一种TDD-OFDM直接变频系统中终端已知发射机IQI和非线性参数的预均衡补偿方法

本发明属于无线通信，涉及一种tdd-ofdm(time division duplexing-orthogonal frequency division multiplexing，时分双工-正交频分复用)直接变频系统中终端已知发射机iqi(in-phase quadrature imbalance，同相正交不平衡)和非线性参数的预均衡补偿方法。

背景技术：

1、在无线设备中，由于发射机射频前端电路中非线性元器件的影响，使设备发出的信号发生扭曲和失真；此外，元器件和工厂生产的差异，导致这些失真具有个体差异性，这些特征具有长期稳定性和唯一性，主要包括iqi和前端功放的非线性效应。如果在通信系统中不对这些特征进行补偿，会降低通信系统的传输性能。

2、传统的ofdm信号的发射机补偿方法主要是针对单独的iqi或是单独的非线性效应，通常采用线性(最小二乘，最小均方误差，自适应均衡)或非线性(极大似然)算法等，且在接收端处理均衡补偿。但是，上述现有技术存在以下不足之处：没有同时考虑iqi、前端功放的非线性效应和多径系数，并且没有对应tdd系统的预均衡方法，缺少在此情况下的分布式处理方法。

技术实现思路

1、本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种tdd-ofdm直接变频系统中终端已知发射机iqi和非线性的预均衡补偿方法，能够在tdd-ofdm系统中终端已知其发射机iqi和非线性参数的情况下，通过预均衡补偿运算，使接收端避免解调即可直接得到真实的发送数据序列，从而有效降低基站解调负担。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

3、一种tdd-ofdm直接变频系统中终端已知发射机iqi和非线性参数的预均衡补偿方法，采用两个核心算法：用于估计信道的基于滑动窗最小二乘的信道状态信息跟踪算法、者于来预均衡补偿发射数据的预均衡补偿算法；

4、在所述的tdd-ofdm直接变频系统中，令db(n)表示基站发给终端的基带训练序列，终端收到的信号为

5、

6、式(1)中，h(n)是多径信道系数，wdwon_r(n)是加性高斯白噪声；和是终端接收机iqi系数，且g表示终端接收机的幅度偏差，θ′表示终端接收机的相位偏差；将终端接收信号和它的共轭相加得到

7、

8、由于傅里叶变换的共轭对称性dft{x*(n)}＝x*(n-k)，其中，dft表示离散傅里叶变换，可以用fft计算；对式(2)两边dft并使用共轭对称性得到

9、

10、其中db(k)、h(k)、wdown_r(k)和ydown_r(k)分别表示db(n)、h(n)、wdwon_r(n)和ydown_r(n)的离散傅里叶变换，re{·}表示取实部；从式(3)可以看出当发送p(p≥2)个不同的序列，可以获得个独立的线性方程，每个方程可以估计2个信道频域变量；考虑到无线信道的时变性，要求p个训练序列长度不能大于信道相干时间长度tc

11、

12、其中t+tcp表示一个ofdm符号长度，t是本身ofdm符号时间长度，tcp是循环前缀的时间长度；fm是多普勒频移；为更好地跟踪性能，在信道相干时间内，可以循环发送p个连续但不同的训练序列，利用滑动窗最小二乘算法估计信道系数；引入符号周期索引i，把式(3)重写成矩阵形式得到

13、

14、式(5)中

15、

16、

17、

18、

19、

20、其中，和表示的第1和第2列；x mod y表示x除于y取余；im{·}表示取虚部；

21、得到第i个符号周期的信道频域系数

22、

23、因为互换矩阵的行或列不改变其奇异值，所以是一个固定值；

24、令：

25、这样

26、

27、ak(i)表示ak的第i行；为了避免大的估计误差，需要ak的条件数比较小；

28、所述的方法包括以下步骤：

29、步骤一、基站循环发送p个不同的训练序列给终端；

30、步骤二、在终端利用基于滑动窗最小二乘的信道状态信息跟踪算法来跟踪估计信道状态信息

31、步骤三、当满足通过直接在终端进行预均衡补偿，利用预均衡补偿算法，可以获得一个修改后的数据序列并发送给基站；δ是一个阈值，表示相邻符号周期内信道的相关性大小。

