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IQ不平衡的OFDM系统信道估计和补偿技术研究 摘要正交频分复用(OFDM，Orthogonal frequency pision multiplexing)频谱利用率较高，抗多径干扰的能力较强，已经成为下一代无线移动通信的关键技术之一。与超外差接收机相比，零中频接收机价格低、功耗低，被广泛应用在 OFDM系统中。但是它却面临着受同相和正交相(In-phase and Quadrature-phase, IQ)不平衡影响的难题，这会导致无线通信系统的性能明显下降。本论文对发射端和接收端同时存在 IQ不平衡的 OFDM 系统进行了深入的研究，主要工作如下：(1)利用频域最小二乘(Least Square, LS)信道估计算法、时域 LS 信道估计算法和高斯消元(Gaussian Eliminate, GE)的信道估计算法对信道参数进行估计。仿真和分析表明频域 LS 信道估计算法以增加训练序列为代价来提高估计性能，至少需要 16 个训练符号才能达到无 IQ失真的理想信道估计性能，而时域 LS 算法充分挖掘时域信道的特性，在第一种算法的基础上做出改进，高斯消元算法对导频信号做出特殊的设置，这两种算法只需 2 个训练符号即能达到较好的估计性能；(2)利用频域 LS算法和高斯消元算法对 IQ不平衡进行补偿， 仿真表明高斯消元补偿算法的复杂度低且性噪比损失较低。7076 关键词正交频分复用IQ不平衡频域时域信道估计补偿 TitleChannel Estimation and Compensation Schemes of OFDM Systems with IQ Imbalances Abstract Orthogonal frequency pision multiplexing (OFDM) owns a high spectrum efficiency and a good ability to combat multi-path interference and has been regarded as one of 2 无线信道5 2.1无线信道的传播特性 ..5 2.2大尺度衰落5 2.3小尺度衰落6 2.4无线信道的建模 .9 2.5本章小结 ..11 3 OFDM原理介绍..12 3.1OFDM原理..12 3.2用 DFT实现OFDM ..14 3.3循环前缀 ..14 3.4 OFDM系统的实现.16 3.5本章小结 ..16 4 IQ不平衡的OFDM 系统信道估计与补偿算法17 4.1系统模型 ..17 4.2信道估计算法19 4.3 IQ不平衡补偿算法24 4.4本章小结 ..26 5 仿真结果与分析 .27 结论 .33 致谢 .35 参考文献 ..36 1绪论 1.1无线通信概述 现代社会已经步入了信息时代，通信在各种信息技术中起到了重要的支撑作用。 无线通信的发展打破地域限制，满足了人们在移动中进行信息获取和交互的需求，成 为了现代通信系统中不可或缺的组成部分。无线通信，顾名思义是指通信双方至少有 一方在运动状态中进行信息传输。1897年，马可尼成功演示无线电报，标志着无线通 信的诞生[1] 。从此以后，无线通信取得了举世瞩目的发展。新一代大规模集成电路等 技术的出现更是极大地推动了无线通信的飞速发展。 第一代移动通信系统是模拟系统。主要采用模拟技术和频分多址（Frequency Division Multiple Access, FDMA）技术。仅提供语音服务，容量有限，必威体育官网网址性差，且 不能提供数据业务。美国于 20世纪80年代开发的 AMPS 系统是具有代表性的模拟系 统。 第二代移动通信系统是数字系统。主要采用时分多址（Time Division Multiple Access, TDMA）技术和窄带码分多址（Code Division Multiple Access, CDMA）技术。 ，信道的时间弥散性将对接收信号产生频率选择性衰落。而正交频分复用 技术能够将宽带频率选择性衰落信道转换成一系列窄带平坦衰落信道，克服信道多径 衰落引起的码间干扰，具有很强的抗干扰、抗衰落能力。采用 OFDM 系统可以提供 更高更快捷的无线业务。 然而，无线移动终端正逐步朝着低价格、低功耗、便携的趋势发展[4] 。零中频接 收机因其具有的优势而得到了广泛的应用。但是基于 OFDM 的接收机会受到前端模 拟处理中 IQ 不平衡的影响，直接导致数据率和误码性能的下降，严重影响移动通信 系统的性能。因此，研究 IQ不平衡的OFDM 系统的信道估计和补偿技术是十分有必 要的。 1.3OFDM技术的发展及 IQ不平衡的原因 OFDM的概念源于 20 世纪60年代，频谱重叠和数据并行传输的概念在那时已经 形成