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60GHz通信系统中IQ不平衡的影响分析和补偿算法研究.pdf67页
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ANALYSIS AND COMPENSATION SCHEMES OF IQ IMBALANCE IN 60GHZ COMMUNICATION SYSTEMS A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Communication and Information Systems Author: Jinglei Liu
Advisor : Professor Shaoqian Li School: National Key Laboratory of Science and Technology on Communications 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作
及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方
外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为
获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与
我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的
说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 年
日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文
的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，
允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全
部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描
等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 年
日 摘要 摘 要 随着无线通信技术的发展，人们对传输速率和信号带宽的需求不断增加，导
致无线通信频谱资源越来越紧张。60GHz 无线通信凭借其频宽大、传输速率快、
安全性和抗干扰性好等优点受到广泛关注，从而具有广阔的应用前景。一般而言，
无线通信需要载波调制，而模拟前端（FE,
Front-End ）的同相正交（IQ, In-phase
Quadrature ）的两路振荡信号是由晶振和锁相环合成的，这将不可避免的导致I 分
支和Q 分支
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宽带电力线通信技术及前景展望
Broadband power line communication technologies and their prospects
摘要宽带电力线通信技术是电力线载波通信发展的方向。文章围绕电力线宽带通信的原理, 介绍了两种主要用于电力线载波通信的宽带调制技术: 扩频技术和正交频分复用(OFDM)技术,分析了其在电力线通信中抗干扰和抗多径效应的原理, 比较了这两种技术应用于电力线通信时的优缺点; 然后介绍了几款最新的电力线载波芯片; 最后, 对电力线通信发展现状及市场前景进行了展望。关键词
AbstractThe broadband Power Line Communication (PLC) technology determines the development orientation of the power line carrier communications. On the basis of the principle of the broadband PLC, this paper introduces two broadband modulation technologies that are mainly used in power line carrier communications, i.e. spread spectrum and OFDM, analyzes the principle of their resistance to interference and to multi-path effects and compares their advantages and disadvantages when they are applied in power line communications. Then, it continues to introduce several versions of the latest power line carrier chips and finally describes the current status of PLC and forecasts its market prospect.
