[发明专利]一种用于短距离无线通信的抗IQ不平衡失真的信号判决方法

说明书

技术领域

本发明涉及短距离无线通信技术领域，特别是涉及一种用于短距离无线通信的抗IQ不平衡失真的信号判决方法。

背景技术

无线通信的飞速发展给人们的生活带来了巨大的影响，以短距离无线通信为基础的无线传感网(WSN)和无线体域网(WBAN)的广泛研究与应用，正在极大地推动着社会生活的改变和产业技术的变革。在无线传感网和无线体域网中，传感节点都具有体积小、计算能力受限、电源能量有限等特点，为了有效延长电池寿命，避免频繁更换电池，无线传感节点对功耗有着严格的要求。

随着集成电路工艺的进步，处理器和传感器模块功耗变得越来越低，无线传感节点的大部分能量都消耗在无线通信模块上。如何在保证通信质量的前提下进一步降低无线节点的功耗成为了一个研究的热点。

无线传感节点由于应用的不同传输速率也会有很大的不同，从几Kbit/s的简单数据到几Mbit/s的视频数据均有可能，但其相同点是通信模块活动状态下的功耗比待机状态下的功耗都要大得多。为了在获得较高传输速率的同时降低平均功耗，应该尽量降低无线发送模块的占空比，为此可采用高阶调制最大化能量利用率。然而目前的短距离无线传感节点大多采用BPSK或者QPSK等低阶调制方式，原因在于高阶调制(如16QAM、64QAM等)中发送模块硬件电路制造的缺陷将导致IQ支路不平衡失真等因素也使得高阶调制的性能加剧恶化。为克服IQ不平衡失真，传统方法在通信系统的发送端进行补偿处理或预失真处理，这些方法增加了发送端电路的复杂度或功耗，在发送端对体积和功耗有着严格限制时并不适用。

在WSN和WBAN的很多应用场景中，网络结构仅由感知并上传信息的传感节点和接收并处理信息的中央基站(Base Station,BS)节点组成。中央基站节点与传感节点相比具有较强的计算能力与充足的能量，而WSN和WBAN对通信实时性的要求又低于传统的移动通信，使得在BS端采用耗时较长的复杂接收/解调判决算法成为可能。

IQ不平衡失真包括增益不平衡、相位不平衡和直流偏移三个部分。

以正交调制器为例，输入到正交调制器的两路信号的增益通常存在着一定差异，这就造成了增益不平衡失真；正交调制器中需要两路完全正交的载波信号，然而当载波信号分离器将本振信号分离成两路相位相差90度的载波信号时，实际硬件电路中要达到完全精确的90度几乎是不可能的，该相位误差就是相位不平衡失真；正交调制器还存在着载波泄露，本振信号会泄露到射频输出端，从而造成直流偏移误差。与正交调制器产生IQ失真的原理相似，正交解调器也存在着IQ不平衡失真。

以发送端为例对IQ不平衡失真进行建模，设输入的正交信号为x(t)＝x_i(t)+jx_q(t)，α和β分别表示I路和Q路信号各自的增益，d_i和d_q为直流偏移。为简化分析，可将相位误差θ全部归结到正交支路，经正交上变频调制后的射频信号可以表示为：

y(t)＝α[x_i(t)+d_i]cos(2πft)+β[x_q(t)+d_q]sin(2πft+θ)

＝{α[x_i(t)+d_i]+βsinθ[x_q(t)+d_q]}cos(2πft)

+βcosθ[x_q(t)+d_q]sin(2πft)。

由于IQ不平衡失真的引入，导致上变频后的信号出现了失真，可以等效地把失真归到基带信号中，于是基带IQ信号的两个分量可以分别表示为：

v_i＝α[x_i(t)+d_i]+βsinθ[x_q(t)+d_q]

v_q＝βcosθ[x_q(t)+d_q]。

由此可分析得到信号星座的整体形状虽然变化了，但信号星座的聚类特性却没有改变，所以本发明采用改进的基于网格的K-means算法作为高阶QAM信号的判决算法，能在发送端存在较严重的IQ不平衡失真的情况下，获得良好的解调性能。

发明内容