專利名稱：一種ofdm系統(tǒng)中信道及iqi參數(shù)的估計方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信信號處理技術領域，尤其涉及一種OFDM系統(tǒng)中信道及IQI參數(shù)的估計方法。
背景技術：
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復用技術，是多載波調(diào)制(Mult1-Carrier Modulation，MCM)的一種。該技術是HPA聯(lián)盟工業(yè)規(guī)范的基礎，它采用一種不連續(xù)的多音調(diào)技術，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合并成單一的信號，從而完成信號傳送。由于這種技術具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。OFDM的主要思想是:將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關技術分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的符號可以看成平坦性衰落，從而消除符號鍵的干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。同相正交不平衡(In-phase Quadrature Imbalance, IQI)是由IQ調(diào)制和解調(diào)器引起的，同時存在于發(fā)送機(Transmitter, TX)和接收機(Receiver, RX)中，包括與頻率相關(Frequency Dependent,FD)以及與頻率無關(Frequency Independent,FI)的同相正交不平衡。同相正交不平衡破壞了 I (同相)路和Q (正交)路信號之間的正交性，降低了接收信號的質(zhì)量。當載波頻率很高和/或帶寬很寬時，同相正交不平衡對系統(tǒng)性能的影響是不可忽視的。目前的研究中，大都是將信道、發(fā)送端IQI和接收端IQI三者聯(lián)合起來估計，而某些能將這三者分開進行估計的方法只考慮了與頻率無關的IQI。對于能夠將發(fā)送端IQI和接收端IQI分開的校正方法中，卻需要添加輔助電路，并且所述的發(fā)送端IQI和接收端IQI屬于不同的通信鏈路(下行鏈路TX和上行鏈路RX，或上行鏈路TX和下行鏈路RX)?，F(xiàn)有的對IQI估計和校正的方法可分為三類:一是自適應方法，這種方法需要大量的訓練符號和迭代運算以獲得均衡器系數(shù)；二是復合模型方法，將信道因子和IQI因子結合在一起，并利用特殊的雙導頻符號進行校正，這種方法需要大量的頻率資源且不適用于時變信道；三是時域盲補償方法，這種方法假設IQI的影響集中在其中一路，不適用于實際的系統(tǒng)，且實時性很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種OFDM系統(tǒng)中信道及IQI參數(shù)的估計方法，以克服發(fā)送端和接收端同相正交不平衡(IQI)對通信系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響。一種OFDM系統(tǒng)中信道及IQI參數(shù)的估計方法，包括:(I)在發(fā)送端，將發(fā)送的每幀數(shù)據(jù)的第一個OFDM符號作為前導序列，其結構如下:導頻在k e Pe U N。的子載波上傳輸，k e Po U Ne的子載波上傳輸?shù)男盘枮榭?；其中，系統(tǒng)的子載波數(shù)目為N，k表示第k個子載波；Pe和P。分別表示前N/2個子載波中k為偶數(shù)和奇數(shù)的子載波的集合，Ne和N。分別表示后N/2個子載波中k為偶數(shù)和奇數(shù)的子載波的集合，第O和第N/2個子載波沒有使用；(2)在接收端，根據(jù)每一幀接收到的前導序列，得到k e Pe U N。的子載波對應的信道的初始估計值，記為 Ζ,，其中m表示第m巾貞，m的取值范圍為I到M ;(3)利用線性插值或線性最小均方誤差插值得到每一幀中除第O個和第N/2個子載波外的其他子載波對應的信道的初始估計值，記為 Ζ ;(4)對于k e Pe的子載波，根據(jù)步驟(3)得到的信道的估計值以及接收到的前導序列分別計算得到發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值，分別記為￡) &和[pJ(5)對于k e N。的子載波，根據(jù)步驟(3)得到的信道的估計值以及接收到的前導序列分別計算得到發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值，分別記為v和^1} v ; (6)根據(jù)步驟(4)和(5)中得到的IQI參數(shù)的初始估計值，利用線性插值得到對應于除第O和第N/2個子載波外的其他子載波的發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值，
