carrier iq

IQimbalance

一、理想IQ调制解调[1]

发送端：

00

()cossinstatbt

接收端解调：

I路：

/2

0

/2

/2

000

/2

/2

2

0

/2

2

()cos

2

(cossin)cos

2

cos

2

2

T

T

T

T

T

T

sttdt

T

atbttdt

T

atdt

T

a

T

T

a



























Q路：

/2

0

/2

/2

000

/2

/2

2

0

/2

2

()sin

2

(cossin)sin

2

sin

2

2

T

T

T

T

T

T

sttdt

T

atbttdt

T

btdt

T

b

T

T

b



























二、失衡原因[2]：

IQ不平衡指发射机、接收机的同相(In-pha，I)和正交(Quadrature-pha，Q)

支路间的幅度和相位不匹配。理想情况下，同相和正交支路具有相等的幅度增益

和90。相位偏差。但在实际的通信系统中，通常难以实现上述理想情况，因此产

生IQ不平衡。在发射机，非理想的上变频、I和Q支路的不平衡滤波器和数模转

换器等均可能产生IQ不平衡。在接收机，非理想的下变频、I和Q支路的不平衡

滤波器、放大和采样等均会引起IO不平衡。

下面首先对产生IQ不平衡的两类发射接收机(Transceiver)结构进行简要介绍。

以接收机为例，经典的结构是超外差(SuperHeterodyne)体系结构。

在此结构中，由天线接收的射频信号经过射频选择滤波器、低噪声放大器和

镜像干扰抑制滤波器后，进行第一次下变频，使用可调的本地振荡器将全部频谱

下变频到一个固定的中频，产生固定频率的中频信号。然后，中频信号经过中频

带通滤波器将邻近的频道信号去除，再进行第二次下变频得到所需的基带信号。

第二次下变频是正交的，以产生同相和正交两路基带信号。射频选择滤波器主要

用于抑制带外信号和镜像干扰。第一次下变频之前的镜像干扰抑制滤波器被用来

抑制镜像干扰，使其衰减至可接受的范围。下变频后的中频带通滤波器用来选择

信道，称为信道选择滤波器。

超外差式结构必须要使用中频滤波器，该滤波器通常为体积较大并且价格昂

贵的器件。在移动终端中，每个元件的成本和尺寸均会影响到整个产品的性能和

价格，所以如能在发射机和接收机中做出去除中频滤波器的改进，将对移动终端

生产商产生巨大的吸引力。另外随着多模手机的发展，超外差式接收机需要对每

种模式的每个通道带宽都采用一个滤波器进行处理，这需要增大元件的数量和设

备的尺寸，也意味着增大接收机的成本。由于超外差式发射接收机具有上述缺点，

需要对其进行优化，使其结构和性能更适合移动终端的商用与普及。

直接变频发射接收机对超外差式结构进行了改进，将射频信号与基带信号进

行直接转化，因而中频部分为零，所以也可称为零中频发射接收机.

相对于超外差结构，直接变频结构具有以下优点：首先，移除了中频部分，

镜像抑制滤波器也可去除，设备的体积得以减小。第二，由于移除了体积庞大的

镜像抑制滤波器和中频滤波器，低噪声放大器便无需驱动低阻抗负荷，从而有效

地降低了功耗。第三，在直接变频结构中信道选择和其后的信道放大功能，采用

低通滤波和基带放大器形式实现，这样有利于单片集成，可以降低接收机价格、

减小接收机尺寸，终端设计得以简化。第四，直接变频发射接收机可实现多标准、

多频段发射，接收，为设备的应用提供了更大的自由度。

因此近年来直接变频发射接收机在无线通信领域中受到了广泛关注，成为了

移动终端设计的主流方向.

失衡分类：

IQ不平衡主要包括与频率无关的IQ不平衡(或称频率平坦性IQ不平衡)和与

频率相关的IQ不平衡(或称频率选择性IQ不平衡)这两种类型。

1）与频率无关的IQ不平衡通常是由发射机、接收机本地振荡器(Local

Oscillator,LO)中IQ支路的不理想相位偏差和不匹配幅度增益所引起的。

这类IQ不平衡参数与频率不相关，即OFDM符号中各个子载波受到的

IQ不平衡影响均相同。这一特点决定了对与频率无关的IO不平衡的抑制

可以在频域或时域进行。

2）当同相和正交支路的其他模拟器件(如发射机，接收机模拟滤波器、放大

器、模数和数模转换器)存在不匹配时，则产生与频率相关的IQ不平衡。

三、抑制或补偿IQ不平衡的方法

3.1.采用高性能的模拟器件

这会相应增加发射机、接收机的成本，同时增大设备的体积和功耗。但即便

如此也无法完全满足减小发射接收机的IQ不平衡以提高通信系统性能的要求。

因此在模拟域进行IQ不平衡抑制的方法并不十分实用。

3.2通过数字信号处理手段在数字域对IQ不平衡进行估计和补偿

只总结角度，不归纳具体算法

3.2.1从时域和频域上补偿

3.2.2数据使用[3]

在处理的算法上，IQ不平衡问题主要分成三类：数据辅助的算法和非数据辅

助的算法(盲方法)，以及少量数据辅助算法(半盲方法)。数据辅助的算法主要思路

都是在发送端加入已知数据，在接收端就能稳定地估计出不平衡参数。这样的算

法的缺点是会减少频带利用率。非数据辅助算法主要思路是仅仅根据接收到的数

据，利用统计特性或者迭代算法，将不平衡参数估计出来，也叫做盲算法。此类

算法的复杂度一般都比较高，但是节省了频带利用率。

3.2.3经典方法/文献

TubbaxJ,CômeB,VanDerPerreL,sationofIQimbalancein

OFDMsystems[C].Communications,'ternationalConferenceon,

2003:3403-3407.

TubbaxJ,FortA,VanDerPerreL,ompensationofIQimbalanceand

frequencyofftinOFDMsystems[C].GlobalTelecommunicationsConference,2003.

GLOBECOM',2003:2365-2369.

TubbaxJ,CômeB,VanDerPerreL,sationofIQimbalanceand

phanoiinOFDMsystems[J].WirelessCommunications,IEEETransactionson,

2005,4(3):872-877.

TandurD,daptivecompensationoftransmitterandreceiverIQ

imbalanceundercarrierfrequencyofftinOFDM-badsystems[J].Signal

Processing,IEEETransactionson,2007,55(11):5246-5252.

3.2.4最近的思路

1.与信道估计联合：刘静蕾.60GHz通信系统中IQ不平衡的影响分析与补偿

算法研究[D].电子科技大学,2014.

equencyinterferometry-OFDM(TFI-OFDM)，估计是加导频：OkaH,

AhnCJ,OmoriT,lanceestimationandcompensationschemesbadon

time-frequencyinterferometryforOFDM[J].TransactionsonEmerging

TelecommunicationsTechnologies,2015,26(9):1165-1172.

参考文献

[1]IQ正交调制解调原理_百度文库

/link?url=3iG6muvWX0SFSB1RCv69mmSKNV3ByF9Mdycp

q0KQBpsPzGgisI-6N3rSVncAMOP2xRTcTicC8i8qd1qXn9IW16drLeTvt-eKW1JYL

BRWBJy

[2]梁彦.OFDM系统中的IQ不平衡估计与补偿算法研究[D].南京理工大学,

2013.

[3]方勇,顾卿.QPSK信号IQ不平衡的角度统计盲补偿方法[J].系统仿真技术,

2012,第2期(02):87-92.