中的接收信号确定所述训练序列的频偏估计值；
[0102] 根据所述频偏估计值计算得到接收端IQ不平衡校正参数，所述IQ不平衡校正参 数包括冲击响应系数以及I路和Q路的交叉参数；
[0103] 根据所述频偏估计值对所述训练序列进行频偏补偿，并根据所述接收端IQ不平 衡校正参数对所述训练序列进行接收端IQ不平衡校正；
[0104] 根据所述进行频偏补偿以及接收端IQ不平衡校正后的训练序列得到发送端IQ不 平衡校正参数；
[0105] 将所述发送端IQ不平衡校正参数发送到发送端设备，以便发送端设备根据所述 发送端IQ不平衡校正参数对数据信息进行发送端IQ不平衡校正；
[0106] 根据所述接收端IQ不平衡校正参数对所接收到的发送端设备进行发送端IQ不平 衡校正后的数据信息进行接收端IQ不平衡校正；
[0107] 其中，所述训练序列包括M段训练子序列S(n);每段训练子序列S(n)长度为K，相 邻两个训练子序列的相位差为g=/is每段训练子序列S(n)包括两个数据帧；每个数据 帧包括一个循环前缀以及一个载波信号，所述两个数据帧的循环前缀CPi和CP2相同，每个 数据帧的载波信号包括D个子载波；排在前面的数据帧的载波信号Sl(n)的正频率的子载 波为非〇随机信号P，负频率的子载波为〇 ;排在后面的数据帧的载波信号s2 (n)的正频率 的子载波为〇,负频率的子载波为非〇的随机信号P;不使用第〇和第f个子载波。
[0108] 本发明实施例第四方面第一种可能的实施方式中，所述根据解调后的训练序