分別記為欸和I，(7)利用步驟(3)得到的信道的初始估計值、步驟(6)得到的發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值，通過迭代的方法得到三種參數(shù)的最終估計值；(8)利用步驟(7)的結果進行IQI的校正和符號檢測。步驟(2)中，信道估計的方法為:在接收端，第m幀的第k個子載波上的信道的初始估計值等于第m幀的第k個子載波上接收到的前導序列的值Rtni，其中k e Pe U N。。步驟(4)中，對于k e Pe的子載波，IQI參數(shù)的估計方法為:(a)利用步驟(3)中得到的信道的初始估計值構成信道矩陣矩陣的
大小為MX2，將k e Pe的子載波對應的信道的初始估計值^,的共軛作為矩陣的第一列，將其共軛子載波N-k對應的信道的初始估計值作為矩陣的第二列；(b)對于k e Pe的子載波，利用每一幀中其共軛子載波N-k上接收到的前導序列RN-k；m構成大小為MX I的接收矩陣RN_k Pe ；(C)求解信道矩陣的偽逆，并將其值與接收矩陣RN_k,相乘，得到k e Pe
時，發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值:，和￡!>。步驟(5)中，對于k e N。的子載波，IQI參數(shù)的估計方法為:(a)利用步驟(3)中得到的信道的初始估計值構成信道矩陣,，矩陣
的大小為MX2，將k e N。的子載波對應的信道的初始估計值作為矩陣的第二列，將其共軛子載波N-k對應的信道的初始估計值的共軛作為矩陣的第一列；
(b)對于k e N。的子載波，利用每一幀中其共軛子載波N-k上接收到的前導序列RN-k；m構成大小為MX I的接收矩陣RN_k—No ；(c)求解信道矩陣的共軛矩陣的偽逆，并將其值與接收矩陣RN_k Ν。相乘，
得到k e N。時，發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值:%和￡ Λ。步驟(7)中，所述迭代的步驟為:(a)首先令迭代次數(shù)i = I ;(b)利用上一次迭代得到的發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值和接收到的前導序列，計算得到每一幀中k e Pe U N。的子載波對應的第i次迭代的信道的估計值；(c)利用線性插值或線性最小均方誤差插值得到每一幀中除第O個和第N/2個子
載波外的其他子載波上對應的第i次迭代的信道的估計值，記為.λ.κ.τη 夢(d)重復步驟(4)和(5)得到k e Pe U N。時，第i次迭代發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的估計值，再利用線性插值得到除第O個和第N/2個子載波外的其他子載波上發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)第i次迭代的估計值，分別記為髮〗和ξ ；

(e)迭代次數(shù)i加1，判斷是否達到最大迭代次數(shù)，若達到，則進入步驟(f)，否則返回步驟(b)；(f)得到信道、發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的最終估計值C^和f，其中I表示最大迭代次數(shù)，k = 1，2，…，N/2-1, N/2+1,…，N-1。步驟(8)中，可選用發(fā)送端預失真和接收端校正法進行IQI校正和符號檢測，包括:將步驟(7)得到的發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值反饋給發(fā)送端，在發(fā)送端對原始輸入信號進行預失真處理；在接收端，根據(jù)得到的接收端IQI參數(shù)的最終估計值對解調(diào)后的接收信號進行校正；然后利用逐符號檢測方法對經(jīng)過校正的接收信號進行符號檢測。具體地說，所述發(fā)送端預失真和接收端校正法的具體步驟為:(a)在發(fā)送端，預失真的方法為:用發(fā)送端IQI參數(shù)矩陣的逆與原始輸入信號構成的輸入矩陣相乘，得到預失真信號，然后將其作為新的輸入信號；所述發(fā)送端IQI參數(shù)矩陣大小為2X2，其主對角線上的值為1，第2行第I列的值為第k個子載波上發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值的共軛，第I行第2列的值為其共軛子載波N-k上發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值；所述輸入矩陣的矩陣大小為2X1，第I行第I列上為第k個子載波上的原始輸入信號，第2行第I列上為第N-k個子載波上的原始輸入信號的共軛；(b)在接收端，校正的方法為:用接收端IQI參數(shù)矩陣的逆與接收端接收到的信號構成的輸出矩陣相乘，得到相應子載波上經(jīng)過校正的接收信號；所述接收端IQI參數(shù)矩陣大小為2X2，其主對角線上的值為1，第2行第I列的值為第k個子載波上接收端IQI參數(shù)的最終估計值的共軛，第I行第2列的值為其共軛子載波N-k上接收端IQI參數(shù)的最終估計值；所述輸出矩陣的矩陣大小為2X 1，第I行第I列上為第k個子載波上的接收信號，第2行第I列上為第N-k個子載波上的接收信號的共軛；(c)對經(jīng)過校正的接收信號進行逐符號檢測，得到輸出符號。