中图分类号：TN915所属栏目：基金项目：上海市教育发展基金会晨光计划资助项目(2007CG66); 上海市重点科技攻关计划资助项目(); 上海市教育委员会科研创新项目(09ZZ185,09YZ337 ); 上海市青年科技启明星计划资助项目(06QA14023)收稿日期：修改稿日期：--网络出版日期：作者单位&&&&点击查看蒋伟：上海电力学院 计算机与信息工程学院, 上海200090杨俊杰：上海电力学院 计算机与信息工程学院, 上海200090初凤红：上海电力学院 计算机与信息工程学院, 上海200090备注：蒋伟(1975-), 女, 陕西西安人, 讲师, 博士, 主要研究方向为图像编码和电力线通信。
【1】Proakis John G, Salehi Masoud． 通信系统原理 [M]．北京: 电子工业出版社, 2006．【2】史佩敏．电力线宽带通信的关键技术及发展前景 [J]．华东电力, 2006, (1): 57-61．【3】王文博, 郑侃．宽带无线通信OFDM技术 [M]．北京: 人民邮电出版社, 2007．【4】刘华玲, 张保会, 刘海涛．扩频通信OFDM调制技术及其在电力线通信中的应用分析 [J]．继电器, 2001, (11): 17-21．【5】李常信, 余洋．基于OFDM技术的电力线通信仿真 [J]．电网与水力发电进展, 2007, (6): 10-14．【6】Hensen C, Schwarze S．Compliance test of power line transmission systems [A]．Proceedings of 6th International Symposium on power line communications [C]．Athens, Greece: 2002．
引用该论文Jiang Wei,Yang Junjie,Chu Fenghong.&Broadband power line communication technologies and their prospects[J].&Study On Optical Communications,&):&38-41蒋伟,杨俊杰,初凤红.&宽带电力线通信技术及前景展望[J].&光通信研究,&):&38-41
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相干光OFDM系统IQ不平衡补偿算法研究
相干光OFDM(CO-OFDM)通信是近些年光纤通信领域研究的热点。它作为未来大容量长距离光纤传输的发展方向之一，在对抗由光纤色素色散和偏振模色散引起的载波间干扰和频谱效率等方面都具有优势。然而，发射机和接收机的非理想性能会引起CO-OFDM系统中的信号同相和正交相(IQ)不平衡，产生子载波间干扰，使系统的性能急剧恶化。本文研究了CO-OFDM系统中IQ不平衡问题的补偿算法。主要研究内容包括:　　(1)提出了一种新的用于解决发送端IQ不平衡问题的训练序列结构，该结构具有IQ不平衡因子和信道独立估计的特点。已有的补偿算法中IQ不平衡因子和信道这两个过程是连续进行的，使得后进行的估计过程受到前一个估计过程的估计误差的影响，降低估计性能。本文利用提出的训练序列结构使得IQ不平衡因子和信道独立求解，降低了估计误差的积累程度，提高了系统的误码率性能。通过对信道最小均方误差(MSE)和不平衡因子MSE的仿真证明了提出的训练序列结构的优势。　　(2)提出了一种用于解决接收端IQ不平衡问题的IQ不平衡因子和信道的估计算法，该算法具有IQ不平衡因子和信道独立估计的特点。已有的GSOP算法和相同训练序列算法由于IQ不平衡补偿和信道估计的相关性降低了信道估计的性能。本文利用接收信号中IQ不平衡因子之间的关系和特定的导频结构实现IQ不平衡因子和信道的独立估计。根据发送端IQ不平衡和信道的补偿方法推导了接收端IQ不平衡和信道的补偿方法，同时进行IQ不平衡和信道色散补偿。仿真结果表明提出的估计算法在进行IQ不平衡和信道色散补偿时能得到更好的误码率性能。　　(3)提出了一种用于解决收发同时存在IQ不平衡问题的IQ不平衡因子和信道的估计算法，该算法具有IQ不平衡因子和信道联合估计的特点。已有的补偿需分别进行接收端IQ不平衡、信道和发送端IQ不平衡地估计和补偿，而估计和补偿的误差不断积累直到第三个过程完成。本文利用接收信号的特点，定义同时包含IQ不平衡和信道信息的估计参数，使得IQ不平衡和信道联合地进行估计。同时建立了针对收发同时存在IQ不平衡的补偿算法模型，该算法模型通过化简可得到单独对发送端或接收端进行补偿的算法。仿真结果表明提出的估计和补偿算法在收发同时存在IQ不平衡时能更好的提高系统的误码率性能。
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通信（44）
现代数字发射机的设计给设备设计者们带来了越来越多的挑战。数据吞吐量不断提升的趋势，使得所发射信号的调制密度和载波带宽也随之增加。由于更高阶次的调制方法的采用，峰均值比例也要增加。因此，在传送相同的rms功率电平信号时，要保持良好的相邻信道功率比，就要使用互调失真范围更大而噪声更小的器件。