32、具体地，在步骤二中，所述的在终端利用基于滑动窗最小二乘的信道状态信息跟踪算法来跟踪估计信道状态信息其过程包括：

33、初始化：i＝p-1，给定训练序列db(n)，输入直接下变频后的基带ydown_r,i(t)

34、将经过模数转换器的基带信号ydown_r,i(n)去除cp(cyclic prefix，循环前缀)，再串并变换，计算

35、离线计算和

36、for i≥p

37、计算

38、更新

39、i＝i+1；

40、end

41、由于是个定值，可以离线计算，不必参与迭代过程；且迭代过程只需更新υk，计算量很小，所以整个基于滑动窗最小二乘的信道状态信息跟踪算法具有很高的效率；此外，在相干时间tc内具有一定的信道跟踪能力。

42、具体地，在所述步骤三中，如果终端发射一个长度为n的基带数据序列d＝[d(0),d(1),d(2)...d(n-1)]t给基站，经过发射机iqi和射频前端功放的非线性作用，接收端收到的基带信号是

43、r＝(sb)*h+n  (9)

44、其中[s]i,m＝|s(i)|2(m-1)，s(i)＝ud(i)+vd*(i)；b＝[b0,...,bm-1]t是终端发射机非线性系数，n是加性噪声向量，h是多径信道系数向量；v和u为终端发射机iqi系数，由下式定义：

45、u＝cos(θ/2)+jαsin(θ/2)

46、v＝αcos(θ/2)+jsin(θ/2)  (10)

47、其中，α表示终端发射机的幅度偏差，θ表示终端发射机的相位偏差。

48、进一步的，在终端已知其发射机iqi和非线性系数，并通过基于滑动窗最小二乘的信道状态信息跟踪算法估计出了信道后，可以采用预均衡补偿算法，修改需要发送的真实数据序列发送给基站，基站收到的基带信号即是真实的数据。

49、具体地，在步骤三中，所述的利用预均衡补偿算法，可以获得一个修改后的数据序列并发送给基站，其过程包括：

50、给定：待发送的真实数据序列d，长度n；非线性系数b，长度m；通过基于滑动窗最小二乘的信道状态信息跟踪算法估计出的多径频域系数

51、去除多径信道影响：其中f为傅里叶矩阵，表示x向量和y向量的元素与元素相除，fd可用fft计算；此时，

52、

53、式(11)中，

54、将式(11)写成关于di＝d(i)的n个独立方程，

55、

56、或

57、

58、其中

59、q＝udi+vdi*2

60、φxm＝bxm(uxdxi-uydyi+vxdxi+vydyi)-bym(uxdyi+uydxi-vxdyi+vydxi)

61、φym＝bym(uxdxi-uydyi+vxdxi+vydyi)+bxm(uxdyi+uydxi-vxdyi+vydxi)

62、

63、

64、式(12)是n个关于di的实部dxi和虚部dyi的二元非线性方程组，可通过newton-raphson方法得到解；省略下标i，且将待发送的每个基带数据写成向量形式dδ＝[dx,dy]t

65、dδk+1＝dδk-j(dδk)-1f(dδk)  (14)

66、式(14)中，是雅各比矩阵，其中

67、

68、

69、

70、

71、且

72、

73、

74、

75、

76、

77、

78、由此，基站接收到终端发送过来的基带信号，即是真实数据序列d。

79、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果有：

80、1.本发明公开了一种在tdd-ofdm直接变频系统中，终端已知其发射机iqi和非线性的情况下，通过下行估计信道系数，并在终端对上行数据进行预均衡补偿，使得基站收到的基带信号即是真实的发送数据，实现小区内终端分布式处理，达到降低基站解调负担的目的，较高的运用价值。

81、2.本发明包含两个核心算法：基于滑动窗最小二乘的信道状态信息跟踪算法和预均衡补偿算法。在信道估计过程中，利用多个不同序列循环发送，具有信道估计精度高，最小二乘解计算量小，且在相干时间内具有一定的跟踪能力；预均衡补偿并行计算速度快的优点。

82、3.本发明考虑了无线通信系统中由于射频发射机前端模拟器件非理想性造成的发射机iqi、发射机功放的非线性、终端接收机iqi和多径信道四个因素，比传统的补偿方法具有更广泛的适用性。