1．4  IQ不平衡问题的提出及其物理原因

从目前使用的无线发射机和接收机来看，变频是所有射频前端的基础。现在常用的由射频到基带的结构有两种：（1）超外差结构，该结构是将射频信号先变频到中频，中频信号经过放大滤波之后再变频到基带。超外差式接收机具有很高的接收灵敏度和邻道选择性，可以有效抑制很强的干扰，并且受同相/正交（In-phase and quadrature-phase，IQ）信号不平衡的影响很小。但同时，其结构复杂，成本较高。（2）零中频结构，即直接变频结构。该结构直接用高的载频信号与本振信号相乘，得到基带的同相和正交信号，再对基带信号进行放大和滤波处理。这种实现变频的方式结构简单、体积小、功耗低、易于集成，正成为未来移动终端主流结构。但其本身也存在缺陷，即对IQ不平衡的敏感性高。

直接上变频和下变频是通过复上变频和复下变频的方式实现的[7][8]。如图1-1所示，以复下变频可数学建模为：复杂的下变频器是通过将射频信号与一个复波形 相乘来实现的，其中， 为接收机的本振频率。在实际系统中如图1-1所示的复变频可由图1-2正交变换来实现，需要同时具有正弦和余弦震荡波（即同相和正交相位的本振）。接收到的信号在接收端被分为I/Q两个支路，两个分支分别进行放大、信道选择滤波和数字化。要想正确地恢复信号，接收机两个支路使用的正弦和余弦波必须严格正交，即具有相同的振幅和精确的900相位差。IQ 支路上任何的不匹配都会严重影响系统的性能。

 复下变频数学模型

复下变频实现模型

    直接变频机的上、下变频均是由模拟电路实现的，而模拟电路对器件之间的差异相当敏感。在模拟电路中，由于制造过程中氧化层厚度、掺杂浓度、流动性和芯片几何尺寸等会发生不可避免的变化，将导致组件之间存在不匹配。模拟电路的这些局限性将导致IQ分支的幅度和相位增益产生不可避免的偏差，即IQ不平衡。这将破坏OFDM系统子载波间的正交性，产生子信道间串扰，导致OFDM系统的误码性能下降[9]。在模拟域对IQ不平衡进行补偿受到多种因素的限制，无法满足性能要求。现在常用的方法是利用数字信号处理技术在数字域对IQ不平衡进行失真估计和补偿。

1．5  本文的主要内容文献综述

本文主要对发射端和接收端同时存在IQ不平衡的SISO-OFDM（Single Input Single Output-OFDM）系统进行了信道估计和补偿算法的研究。

本文结构安排如下：

    第一章 绪论，从无线通信的发展概况出发，引出本文的研究背景及意义，接着讲述了 OFDM 技术的发展，并由OFDM 接收机的特性引出了IQ不平衡的物理原因。

    第二章 无线信道与 OFDM 原理，首先介绍了无线信道的传播特征、几种典型衰落的特点及无线信道的时变性和多普勒频移，然后分析了OFDM 原理及其实现方法。

    第三章 IQ不平衡模型，主要分析了IQ不平衡的数学模型，并将其加入OFDM系统中，然后根据具有IQ不平衡的OFDM 系统推导出接收信号数学表达式。

    第四章 主要研究了IQ不平衡OFDM系统信道估计与补偿算法，详细介绍了本文所用的频域最小二乘信道估计算法、时域最小二乘信道估计算法、基于特殊导频的信道估计算法、高斯消元信道估计算法、频域最小二乘补偿算法、时域反馈补偿算法和高斯消元补偿算法，最后对这些算法进行BER曲线仿真，并通过曲线分析各种算法的性能。

2  无线信道与OFDM原理