[发明专利]一种IQ不平衡失真的数字预失真校正装置和方法

说明书

本发明提出一种基于数字预失真系统中的IQ不平衡校正技术，属于无线通信领域。正交调制后的信号分两路进入数字预失真系统，首先进行信道估计获得相应的估计参数并对数据进行初始化；然后据输入的同相信号和正交信号计算同相信号和正交信号的直流偏移因子并进行直流补偿；根据输入的同相信号和正交信号计算同相信号和正交信号的增益不平衡因子和相位不平衡因子；根据镜像校正模型代入相应的参数进行镜像校正；最后更新补偿后的增益和相位因子完成IQ不平衡校正过程。采用本发明的方法可以降低系统硬件复杂度和成本，同时还提高了误差估计和补偿的精度。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及多载波无线通信系统中的同相(I)和正交相(Q)不平衡校正(IQ不平衡校正)装置和方法。

背景技术

无线通信系统及相关的标准正在不断使用更加复杂的调制技术(例如64QAM和OFDM(正交频分复用))来增加通信信道的吞吐量。这些更复杂的调制技术增加了对于低成本的直接转换接收器和发射器的同相(I)和正交相(Q)路径之间的不平衡性。基带同相和正交相IQ信号经过正交调制后输出两路信号的增益通常存在着一定差异，该差异就造成了增益不平衡失真，I和Q信道之间的增益不平衡是由混频器、滤波器和数模转换器(ADC)以及信道之间的不一致性导致的。正交调制器中有一个载波信号分离器，用于将本振信号分离成两路相位相差90度的载波信号，而实际硬件电路中要达到完全精确的90度几乎是不可能的，总会存在一个相位误差，当同相和正交相信道的本地振荡器信号之间的相位差不是精确的90度时会发生相位不平衡，该相位不平衡产生的误差就是相位不平衡失真。

考虑正交调制本振的非线性失真，当输入信号的同相分量I(t)和正交分量Q(t)分别表示为：I(t)＝Gcos(ωt+φ)+D (1)

Q(t)＝sinωt (2)

其中，G表示增益，ω为信号角频率，t为时间，φ为信号相位，D为直流分量。当调制器的幅度误差ε和相位误差θ，则经过正交调制后输出的信号为：

从这个式子可以看出经过正交调制后的信号包含了3个部分，一个是在有用频率ω_ct+ωt上的信号，一种是由于本振引起的镜像干扰频率ω_ct-ωt上的信号，第三个是本振频率上ω_ct的信号。对我们来说有用信号只有ω_ct+ωt上的信号，而其他信号都是干扰信号。从表达式中也可看出直流偏移D过大对输入信号来说也就增加了本振的振幅，这样可能引起本振泄露，所以我们通常会说直流偏移过大会引起本振泄露。当原始信号经过调制后会引起IQ增益，相位不平衡和直流偏移等非线性失真，我们就需要在数字域上对上述的不平衡进行补偿。

IQ不平衡失真主要包括上述增益不平衡、相位不平衡和直流偏移三个部分。其中，镜像信号就是由增益和相位不平衡引起的。镜像会导致发射杂散指标不能达标，如果镜像和有用信号互相混叠，还会恶化有用信号的矢量幅度误差EVM，另一方面镜像频率和有用信号落在彼此带内，使得射频链路滤波器无法抑制镜像。另外正交调制后的信号还存在着载波泄露，本振信号会泄露到射频输出端，从而造成直流偏移误差。这些IQ不平衡失真会使原信号产生失真分量，且使通信系统的误码率增大。

最初采用补偿IQ不平衡的方法是手工方式进行调节，但是这样的方法费时且不能进行自动跟踪补偿。之后提出了复合模型方法，将信道因子和IQ不平衡因子结合在一起，并利用特殊的双导频符号进行校正，这种方法需要大量的频率资源且不适合于时变信道。接着，人们又提出时域盲补偿方法，但这种方法假设IQ不平衡的影响集中在其中一路，不适用于实际的系统且实时性很差。随后，人们提出了自适应的IQ不平衡补偿方法，这种方法需要大量的训练符号和迭代运算以获得均衡器系数，且需要附加反馈电路完成实时检测IQ不平衡的变化情况，实现IQ不平衡的自适应补偿。然而，附加反馈电路大大提高了硬件开销和系统复杂度。

发明内容