직접 변환 수신기는 2개의 직교 사인파 신호를 사용하여 이른바 직교 다운 변환을 실시한다.이 프로세스를 수행하려면 LO 신호를 90° 이동하여 직교 사인파 구성요소를 생성하고 두 버전의 LO에서 동일한 입력 신호를 변환하는 믹서 쌍이 일치해야 합니다.2개의 LO 신호 간 및/또는 다운컨버전스 믹서의 2가지 분기에 따라 또는 그 양쪽이 일치하지 않으면 진폭 또는 위상차에 의해 직교 베이스밴드 신호가 파손됩니다.수신된 패스밴드 신호가 송신된 신호와 동일하며 다음과 같이 지정된다고 가정합니다.
서x ( ) () + (x ( t)=는 전송된 베이스 밴드 신호입니다.게인 에러가 log[ ( 1 +A)/ ( - A )]{ \ log [ ( + \ { A } ) / ( - \ _{ A} ) dB 、 위상 에러가 \ style \ _ { \ } ) )라고 합니다.그런 다음 일치하지 않는 로컬 오실레이터 출력 신호를 사용하여 이러한 불균형을 모델링할 수 있습니다.
패스밴드 신호에 2개의 LO 신호를 곱하고 한 쌍의 로우패스 필터를 통과하면 다음과 같이 복조된 베이스밴드 신호를 얻을 수 있습니다.
위의 방정식은 불균형이I\displaystyle\와 Q\displaystyle\의 밴드 신호 사이에 간섭을 일으키는 것을 명확하게 나타내고 있습니다.주파수 영역의 IQ 불균형을 분석하려면 위의 방정식을 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다.
서 x{\({ x는 xx의 복합결합을 나타냅니다.OFDM 시스템에서 베이스밴드 신호는 여러 서브캐리어로 구성됩니다. X 를 반송하는 k번째 서브캐리어 베이스밴드 신호를 복합적으로 결합하는은(- \displaystyle번째 에서 X 를하는 것과 동일합니다.
서 f S는 서브캐리어 간격입니다.마찬가지로 IQ 불균형 효과 하에서 수신된 베이스 밴드 OFDM 신호는 다음과 같이 표시됩니다.
결론적으로 IQ 불균형은 의 서브캐리어 데이터 (\ X_{에 가해지는 복잡한 이득 외에 인접 캐리어 또는 서브캐리어로부터의 Inter Carrier Interference(ICI; 반송파간섭)도 가져옵니다.ICI 용어는 OFDM 수신기를 IQ 불균형에 매우 민감하게 만듭니다.이 문제를 해결하기 위해 설계자는 프런트엔드에 있는2개의 브런치 매칭의 엄격한 사양을 요구하거나 베이스밴드 수신기의 불균형을 보정할 수 있습니다.한편 입력이 1개뿐인 디지털 홀드 오더 I/Q 복조기를 사용할 [1][2]수 있지만 이러한 설계에는 대역폭 제한이 있습니다.
시뮬레이션
IQ 불균형은 게인과 위상 불균형을 계산하여 여러 실제 곱셈기와 가산기를 사용하여 베이스 밴드 신호에 적용함으로써 시뮬레이션할 수 있습니다.
_}) 및(\ _})는 시간 불변 및 주파수 불변이라고 가정할 수 있으며, 이는 여러 서브캐리어 및 기호에서 일정함을 의미합니다.이 성질을 통해 여러 OFDMsub-carrier와 기호를 사용하여 _})와(\ \ _})를 공동으로 추정할 수 있어 정확성을 높일 수 있다.주파수 도메인으로 변환하면 주파수 도메인이 있습니다.IQ 불균형의 영향을 받는 OFDM 신호는 다음과 같습니다.
두 번째 용어는 미러된 i -k(\ X_에서 발생하는 간섭을 나타냅니다.
MIMO-OFDM 시스템의 IQ 불균형 추정
MIMO-OFDM 시스템에서는 RF 채널마다 독자적인 다운컨버터 회선이 있습니다.따라서 각 RF 채널의 IQ 불균형은 다른 RF 채널의 불균형과 무관합니다.×(\ 22) MIMO 시스템을 예로 들면 수신된 주파수 영역 신호는 다음과 같습니다.
여기서 () {\ _}^{( 및( {\ _는q번째 수신 RF 채널의 IQ 불균형 계수입니다. (q) \ \ { \ alpha }^{ ( ) ( ( ( ( 、 (q) \ \_ { \ }^ ( ) }의 추정치는 각 RF 채널에서 동일합니다.따라서 첫 번째 RF 채널을 예로 들어 보겠습니다.첫 번째 RF 채널의 파일럿서브캐리어에서 수신된 신호는 벡터 α ( style 에 적층됩니다.
a}_i}_{
위의 공식은 SISO 케이스의 공식과 유사하며 LS법을 사용하여 해결할 수 있습니다.또한 추정에서 파일럿 서브캐리어를 적게 사용함으로써 추정 복잡성을 줄일 수 있다.
