OFDM系統(tǒng)中的IQ不平衡估計(jì)與補(bǔ)償算法研究.pdf

1、正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是下一代無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技術(shù)能夠在不增加發(fā)射功率和帶寬的前提下，利用空間資源顯著提高傳輸速率、頻譜效率和通信可靠性。將MIMO技術(shù)和OFDM技術(shù)相融合的MIMO-OFDM技術(shù)是當(dāng)前和未來

2、無線通信的核心技術(shù)之一。
　　 盡管OFDM系統(tǒng)和MIMO-OFDM系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢，但是基于OFDM技術(shù)的無線通信系統(tǒng)對由模擬器件的非理想特性引起的同相正交(In-phase and Quadrature-phase，IQ)支路不平衡十分敏感。IQ不平衡會(huì)破壞OFDM系統(tǒng)子載波間的正交性，產(chǎn)生鏡像干擾并造成OFDM系統(tǒng)性能下降。因此，如何有效地抑制IQ不平衡成為OFDM/MIMO-OFDM系統(tǒng)研究中的一個(gè)重要課題。為此，本文專

3、注于研究基于OFDM/MIMO-OFDM系統(tǒng)的IQ不平衡補(bǔ)償和IQ不平衡與信道聯(lián)合估計(jì)方法。主要工作如下:
　　 1.針對OFDM系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)產(chǎn)生的與頻率無關(guān)的IQ不平衡問題，提出了IQ不平衡的時(shí)域無反饋補(bǔ)償算法和基于時(shí)域最小二乘的IQ不平衡與信道聯(lián)合估計(jì)算法。時(shí)域無反饋補(bǔ)償算法在接收機(jī)處對由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)產(chǎn)生的IQ不平衡進(jìn)行聯(lián)合補(bǔ)償，無需由接收機(jī)向發(fā)射機(jī)反饋IQ不平衡參數(shù)估計(jì)信息，與傳統(tǒng)的時(shí)域反饋算法相比系統(tǒng)開銷小、效

4、率高。時(shí)域最小二乘估計(jì)算法充分挖掘了受IQ不平衡影響的信道時(shí)域特性，僅采用兩個(gè)OFDM訓(xùn)練符號即可達(dá)到較好的估計(jì)性能，比傳統(tǒng)的估計(jì)算法大幅減少了訓(xùn)練符號數(shù)目，提高了系統(tǒng)頻譜效率。
　　 2.針對OFDM系統(tǒng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中存在的與頻率相關(guān)的IQ不平衡問題，構(gòu)造了基于頻域高斯消元的IQ不平衡補(bǔ)償和IQ不平衡與信道聯(lián)合估計(jì)算法。首先，通過對OFDM符號的逐個(gè)子載波進(jìn)行高斯消元，得到IQ不平衡補(bǔ)償和信號檢測結(jié)果。然后，設(shè)計(jì)了頻域的訓(xùn)練

5、序列結(jié)構(gòu)，給出了IQ不平衡參數(shù)和信道聯(lián)合估計(jì)方法。通過對估計(jì)結(jié)果進(jìn)行頻域—時(shí)域變換并截短信道有效長度獲得了信噪比增益，有效減少了所需訓(xùn)練符號的數(shù)目，提高了系統(tǒng)頻譜資源效率。算法復(fù)雜度分析表明，基于頻域高斯消元的估計(jì)和補(bǔ)償算法比傳統(tǒng)的頻域最小二乘算法復(fù)雜度低。仿真結(jié)果表明，頻域高斯消元算法的誤碼性能接近已知IQ不平衡參數(shù)和信道信息的理想系統(tǒng)。
　　 3.對快時(shí)變信道中的OFDM系統(tǒng)進(jìn)行了研究，針對發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的IQ不平衡和多普勒

6、擴(kuò)展所共同產(chǎn)生的子載波間干擾問題，提出了分塊的迭代交替結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了在快時(shí)變信道中補(bǔ)償IQ不平衡的低復(fù)雜度球形譯碼—并行干擾消除算法。該算法對系統(tǒng)模型進(jìn)行分塊處理，采用球形譯碼算法消除塊內(nèi)干擾，并行干擾消除算法抑制塊間干擾，將兩種算法相結(jié)合并交替迭代數(shù)次可達(dá)到良好的干擾抑制效果。同傳統(tǒng)的最小二乘算法和最小均方誤差頻域均衡器相比，低復(fù)雜度的球形譯碼—并行干擾消除算法具有更好的系統(tǒng)誤碼性能。
　　 4.研究了在稀疏多徑信道環(huán)境中的MI

7、MO-OFDM系統(tǒng)的IQ不平衡問題，給出了一種基于正則化最小二乘—平行坐標(biāo)下降算法的IQ不平衡參數(shù)和稀疏信道的聯(lián)合估計(jì)方法。首先推導(dǎo)了IQ不平衡參數(shù)和稀疏信道的聯(lián)合估計(jì)模型，進(jìn)而給出了一種迭代的IQ不平衡參數(shù)和信道的聯(lián)合估計(jì)方法。該方法采用l1-l2優(yōu)化模型在信道稀疏性和估計(jì)誤差之間取得了良好的折衷，并用平行坐標(biāo)下降算法求取優(yōu)化問題的全局最優(yōu)解。為獲得較快的收斂速度，以正則化最小二乘估計(jì)結(jié)果作為平行坐標(biāo)下降算法的初始值，由此獲得IQ不平

8、衡參數(shù)和稀疏信道的聯(lián)合估計(jì)結(jié)果。數(shù)值仿真驗(yàn)證了正則化最小二乘—平行坐標(biāo)下降估計(jì)方法的系統(tǒng)誤碼率和估計(jì)歸一化均方誤差性能均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)算法。
　　 5.針對存在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)IQ不平衡的MIMO-OFDM系統(tǒng)，為有效降低接收機(jī)的處理復(fù)雜度，提出了在發(fā)射機(jī)采用預(yù)編碼技術(shù)抑制IQ不平衡的方案。設(shè)計(jì)了適用于預(yù)編碼處理方法的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)結(jié)構(gòu)，給出了基于奇異值分解算法的IQ不平衡抑制方法。將預(yù)編碼方案與注水功率分配相結(jié)合，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)