除所述發(fā)送端預失真及接收端校正法外，還可利用步驟(7)得到的信道、發(fā)送端IQI參數(shù)和接收端IQI參數(shù)的最終估計值構造出第k個子載波上的聯(lián)合信道矩陣Hit，然后利用聯(lián)合信道線性檢測或者聯(lián)合檢測進行符號檢測。所述的聯(lián)合信道線性檢測的方法參考文獻(A.Tarighat, A.H.Sayed.2007.Jointcompensation of transmitter and receiver impairments in OFDMsystems.1EEE Trans.0n Wireless Commun.6(1): 240-247.)中的線性檢測方法。所述聯(lián)合檢測的方法 為:(a)在星座集里尋找一對符號作為第k個和第N-k個子載波上的輸入信號，構成發(fā)送矩陣，用第k個子載波上的接收信號與第N-k個子載波上的接收信號的共軛構成輸出矩陣，計算聯(lián)合信道矩陣Hfc和發(fā)送矩陣的乘積，使得所述輸出矩陣與該乘積的歐氏距離的平方最??；所述輸出矩陣的矩陣大小為2X 1，第I行第I列上為第k個子載波上的接收信號，第2行第I列上為第N-k個子載波上的接收信號的共軛；(b)滿足步驟(a)中所述條件的發(fā)送矩陣中的一對符號即為輸出符號。優(yōu)選地，第k個子載波上的聯(lián)合信道矩陣H6的構成方法為:Ca)由發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值得到發(fā)送端IQI參數(shù)矩陣；所述發(fā)送端IQI參數(shù)矩陣大小為2X2，其主對角線上的值為1，第2行第I列的值為第k個子載波上發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值的共軛，第I行第2列的值為其共軛子載波N-k上發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值；(b)由接收端IQI參數(shù)的最終估計值得到接收端IQI參數(shù)矩陣；所述接收端IQI參數(shù)矩陣大小為2X2，其主對角線上的值為1，第2行第I列的值為第k個子載波上接收端IQI參數(shù)的最終估計值的共軛，第I行第2列的值為其共軛子載波N-k上接收端IQI參數(shù)的最終估計值；(c)由信道的最終估計值構成大小為2X2的信道參數(shù)矩陣，其次對角線上的值為0，第I行第I列上為第k個子載波對應的信道的最終估計值，第2行第2列上為第N-k個子載波對應的信道的最終估計值的共軛；(d)將接收端IQI參數(shù)矩陣、信道參數(shù)矩陣和發(fā)送端IQI參數(shù)矩陣三者相乘，得到第k個子載波上的聯(lián)合信道矩陣。聯(lián)合信道矩陣分兩種情況考慮:(I)當信道是塊衰落信道時，聯(lián)合信道矩陣H,在一個幀內(nèi)是適用的；(2)當信道是快衰落信道時，利用散布于子載波中的導頻進行信道估計，然后構成聯(lián)合信道矩陣Hil。優(yōu)選地，所述快衰落信道的信道估計方法為:(a)利用發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的最終估計值和已知的發(fā)送端發(fā)送的前導序列構成聯(lián)合發(fā)送矩陣Sk，S 的結構如下:
權利要求
1.一種OFDM系統(tǒng)中信道及IQI參數(shù)的估計方法，其特征在于，包括: (1)在發(fā)送端，將發(fā)送的每幀數(shù)據(jù)的第一個OFDM符號作為前導序列，其結構如下:導頻在k e Pe U N。的子載波上傳輸，k e Po U Ne的子載波上傳輸?shù)男盘枮榭眨黄渲?，系統(tǒng)的子載波數(shù)目為N，k表示第k個子載波；Pe和P。分別表示前N/2個子載波中k為偶數(shù)和奇數(shù)的子載波的集合，Ne和N。分別表示后N/2個子載波中k為偶數(shù)和奇數(shù)的子載波的集合，第O和第N/2個子載波沒有使用； (2)在接收端，根據(jù)每一幀接收到的前導序列，得到ke Pe U N。的子載波對應的信道的初始估計值，記為其中m表示第m幀，m的取值范圍為I到M; (3)利用線性插值或線性最小均方誤差插值得到每一幀中除第O個和第N/2個子載波外的其他子載波對應的信道的初始估計值，記為‘:,； (4)對于ke匕的子載波，根據(jù)步驟(3)得到的信道的估計值以及接收到的前導序列分別計算得到發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值，分別記為^ &和<；pe; (5)對于ke N。