[发明专利]一种基于格雷序列的单载波系统IQ不平衡的补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于格雷序列的单载波系统IQ不平衡的补偿方法。

背景技术

随着通信的发展，人们对通信丳的要求越来越高，使得频谱资源越来越紧缺。同时，由于移动通信网络所承载的传输业务种类越发丰富，无线网络出现明显的异构特性，同一台终端设备需要支持多种网络类型，例如移动蜂窝系统、固定无线局域网络、短距离无线局域网络和定位导航系统等。这意味着，用户终端的收发设备需要具有灵活性以适应不同网络和不同频段的系统。但是，在实现高频段通信和保证系统灵活性的同时，模拟电路设计必须在系统的线性度、电路带宽、复杂度和功耗方面进行权衡。设计低成本低功耗的无线通信系统是一个极具挑战的工作，尤其是该系统需要具备高频段、超大带宽的通信能力。由于成本限制，复杂的电路结构和性能优异却昂贵的器件不再适用；另外，在类似异构网络的应用场景中，针对特殊频段专门设计优化的电路，或针对单台设备或单场景优化的电路也无法使用。为控制设备总体的体积和成本，尤其是应用于多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)系统中的电路，单套射频电路的成本、功耗和体积都被严格限制。以上因素导致收发机的射频前端存在很多性能瑕疵。比如直流偏置、I/Q不平衡(In-phase/Quadrature Imbalance)和相位噪声等。

单载波技术是一种非常成熟的技术，第一代模拟通信和第二代数字通信都是利用单载波书。在移动通信系统中，为了克服多径衰落信道的不利影响，单载波传输需要在接收端设计非常复杂的时域均衡器，这大大增加了系统设计的复杂度和成本。随着工作的深入，人们发现，单载波系统其实也能利用简单的均衡办法(如频域均衡)来有效地消除多径的影响；而且，单载波系统的峰值平均功率比(PAPR)低，对频率也不十分敏感。

正交相移键控是一种常用基带调制，其原理是将基带信号分为并行的两路信号，分别称为同相支路(In-phase Branch,I路)正交支路(Quadrature Branch,Q路)分别经过两个彼此正交的本振信号调制到射频并进行发送；在接收端，接收机生成两个正交的本振信号，利用相干解调将两路信号分离，提取基带信号。实际系统中，由于I/Q两路的振荡信号由晶振和锁相环合成，再经过希尔伯特变换得到，两路振荡信号的幅度很难做到完全相同，相位差也不是90°，造成I/Q两路数据发生串扰。在低频段系统中，由于系统工作频段低，I/Q不平衡现象并不严重；但是，高频段系统广泛采用直接变频接收机，尤其在采用了高阶调制的系统中，I/Q不平衡成为限制接收机性能的重要因素。另一方面，I/Q两支路的响应在理想情况下应完全一致，然而，由于高频段系统的带宽增加，I/Q两支路器件频率响应很难实现完全一致，这是导致I/Q不平衡的另一来源。

格雷互补序列(Golay Complementary Sequences)具有良好的自相关特性，相关函数旁瓣小，被广泛用于同步和信道估计算法^[。另外，格雷相关器经过优化设计之后，运算效率较高：对长度为N＝2^M的序列进行相关运算只需要2M次加法和M次乘法。格雷序列可以用回归算法生成，一组长度为N格雷互补序列通常包含一对长度分别为N/2二进制互补序列a_b和b_b，其元素由±1组成。纯实数格雷序列只由实数构成，在正交发射机上发送纯实数的格雷序列会造成Q路(虚部)长时间闲置，因此实际中通常使用相位旋转的多相格雷序列。与格雷序列相同，一组多相格雷序列也包含了两个序列a和b,分别由二进制互补序列a_b和b_b按如下规则生成：a(n)＝a_b(n)e^jπn/2,b(n)＝b_b(n)e^jπn/2，其中n＝0,1,2,3…N/2-1。

发明内容

对于单载波系统，频选I/Q不平衡等效于在I/Q两路额外的添加了两个失配的滤波器，所以在单载波系统时域处理频选I/Q不平衡的难度更大。本发明提出了一种利用格雷序列补偿单载波系统I/Q不平衡的方法，利用格雷序列的自相关性，在时域完成估计和补偿，极大地简化了接收端I/Q不平衡估计过程。具体来说，发射机发送包含多相格雷序列的前导码、独特字或训练序列，接收端获取接收序列，利用多相格雷序列自相关和共轭自相关特性，在时域分离接收信号中的原信号分量和共轭分量，并估计对应等效信道，再通过等效信道求出补偿滤波器，最后利用补偿滤波器补偿I/Q失衡。