一種iq不平衡的估計和校正的設備、系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通信技術領域，特別是涉及一種IQ不平衡的估計和校正的設備、系統 及方法。
【背景技術】
[0002] 無線通訊系統中，發送端設備設置有正交調制器（IQ調制器)，接收端設備設置有 正交解調器（IQ解調器)。對于低頻窄帶的系統，正交調制器和正交解調器可以通過數字系 統實現，信號的正交調制和解調接近于理想特性。但在超高頻（60GHz或E-Band)和超寬帶 (大于1GHz)的通信系統中，收到DAC性能的限制，只能采用模擬的正交調制器和正交解調 器。
[0003] 發送端設備中，數模轉換器（DigitaltoAnalogConverter,DAC)產生的信號先 經過發送端低通濾波才能到達模擬正交調制器的I路和Q路，模擬的正交調制器將I路和Q 路的信號調制后輸出至接收端設備。由于系統傳輸信號的超寬帶特性，對到達發送端I路 和Q路信號的濾波特性很難保持一致，給系統帶來隨頻率變化的發送端IQ不平衡。
[0004] 接收端設備中，模擬的正交解調器對接收到的發送端設備發送的載波信號解調 后，得到接收端I路和Q路信號。解調后所得的I路和Q路信號需經過接收端低通濾波，由 于接收端I路和Q路信號的濾波特性的不一致性，給系統帶來隨頻率變化的接收端IQ不平 衡。
[0005] IQ不平衡的存在會增加系統的誤碼率，降低系統的性能，因此，需要對系統中的 IQ不平衡進行估計和校正。現有技術中，主要是在正交頻分復用（OrthogonalFrequency DivisionMultiplexing,OFDM)系統中估計和校正發送端和接收端IQ不平衡。首先在頻 域估計系統存在發送端和接收端IQ不平衡時的信道系數，再利用所述信道系數通過聯合 解碼校正發送端和接收端的IQ不平衡。上述方案是在頻域估計和校正IQ不平衡，忽略了 載波頻偏對系統的頻域子載波的影響，導致估計的發送端和接收端IQ不平衡時的信道系 數有很大誤差，導致系統中發送端和接收端IQ不平衡校正結果差，降低系統性能。
【發明內容】
[0006] 本發明解決的技術問題在于實施例提供了一種IQ不平衡的估計和校正的設備、 系統及方法，在估計和校正發動端和接收端隨頻率變化的IQ不平衡時，考慮了載波頻偏的 影響，提高系統發動端和接收端IQ不平衡校正的準確性。
[0007] 為此，本發明解決技術問題的技術方案是：
[0008] 本發明實施例第一方面提供了一種接收端設備，所述設備包括：
[0009] 解調模塊，用于對所接收的發送端設備發送的訓練序列進行正交解調；
[0010] 頻偏估計模塊，用于根據解調后的訓練序列中的接收信號確定所述訓練序列的頻 偏估計值；
[0011] 接收端參數估計模塊，用于根據所述頻偏估計值計算得到接收端IQ不平衡校正 參數，所述IQ不平衡校正參數包括沖擊響應系數以及I路和Q路的交叉參數；
[0012] 第一校正模塊，用于根據所述頻偏估計值對所述訓練序列進行頻偏補償，并根據 所述接收端IQ不平衡校正參數對所述訓練序列進行接收端IQ不平衡校正；
[0013] 發送端參數估計模塊，用于根據所述進行頻偏補償以及接收端IQ不平衡校正后 的訓練序列得到發送端IQ不平衡校正參數；
[0014] 第一發送模塊，用于將所述發送端IQ不平衡校正參數發送到發送端設備，以便發 送端設備根據所述發送端IQ不平衡校正參數對數據信息進行發送端IQ不平衡校正； [0015] 第二校正模塊，用于根據所述接收端IQ不平衡校正參數對所接收到的發送端設 備進行發送端IQ不平衡校正后的數據信息進行接收端IQ不平衡校正；
[0016] 其中，所述訓練序列包括M段訓練子序列S(n);每段訓練子序列S(n)長度為K，相 鄰兩個訓練子序列的相位差為=s每段訓練子序列S(n)包括兩個數據幀；每個數據 幀包括一個循環前綴以及一個載波信號，所述兩個數據幀的循環前綴CPi和CP2相同，每個 數據幀的載波信號包括D個子載波；排在前面的數據幀的載波信號Sl(n)的正頻率的子載 波為非〇隨機信號P，負頻率的子載波為〇 ;排在后面的數據幀的載波信號s2 (n)的正頻率 D 的子載波為〇,負頻率的子載波為非〇的隨機信號P;不使用第〇和第7個子載波。 2
[0017] 本發明實施例第一方面的第一種可能的實現方式中，
[0018] 所述頻偏估計模塊，具體用于根據解調后的訓練序列中的接收信號利用存在接收 端IQ不平衡和發送端IQ不平衡下的頻偏估計算法確定所述訓練序列的頻偏估計值，所述 存在接收端IQ不平衡和發送端IQ不平衡下的頻偏估計算法包括：
