發(fā)布時(shí)間：2019-01-02 13:04

【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)傳輸速率和信號(hào)帶寬的需求不斷增加,導(dǎo)致無線通信頻譜資源越來越緊張。60GHz無線通信憑借其頻寬大、傳輸速率快、安全性和抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注,從而具有廣闊的應(yīng)用前景。一般而言,無線通信需要載波調(diào)制,而模擬前端(FE,Front-End)的同相正交(IQ,In-phase Quadrature)的兩路振蕩信號(hào)是由晶振和鎖相環(huán)合成的,這將不可避免的導(dǎo)致I分支和Q分支之間幅度和相位的不匹配,即IQ不平衡。可見,IQ不平衡既可以存在于發(fā)射機(jī)也可以存在于接收機(jī)。IQ不平衡引起I/Q兩路數(shù)據(jù)發(fā)生串?dāng)_,將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降,當(dāng)采用低成本的直接變頻結(jié)構(gòu)或載波頻率較高的系統(tǒng)如毫米波通信系統(tǒng)時(shí)尤為突出,因此將IQ不平衡應(yīng)用于系統(tǒng)建模以獲得精確地性能評(píng)估是非常重要的。當(dāng)高頻通信系統(tǒng)的射頻前端為了降低成本而放寬對(duì)IQ不平衡的要求,或現(xiàn)有互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS,Complementary Metal Oxide Semiconductor)技術(shù)與工藝不可避免地產(chǎn)生較嚴(yán)重的IQ不平衡時(shí),在基帶中進(jìn)行IQ不平衡補(bǔ)償是必要和關(guān)鍵的。目前,常見的一些IQ不平衡的補(bǔ)償方案,大致分為兩種:盲估計(jì)或非盲估計(jì)算法。關(guān)于盲估計(jì)算法,例如,以干擾抵消(IC,Interference Cancellation)和盲源分離(BSS,Blind Source Separation)為基礎(chǔ)的補(bǔ)償算法,通過分析IQ不平衡對(duì)信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性的影響來補(bǔ)償IQ不平衡。該方法不需要任何已知序列,也不需要對(duì)IQ不平衡參數(shù)進(jìn)行估計(jì),但通常需要大量的符號(hào)以及較長的自適應(yīng)迭代過程。而對(duì)于非盲估計(jì)算法,基于信號(hào)檢測(cè)理論,IQ不平衡參數(shù)也可以通過發(fā)送已知符號(hào)進(jìn)行估計(jì)。一般可以通過基于系統(tǒng)級(jí)的算法并采用傳統(tǒng)的最小二乘(LS,Least Squares)、最大似然(ML,Maximum Likelihood)、期望最大化(EM,Expectation Maximization)等準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)對(duì)IQ不平衡準(zhǔn)確、快速的估計(jì)和補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方案比盲估計(jì)運(yùn)算量小,易于實(shí)現(xiàn),因此應(yīng)用廣泛。但此種算法并沒有充分挖掘訓(xùn)練序列的特性,且以假設(shè)得到理想的信道信息為前提。本文主要研究了基于單載波頻域均衡(SC-FDE,Single-Carrier with Frequency Domain Equalization)與正交頻分復(fù)用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的60GHz通信系統(tǒng)中的IQ不平衡補(bǔ)償算法。主要研究內(nèi)容包括:IQ不平衡仿真模型、受IQ不平衡干擾的系統(tǒng)模型、IQ不平衡對(duì)系統(tǒng)性能的影響以及IQ不平衡的補(bǔ)償算法。建立系統(tǒng)模型是研究工作的前提。鑒于此,在研究IQ不平衡的過程中,本文首先給出了用于60GHz通信的受IQ不平衡干擾的SC-FDE與OFDM系統(tǒng)模型。該模型基于60GHz通信標(biāo)準(zhǔn),是本文的研究基礎(chǔ)。其次,通過分析和仿真,研究了IQ不平衡對(duì)系統(tǒng)性能的影響,并根據(jù)實(shí)際要求總結(jié)出大致的IQ不平衡參數(shù)范圍。最后,針對(duì)不同條件下的IQ不平衡,本文給出了相應(yīng)的三種補(bǔ)償算法并對(duì)其性能進(jìn)行了驗(yàn)證和分析。第一種補(bǔ)償算法利用Golay互補(bǔ)序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性,在不需要知道信道信息的條件下來估計(jì)接收端IQ不平衡參數(shù),進(jìn)而補(bǔ)償IQ不平衡。在接收端只需要簡單的相關(guān)運(yùn)算,不需要復(fù)雜的矩陣運(yùn)算,因此該方法易于實(shí)現(xiàn)且性能改善效果明顯。該方法簡單、高效,但是其對(duì)序列有特定的要求,其適用范圍會(huì)受到一定的限制;第二種補(bǔ)償算法利用接收端IQ不平衡對(duì)時(shí)域信道的影響,同時(shí)得到IQ不平衡參數(shù)和時(shí)域估計(jì)信道,該方法所需參數(shù)較少,整體算法涉及到的都是復(fù)雜度很低的線性運(yùn)算。在以往的接收端IQ不平衡補(bǔ)償方法中,涉及信道估計(jì)的方法大多將IQ不平衡與信道作為一個(gè)整體,而未將兩者分開考慮,而本方法可以同時(shí)得到IQ不平衡的參數(shù)和時(shí)域估計(jì)信道,實(shí)用性強(qiáng),適用范圍較廣;第三種補(bǔ)償算法通過分析收發(fā)兩端IQ不平衡對(duì)頻域信道的影響,得到收發(fā)兩端的IQ不平衡參數(shù)和頻域估計(jì)信道。由于60GHz通信標(biāo)準(zhǔn)仍在不斷完善,因此同時(shí)考慮發(fā)射端與接收端IQ不平衡并聯(lián)合信道估計(jì)是本方法的一大優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)比仿真和分析可得,本文中提出的IQ不平衡補(bǔ)償算法與沒有引入IQ不平衡補(bǔ)償時(shí)相比,系統(tǒng)的性能有較大改善,均可應(yīng)用到OFDM或SC-FDE系統(tǒng)中,相對(duì)常見的補(bǔ)償算法有一定優(yōu)勢(shì)。另外,本文中的IQ不平衡補(bǔ)償方法使用的訓(xùn)練序列均為802.11 ad標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的信道估計(jì)序列,因此在IEEE 802.11ad協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)下,本文中所提出的補(bǔ)償方式不會(huì)帶來額外的數(shù)據(jù)開銷,也并不需要改變幀結(jié)構(gòu)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN928

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本文編號(hào)：2398522