的子載波，根據(jù)步驟(3)得到的信道的估計值以及接收到的前導序列分別計算得到發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值，分別記為 (6)根據(jù)步驟(4)和(5)中得到的IQI參數(shù)的初始估計值，利用線性插值得到對應于除第O和第N/2個子載 波外的其他子載波的發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值，分別記為4 和欸； (7)利用步驟(3)得到的信道的初始估計值、步驟(6)得到的發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值，通過迭代的方法得到三種參數(shù)的最終估計值； (8)利用步驟(7)的結果進行IQI的校正和符號檢測。
2.如權利要求1所述的估計方法，其特征在于，步驟(2)中，信道估計的方法為: 在接收端，第m幀的第k個子載波上的信道的初始估計值等于第m幀的第k個子載波上接收到的前導序列的值Rtni，其中k e Pe U N。。
3.如權利要求1所述的估計方法，其特征在于，步驟(4)中，對于ke Pe的子載波，IQI參數(shù)的估計方法為: (a)利用步驟(3)中得到的信道的初始估計值#:構成信道矩陣,矩陣的大小為MX 2，將k e Pe的子載波對應的信道的初始估計值 的共軛作為矩陣的第一列，將其共軛子載波N-k對應的信道的初始估計值作為矩陣的第二列； (b)對于ke Pe的子載波，利用每一幀中其共軛子載波N-k上接收到的前導序列RN_tD1構成大小為MX I的接收矩陣RN_k ； (c)求解信道矩陣的偽逆，并將其值與接收矩陣RN_k—相乘，得到ke匕時，發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值p和p。
^ },k_Pe ^r.k_Pe
4.如權利要求1所述的估計方法，其特征在于，步驟(5)中，對于ke N0的子載波，IQI參數(shù)的估計方法為:(a)利用步驟(3)中得到的信道的初始估計值丑:構成信道矩陣，矩陣的大小為ΜΧ2，將k e N0的子載波對應的信道的初始估計值作為矩陣的第二列，將其共軛子載波N-k對應的信道的初始估計值的共軛作為矩陣的第一列； (b)對于ke N。的子載波，利用每一幀中其共軛子載波N-k上接收到的前導序列RN_tD1構成大小為MX I的接收矩陣RN_k N。； (c)求解信道矩陣的共輒矩陣的偽逆，并將其值與接收矩陣RN-k_No相乘，得到k e N。時，發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值: < 和< v。 U^ 1.k_SrorΛ -No
5.如權利要求1所述的估計方法，其特征在于，步驟(7)中，所述迭代的步驟為: Ca)首先令迭代次數(shù)i = 1 ; (b)利用上一次迭代得到的發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的初始估計值和接收到的前導序列，計算得到每一幀中k e Pe U N。的子載波對應的第i次迭代的信道的估計值； (c)利用線性插值或線性最小均方誤差插值得到每一幀中除第O個和第N/2個子載波外的其他子載波上對應的第i次迭代的信道的估計值，記為Htm ； (d)重復步驟(4)和(5)得到ke Pe U N。時，第i次迭代發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的估計值，再利用線性插值得到除第O個和第N/2個子載波外的其他子載波上發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)第i次迭代的估計值，分別記為和1,； (e)迭代次數(shù)i加1，判斷是否達到最大迭代次數(shù)，若達到，則進入步驟(f)，否則返回步驟(b)； Cf)得到信道、發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的最終估計值和f丨，其中I表示最大迭代次數(shù)，k = 1，2，…，N/2-1, N/2+1,…，N-1。
6.如權利要求1所述的估計方法，其特征在于，步驟(8)中，IQI校正和符號檢測的方案為: 將步驟(7)得到的發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值反饋給發(fā)送端，在發(fā)送端對原始輸入信號進行預失真處理； 在接收端，根據(jù)得到的接收端IQI參數(shù)的最終估計值對解調(diào)后的接收信號進行校正；然后利用逐符號檢測方法對經(jīng)過校正的接收信號進行符號檢測。
