[发明专利]一种OFDM系统中同相/正交不平衡的估计方法及其模块

说明书

本发明公开了一种OFDM系统中同相/正交不平衡的估计方法及其模块。该估计方法包括以下步骤：S1：对接收到的时域信号进行频偏补偿；S2：去除循环前缀后，将两个时间上邻近的不同导频符号变换到频域；S3：按照系统带宽抽取导频符号占用的子载波；S4：对于两个导频符号，得到每个子载波上的两个导频信号的接收信号；S5：去除IQ不平衡参数和信道的耦合，求取IQ不平衡估计值。本发明不仅应用面广，对于接收机处理的时序要求低；而且符合大部分实际应用场景需求，算法简单，计算量小。

技术领域

本发明涉及一种在OFDM(正交频分复用)系统中，对同相/正交(In-phase/Quadrature-phase，简称为IQ)不平衡进行估计的方法及其模块，属于无线通信技术领域。

背景技术

在常见的OFDM通信系统(如802.11a/g/n/ac系列和LTE等)中，为了提升频谱利用效率，普遍采用了高阶调制或者MIMO技术。这些复杂的传输方案要求接收机能够获取相对较高的信噪比(SNR)。而收发机受限于生产成本，可能需要采用较为低价的器件，其非理想的IQ不平衡特性会导致接收端的信噪比下降，严重影响接收性能。为了提升接收性能，有必要准确地估计IQ不平衡以便对接收端进行补偿。

对于基于OFDM技术的宽带通信系统而言，本身已经将整个频带划分成了多个子载波，因此常见的IQ不平衡估计方法往往采用在频域进行操作计算。例如针对OFDM系统中的IQ不平衡估计，美国博通公司在美国专利申请“IQ imbalance estimation usingbroadcast signals”(公开号为US2015103960A1)中基于对称导频结构，提出了利用关于DC对称的成对导频子载波来获取统计量，然后将此统计量提供给信道估计模块求取信道估计，最后将信道估计的结果送至IQ不平衡估计模块用于消除IQ不平衡和信道信息的耦合，获取IQ不平衡参数估计值。要求导频信号的设计是关于DC对称的，这对于系统导频信号设计的限制较大。例如，在UMTS LTE的某些通信标准中，由于导频未设置在对称频率上，则此方法不适用。并且，该专利申请需要先完成导频信道估计，然后才能估计IQ不平衡，因此对具体实现的时序有要求。再有，该专利申请在信道估计中假设相邻子载波信道平坦，这个假设对于较小的子载波间隔，例如LTE系统(子载波间隔为15kHz)更为合理；而对于有较大子载波间隔的OFDM系统，例如802.11a/g/n/ac系统(子载波间隔为312.5kHz)而言，则该假设未必成立。

为了去除IQ不平衡估计算法对于对称导频结构的依赖，爱立信公司在公告号为CN102057644B的中国发明专利“用于估计IQ不平衡的方法和布置”中，提出采用数据符号来替代部分导频符号，即构成关于DC对称的导频/数据子载波对，用以估计IQ不平衡，其主体思路跟上述博通公司的专利申请相似，需要将所使用到的数据符号进行信道估计和解调，然后视为已知符号(等效于导频)。这种方法有如下不足之处：需要先完成数据符号解调，然后才能估计IQ不平衡，因此对具体实现的时序有要求，且复杂度较高；数据符号上的信道估计一般由导频上的信道估计插值产生，本身含有IQ不平衡和插值误差，导致IQ不平衡估计的精确度不如直接使用对称导频信号；数据符号解调如果发生错误，则会直接导致IQ不平衡估计出错。

爱立信公司在公告号为CN102668483B的另一件中国发明专利“用于非对称导频符号的IQ不平衡估计”中，提出基于IQ不平衡为静态参数的假设，在接收OFDM信号的初期向下混频时加入额外的频率偏移，使得基带信号中获得对称导频子载波(此时频谱发生偏移，不再以DC为中心)。然后采用基于对称导频的IQ不平衡估计算法，最后还需要补偿额外的频率偏移。获取IQ不平衡估计值之后，采用正常下混频进行接收，不再进行IQ不平衡估计。该方法有如下不足之处：需要在接收OFDM信号的初期采用不同的下混频方法，且下混频中额外添加的频率偏移依赖于具体导频设计，实现复杂度高；假设IQ不平衡为静态值，无法实现IQ不平衡的实时估计；实际环境中IQ不平衡还受到温度，电压等时变因素影响，因此该方法的实用性值得商榷。

发明内容