基带、IF（中频）和RF（射频）带宽在信道中传输时必须要保持平坦，以便维持调制载波的频谱形状。而且，如果运用了数字预失真技术，高次谐波就必须能通过基带输入，增益的平坦性也需维持到三次谐波频率分量。当射频发射机设计需要在非常宽的RF频率范围上工作时，整个信号链的RF增益的平坦度是设计的关键。最大限度减小信号链增益随着频率的变化而出现的波动，就可以减轻信号链规划和预算安排的负担。本文将专注于IQ调制器的讨论，它是现代发射机中一个关键的组成部分。
IQ宽带调制器
是一种IQ宽带调制器，使用了一个2x的本地振荡器来实现五倍频程（50MHz～2.2GHz）的工作范围。此外，它还集成了一个温度器，其RF输出还可以直接驱动一个50?的负载。
IQ调制器可将基带信号的频率通过混频平移到RF频谱中所要求的位置上。它包含一个来自于本地振荡器的输入，其可分解成同相和正交分量。这两个信号驱动各自的混频器，而这些混频器还受到同相和正交基带信号驱动。来自这两个混频器的输出相加后可以产生一个RF或者IF频段的调制载波。不但包含这些基本的模块，还采用一个“一分为二”的有源LO分配器来取代传统的无源多相，故可以实现宽达五个10倍频程的调谐范围。图2所示为的宽带特性，在整个输出频率范围内，其输出功率有着非常平坦的响应，1dB带宽达到1300MHz。
用误差向量大小衡量信号质量
误差向量（EVM）可以用来衡量信号调制的质量，它直接受到调制器内积分和幅度误差的影响。通过观察单边带频谱中的边带抑制程度可以测量出积分和幅度误差的大小。从图2中还可以看出， IQ调制器未经补偿的边带抑制能力在以内都低于-38dBc。一般来说，这样的边带抑制能力可以保证EVM大小能更容易地为大多数通信标准所接受。如果需要更高的性能，则可以通过调整基带信号的相对幅度和相位来使边带抑制性能达到最优化。
图3中的频谱、星座图和眼图是利用5.056941 MSym/s的随机数据借助α参数为0.18的滤波器产生的。对典型的有线调制/解调器头端来说，这一信号足以逼真地模仿其数据传输率和调制性能。可以看出，这个信号的EVM大小是0.33%rms，它的积分误差是0.27°，增益误差是0.003dB。
图3 64－QAM（正交幅度调制）载波在下的频谱、星座图和眼图
图3中的性能参数是在未对基带数据进行数字补偿的情况下获得的。上述特性连同很宽的RF调谐范围，使得该调制器不需要经过出厂前的校准就可以投入使用。这可以大大减少在设计和制造上所需花费的时间和精力。
信号质量和功率电平
图4示出了在同一种64-QAM调制载波的情况下，ACPR（相邻信道功率比）随输出功率所发生的变化。其中，码率为5.056941MSym，滤波器α系数为0.18，相邻信道带宽为5.25MHz。
图4 64－QAM相邻信道功率比随输出功率的变化情况
IQ调制器的低失真特性，使之能达到很高的输出功率电平，而对相邻信道的泄漏最小。这样，射频系统后续电路级的增益可以降低。“一分为二”（1/2）分配器实现了宽带操作
有线调制解调器头端之类的系统，必须能在40～范围内动态的放置载波。用无源的多相网络将LO分解成相互正交分量的传统调制器，并不能达到这么宽的频率范围。这是因为阻容网络只能针对一个特定的中心频率进行调谐，而且其有效范围只能覆盖两倍频程。使用IQ调制器可将基带信号上变频到电缆传输频带以上的IF频段，该频率大约为1100
MHz。该IF信号随后通过混频器实现降频，进入电缆频带。这些解决方案需要使用更多的器件，其设计的复杂性增加了人们在设计上所花费的时间和精力。显然，如果上述信号链可以被简化为单级式直接发射架构的话，系统的成本和复杂度都可以得以降低。
利用“二分”型LO分配器来克服传统IO调制器只能覆盖两个倍频程的局限性。图5示出了这种结构，从图中可以看到LO信号和其反相信号分别成为两个D型触发器的时钟信号。在中，反相信号是通过让输入到形成差分构形的两个D触发器上的某个信号的极性颠倒而得到的。对图5中时序进行仔细的观察，就会发现，保证所施加的LO信号处在RF输出频率的1/2频率上且LO信号的占空比恰好是50％，将是非常重要的。任何50％的偏移都将对90°的信号分离特性产生不利影响，而这接下来还会影响边带的抑制能力。
大基带带宽可增加数据容量.
在单通道调制系统中，数据容量可利用更高阶次的调制方案或更大的频带宽度来予以提升。图６示出的归一化的基带频率响应。由于载波带宽增加，如何在载波信号的频带宽度范围上保持一个平坦的增益就成为难点。如果增益波动太大，则可能在数字域中进行预补偿。这个处理过程将需要每个射频频率下响应特性的测量结果，并会增加设计的复杂性并提高射频系统的制造成本。在宽达85MHZ的范围内可以保证0.1dB的基带增益平坦度。这就意味着对于大多数的应用来说，无需实行任何类型的预补偿。
与基带IQ DAC的无缝接口
能与.html& target=&_blank& title=&&&
.html& target=&_blank& title=&&&公司的Transmit 数模转换器（TXDAC）系列产品实现无缝集成。在二者之间的接口一般需要用到6个电阻和1个简单的LC滤波器（见图７）。来自于DAC的每一路输出的4个接地电阻，可以为基带输入提供500mV的DC偏置，而连接在每个差分对之间的电阻则调节基带输入的AC摆幅。采用这种简化的接口，就可以避免采用单端差分或者电平平移的必要。
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