[0019] 設解調后的訓練序列的接收信號為r(n)，n=l，2,. . .，MK，構造3X(M-3Q)K的矩陣 R：
[0020]
[0021] 定義矩陣B和矩陣Bs:
[0022]
[0023] 計算矩陣BHRRHB的最小特征值d，以及所述最小特征值d所對應的特征向量 i^Ui,u2]，并計算矩陣RS=BSHRRHBS ;
[0024]
[0025] 計算頻偏估計值A ? :
[0026]
[0027] 其中，a為滿萬
正的最小整數。
[0028] 本發明實施例第一方面的第二種可能的實現方式中，
[0029] 所述頻偏估計模塊，具體用于根據解調后的訓練序列中的接收信號利用存在接收 端IQ不平衡和發送端IQ不平衡下的頻偏估計算法確定所述訓練序列的初始頻偏估計值， 利用所接收的訓練序列以及所述初始頻偏估計值利用在接收端IQ不平衡和發送端IQ不平 衡下的接收端IQ不平衡校正參數估計算法確定初始接收端IQ不平衡參數，利用所述初始 IQ不平衡參數對解調后的訓練序列進行接收端IQ不平衡校正，利用常規的頻偏估計算法 確定利用所述初始IQ不平衡校正參數校正后的訓練序列的第1次迭代的頻偏估計值；
[0030] 根據解調后的訓練序列中的接收信號以及第i-1次迭代的頻偏估計值利用在接 收端IQ不平衡和發送端IQ不平衡下的接收端IQ不平衡校正參數估計算法確定所述訓練 序列的第i次迭代的接收端IQ不平衡校正參數，所述第i次迭代的接收端IQ不平衡校正 參數包括第i次迭代的沖擊響應系數以及第i次迭代的I路和Q路的交叉參數；
[0031] 利用第i次迭代確定的接收端IQ不平衡校正參數對所述訓練序列進行接收端IQ 不平衡校正；
[0032] 利用常規的頻偏估計算法確定校正后的訓練序列的第i + 1次迭代的頻偏估計值， 所述校正后的訓練序列為利用第i次迭代確定的接收端IQ不平衡校正參數對所述訓練序 列進行接收端IQ不平衡校正后的訓練序列；
[0033] 判斷所述迭代次數i + 1是否達到預設最大迭代次數；
[0034] 當i + 1沒有達到預設最大迭代次數時，返回執行步驟根據解調后的訓練序列中的 接收信號以及第i+1次迭代的頻偏估計值利用在接收端IQ不平衡和發送端IQ不平衡下的 接收端IQ不平衡校正參數估計算法確定所述訓練序列的第i+1次迭代的接收端IQ不平衡 校正參數；
[0035] 當i+1達到預設最大迭代次數時，第i+1次迭代的頻偏估計值即為所述訓練序列 的頻偏估計值；
[0036] 其中，所述i=l，2, 3, ? ??的整數；
[0037] 所述存在接收端IQ不平衡和發送端IQ不平衡下的頻偏估計算法包括：
[0038] 設解調后的訓練序列的接收信號為r(n)，n=l，2,. . .，MK，構造3X(M-3Q)K的矩陣 R：
[0039]
[0040] 定義矩陣B和矩陣Bs:
[0041]
[0042] 計算矩陣BHRRHB的最小特征值d，以及所述最小特征值d所對應的特征向量 i^Ui, u2]，并計算矩陣 RS=BSHRRHBS ;
[0043] 計
[0044] 計算頻偏估計值A? :
[0045]
[0046] 其中，a為滿足
W為正的最小整數；
[0047] 所述利用在接收端IQ不平衡和發送端IQ不平衡下的接收端IQ不平衡校正參數 估計算法包括：
[0048] 構造 2 (MK-3QK)X(L+1)的矩陣：
[0049]
[0050]
[0051]
[0052] 計算vzr+r^v為一個（L+1)X1 的向量，記為vzHvpv2,v3, . . .，VyJ，則接收端IQ 不平衡校正參數為：
[0053] f(n) = [v2,v3, . . . ,vL+1]；
[0054]
[0055]
[0056]
[0057] 所述常規的頻偏估計算法包括： M
[0058] 將2KQ段訓練子序列看成一組，一共$組，計算相鄰兩組訓練序列的相位差確定 m 頻偏估計值。
[0059] 本發明實施例第一方面的第三種可能的實現方式中，
[0060] 所述接收端參數估計模塊，具體用于根據所述頻偏估計值利用在接收端IQ不平 衡和發送端IQ不平衡下的接收端IQ不平衡校正參數估計算法確定所述訓練序列的接收端 IQ不平衡校正參數，所述在接收端IQ不平衡和發送端IQ不平衡下的接收端IQ不平衡校正 參數估計算法包括：
[0061] 構造 2 (MK-3QK)X(L+1)的矩陣：
[0062]
[0063]
[0064]
[0065] 計算vzr+r^v為一個（L+1)X1 的向量，記為vzHvpv2,v3, . . .，VyJ，則接收端IQ 不平衡校正參數為：