7.如權利要求6所述的估計方法，其特征在于，所述方案包括: (a)在發(fā)送端，預失真的方法為:用發(fā)送端IQI參數(shù)矩陣的逆與原始輸入信號構成的輸入矩陣相乘，得到預失真信號，然后將其作為新的輸入信號； 所述發(fā)送端IQI參數(shù)矩陣大小為2X2，其主對角線上的值為1，第2行第I列的值為第k個子載波上發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值的共軛，第I行第2列的值為其共軛子載波N-k上發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值； 所述輸入矩陣的矩陣大小為2X 1，第I行第I列上為第k個子載波上的原始輸入信號，第2行第I列上為第N-k個子載波上的原始輸入信號的共軛； (b)在接收端，校正的方法為:用接收端IQI參數(shù)矩陣的逆與接收端接收到的信號構成的輸出矩陣相乘，得到相應子載波上經(jīng)過校正的接收信號； 所述接收端IQI參數(shù)矩陣大小為2X2，其主對角線上的值為1，第2行第I列的值為第k個子載波上接收端IQI參數(shù)的最終估計值的共軛，第I行第2列的值為其共軛子載波N-k上接收端IQI參數(shù)的最終估計值； 所述輸出矩陣的矩陣大小為2 X 1，第I行第I列上為第k個子載波上的接收信號，第2行第I列上為第N-k個子載波上的接收信號的共軛； (C)對經(jīng)過校正的接收信號進行逐符號檢測，得到輸出符號。
8.如權利要求1所述的估計方法，其特征在于，步驟(8)中，IQI校正和符號檢測的方案為: 利用步驟(7)得到的信道、發(fā)送端IQ1、接收端IQI參數(shù)的最終估計值構造出第k個子載波上的聯(lián)合信道矩陣Hk，然后利用聯(lián)合信道線性檢測或者聯(lián)合檢測進行符號檢測。
9.如權利要求8所述的估計方法，其特征在于，第k個子載波上的聯(lián)合信道矩陣:Hk的構成方法為: Ca)由發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值得到發(fā)送端IQI參數(shù)矩陣； 所述發(fā)送端IQI參數(shù)矩陣大小為2X2，其主對角線上的值為1，第2行第I列的值為第k個子載波上發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值的共軛，第I行第2列的值為其共軛子載波N-k上發(fā)送端IQI參數(shù)的最終估計值； (b)由接收端IQI參數(shù)的 最終估計值得到接收端IQI參數(shù)矩陣； 所述接收端IQI參數(shù)矩陣大小為2X2，其主對角線上的值為1，第2行第I列的值為第k個子載波上接收端IQI參數(shù)的最終估計值的共軛，第I行第2列的值為其共軛子載波N-k上接收端IQI參數(shù)的最終估計值； (c)由信道的最終估計值構成大小為2X2的信道參數(shù)矩陣，其次對角線上的值為O，第I行第I列上為第k個子載波對應的信道的最終估計值，第2行第2列上為第N-k個子載波對應的信道的最終估計值的共軛； Cd)將接收端IQI參數(shù)矩陣、信道參數(shù)矩陣和發(fā)送端IQI參數(shù)矩陣三者相乘，得到第k個子載波上的聯(lián)合信道矩陣m。
10.如權利要求8所述的估計方法，其特征在于，所述聯(lián)合檢測的方法為: (a)在星座集里尋找一對符號作為第k個和第N-k個子載波上的輸入信號，構成發(fā)送矩陣，用第k個子載波上的接收信號與第N-k個子載波上的接收信號的共軛構成輸出矩陣，計算聯(lián)合信道矩陣Hfr和發(fā)送矩陣的乘積，使得所述輸出矩陣與該乘積的歐氏距離的平方最小; 所述輸出矩陣的矩陣大小為2 X 1，第I行第I列上為第k個子載波上的接收信號，第2行第I列上為第N-k個子載波上的接收信號的共軛； (b)滿足步驟(a)中所述條件的發(fā)送矩陣中的一對符號即為輸出符號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種OFDM系統(tǒng)中信道及IQI參數(shù)的估計方法，包括在發(fā)送端，將發(fā)送的每幀數(shù)據(jù)的第一個OFDM符號作為前導序列；在接收端，根據(jù)每一幀接收到的前導序列，得到k∈Pe∪No的子載波上信道的初始估計值；利用線性插值或LIMMSE插值得到每一幀中除第0個和第N/2個子載波外的其他子載波上信道的估計值；根據(jù)信道的估計值以及接收到的前導序列分別得到k∈Pe、k∈No的子載波上發(fā)送端IQI、接收端IQI參數(shù)的初始估計值；利用線性插值得到對應于所有子載波的發(fā)送端IQI、接收端IQI參數(shù)的估計值；利用信道、發(fā)送端IQI、接收端IQI參數(shù)的估計值，通過迭代得到三種參數(shù)的最終估計值；進行IQI的校正和符號檢測。
文檔編號H04L25/02GK103166897SQ20131009227
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權日2013年3月21日
發(fā)明者李亞波, 范琳琳, 趙民建 申請人:浙江大學