IQ 불균형 보상
IQ 불균형은 시간 영역[3] 또는 빈도 영역에서 보정할 수 있습니다.시간 영역에서 현재 m번째 샘플 포인트의 보정 m은 다음과 같습니다.
IQ 불균형을 완화하기 ^ \ {\{\}} {\widehat {\}^*}}} widehat {\alpha {\}} {\}} {\}} {\}{\} {\}} {\} {\}} {\}} {\}}}} {\}}}}}}}}}}}}}}}}} {\{\{\{\{\ 노이즈가 IQ 불균형 전에 추가되면 노이즈와 신호 모두 손실되기 때문에 SNR은 그대로 유지됩니다단, IQ 불균형 후에 노이즈가 추가되면 유효 SNR은 저하됩니다.이 경우 {\ _}} 및 {\ _를 각각 [3]계산해야 합니다.시간 영역 접근법에 비해, 미러링된 서브 캐리어(sub-carrier)가 필요하기 때문에 주파수 영역에서의 보상은 더 복잡합니다.ih 기호 및 k번째 서브 반송파의 주파수 영역 보상 신호:
그럼에도 불구하고 실제로는 IQ 불균형 추정과 보상 사이에 더 큰 지연 시간을 도입하기 때문에 시간 영역 보상은 덜 선호된다.
IQ 불균형 계수 \ _}) β(\ \ _})는채널 주파수 응답과 혼합되어 있어 IQ 불균형 추정과 채널 추정이 모두 어렵습니다.트레이닝 시퀀스의 전반에서는 1) ~ N/2-1 범위의 서브캐리어만 파일럿 기호를 전송하고 나머지 서브캐리어들은 사용하지 않습니다.후반부에서는 파일럿 전송에 -1~-N/2의 서브캐리어를 이용한다.이러한 훈련 스킴은 IQ 불균형과 채널 주파수 응답을 쉽게 분리할 수 있습니다.파일럿 심볼의 값이 +1이라고 가정할 때, 1 ~ N/2 - 1의 서브 주파수에서 수신된 는, k +, k k, , 1,N2 - { Z_, k}=\{\alpha K에 . i - k k β k + Vi- , k, k, k { } = \ { \ } + k \ {\ frots = 1을 형성합니다
수신신호 2세트로부터 αδ {\{\ _}^{*}}}}의 비율은 - / {\ {\ k로 추정할 수 있습니다.또, 이 비율 추정의 정밀도는, 복수의 트레이닝 심볼과 복수의 서브 캐리어에 걸쳐 평균을 내는 것으로 향상할 수 있다.이 훈련 기호를 사용한 IQ 불균형 추정은 간단하지만, 이 방법은 많은 OFDM 기호를 훈련용으로 예약해야 하기 때문에 스펙트럼 효율성이 낮다.IQ 불균형 전에 열 노이즈를 더하면 αstyle {\ {\ _}^*}}}의 비율로 IQ 불균형을 보상하기에 충분하다는 점에 유의하십시오.그러나 IQ 불균형 후에 노이즈가 추가되면 β α { } {\ _}^*}}}만 사용하여 보상하면 후속 복조 성능이 저하될 수 있습니다.
^이는 RF와 베이스밴드 사이의 중간 주파수 스테이지와 이미지 제거 필터가 필요한 기존의 슈퍼헤테로다인 수신기와 대조됩니다.다이렉트 컨버전 리시버는 컴포넌트 수가 적어 소형화가 용이합니다.
레퍼런스
^2015년 4월 21-24일 우크라이나 하르키브에서 열린 안테나 이론 및 기술에 관한 국제 회의에서 V. I. Sliusar, "I/Q-Demodulation Of The Hidd Order". - 페이지 156-158.
^Sliusar, V., Serdiuk, P. 동등한 1단계 복조방식으로 다단 치환에 기초한 홀수차 I/Q 복조 절차 합성방법.//Communic.Sys. 63, 273–280 (2020) - DOI: 10.3103/S0735272720050064
^ abSliusar, V. I., Soloshchev, O. N., Titov, I. V. 디지털 안테나 어레이// 무선 전자 및 통신 시스템에서 수신 채널의 직교 불균형을 보정하는 방법.– 2004, VOL 47; Part 2, 30 - 35 페이지.
추가 정보
M. 발카마, M. 렌포스, V.코이부넨, 2001년"통신 수신기의 I/Q 불균형 보정을 위한 고급 방법", IEEE Transactions on Signal Processing, 49, 2335-2344
J. 터벅스, B.자, L. V. der Perre, S. Donnay, M. Engels, H. D. Man, M.Moonen, 2005."OFDM 시스템의 IQ 불균형 및 위상 노이즈 보상", IEEE Transactions on Wireless Communications, 4, 872-877.