[0066] f(n) = [v2,v3, . . . ,vL+1]；
[0067]
[0068]
[0069]
[0070] 本發明實施例第一方面的第四種可能的實現方式中，
[0071] 所述發送端參數估計模塊，具體用于根據所述進行頻偏補償以及接收端IQ不平 衡校正后的訓練序列確定除第〇個和第D/2個子載波以外的信道估計值：
[0072] 訓練子序列S(n)中的兩個數據幀在頻域的子載波對（k，N_k)上的接收信號為 k和R^k，以及Ru和R^k，忽略發送端IQ不平衡隨時間變化，
[0074][0075] 利用所述信道估計值得到發送端IQ不平衡校正參數：
[0073]
[0076]
[0077] 結合本發明實施例第一方面的第四種可能的實現方式，在第五種可能的實現方式 中，所述設備還包括：
[0078] 第一計算模塊，用于計算所述訓練序列每段訓練子序列的發送端IQ不平衡校正 參數；
[0079] 第二計算模塊，用于計算所得到的M個訓練子序列的發送端IQ不平衡校正參數的 平均值作為所述訓練序列的發送端IQ不平衡校正參數。
[0080] 結合本發明實施例第一方面至第一方面的第五種可能的實施方式，在第六種可能 的實施方式中，所述設備還包括：
[0081] 頻偏校正模塊，用于利用所述偏頻估計值對所接收到的發送端設備進行發送端IQ 不平衡校正后的數據信息進行頻偏補償。
[0082] 本發明實施例第二方面提供一種發送端設備，所述設備包括：
[0083] 序列生成模塊，用于生成訓練序列；
[0084] 調制模塊，將所述訓練序列進行正交調制后發送到接收端設備；
[0085] 第二接收模塊，用于接收所述接收端設備發送的發送端IQ不平衡校正參數；
[0086] 第二校正模塊，用于根據所述發送端IQ不平衡校正參數對所述數據信息進行發 送端IQ不平衡校正。
[0087] 本發明實施例第二方面第一種可能的實施方式中，
[0088] 所述第二校正模塊，具體用于對數據信息進行頻域的預失真：
[0089]
[0090] s(k)和s(N_k)為頻域子載波對（k，N_k)所要發送的載波信號，€ t,k和為 所述發送端IQ不平衡參數，s'（k)和s'（N-k)為預失真后實際發送的數據信息。
[0091] 本發明實施例第三方面提供一種IQ不平衡估計和校正的系統，所述系統包括：
[0092] 本發明實施例第一方面至第一方面第六種可能的實施方式任意一項所述的接收 端設備和本發明實施例第二方面至第二方面第一種可能的實施方式任意一項所述的發送 端設備。
[0093] 本發明實施例第三方面第一種可能的實施方式中，所述系統包括：
[0094] 所述發送端設備和所述接收端設備都為基站；
[0095]或者，
[0096] 所述發送端設備為基站，所述接收端設備為移動終端；
[0097]或者，
[0098] 所述發送端設備為移動終端，所述接收端設備為基站。
[0099] 本發明實施例第四方面提供一種IQ不平衡估計和校正的方法，應用于接收端設 備，所述方法包括：
[0100] 對所接收的發送端設備發送的訓練序列進行正交解調；
[0101] 根據解調后的訓練序列中的接收信號確定所述訓練序列的頻偏估計值；
[0102] 根據所述頻偏估計值計算得到接收端IQ不平衡校正參數，所述IQ不平衡校正參 數包括沖擊響應系數以及I路和Q路的交叉參數；
[0103] 根據所述頻偏估計值對所述訓練序列進行頻偏補償，并根據所述接收端IQ不平 衡校正參數對所述訓練序列進行接收端IQ不平衡校正；
[0104] 根據所述進行頻偏補償以及接收端IQ不平衡校正后的訓練序列得到發送端IQ不 平衡校正參數；
[0105] 將所述發送端IQ不平衡校正參數發送到發送端設備，以便發送端設備根據所述 發送端IQ不平衡校正參數對數據信息進行發送端IQ不平衡校正；
[0106] 根據所述接收端IQ不平衡校正參數對所接收到的發送端設備進行發送端IQ不平 衡校正后的數據信息進行接收端IQ不平衡校正；
[0107] 其中，所述訓練序列包括M段訓練子序列S(n);每段訓練子序列S(n)長度為K，相 鄰兩個訓練子序列的相位差為g=/is每段訓練子序列S(n)包括兩個數據幀；每個數據 幀包括一個循環前綴以及一個載波信號，所述兩個數據幀的循環前綴CPi和CP2相同，每個 數據幀的載波信號包括D個子載波；排在前面的數據幀的載波信號Sl(n)的正頻率的子載 波為非〇隨機信號P，負頻率的子載波為〇 ;排在后面的數據幀的載波信號s2 (n)的正頻率 的子載波為〇,負頻率的子載波為非〇的隨機信號P;不使用第〇和第f個子載波。
[0108] 本發明實施例第四方面第一種可能的實施方式中，所述根據解調后的訓練序