宽带信号I/Q采样不平衡校正方法研究

布刚刚

宽带信号I/Q采样不平衡校正方法研究

布刚刚

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

针对宽带信号模拟正交下变频时产生的I/Q信号不平衡问题，本文提出了一种在数字域对I/Q信号不平衡的校正方法，建立了I/Q信号不平衡的数字模型，分析了I/Q信号不平衡给系统带来的影响，推导了I/Q信号不平衡的校正方法，并对校正结果进行了仿真验证，该方法已在某设备中成功应用。

I/Q信号不平衡；正交变频；校正

0 引言

1 IQ信号不平衡模型及对系统的影响

以正交下变频为例，理想情况下的正交下变频如图1所示。

图1 理想情况下正交下变频架构图

在实际工程中，由于模拟器件链路产生的I/Q信号不完全正交，以其中一路为基准，记I路信号为，Q路信号为。则此时正交下变频如图2所示。

式中，

新的正向频率分量会给系统带来镜像问题[4]，下变频分量随着I/Q不平衡参数变化也给后端处理造成增益变化的问题。为了解决这些问题，下面讨论校正I/Q不平衡的方法。

2 I/Q信号不平衡矫正方法

通过矫正得到式（6）：

由式（5）～式（6）可得：

即可得到：

令：

则有：

从式（10）可知，只要求出和值即可得到校正后的I/Q值。下面讨论如何求和值。由于()和()本身正交，则有：

将式（10）代入式（11）可得：

可得：

则有：

3 计算机仿真

校正前I/Q信号的时域图如图3所示。

校正前I/Q信号的频谱图如图4所示。

图4 校正前I/Q信号频谱图

校正后的I/Q信号时域图如图5所示。

图5 校正后I/Q信号时域图

校正后的I/Q信号频谱图如图6所示。

图6 校正后I/Q信号频谱图

设备中综合后的I/Q校正流程如图7所示。

图7 I/Q信号校正流程图

4 结论

本文对宽带信号I/Q采样时，正交下变频时同相分量（I路）和正交分量(Q路)在工程实现时不正交的情况进行了分析，对I/Q信号不平衡校正方法进行数学推导，并给出了在离散数字域实现的方法，最后对校正方法与校正结果进行了仿真验证，并给出了设备中的实现的流程图，并且校正方法在某实际设备中得到了应用，取得了很好的效果。

[1] 曹志刚.现代通信原理[M]. 北京：清华大学出版社，1992.

[2] 葛利嘉，曾凡鑫，刘郁林. 超宽带无线通信[M]. 北京：国防工业出版社，2001.

[3] 王艳. 超宽带无线通信系统同步方案的研究与实现[D]. 南京：东南大学硕士论文，2006.

[4] Pun K P. A Digital Method for the Correction of I/Q Phase Errors in Complex Sub-Sampling Mixers[C]. ICASSP，2000.

Research on Imbalance Correction Method of Wideband Signal IQ Sampling

BU Ganggang

According to the I/Q signal imbalance of wideband orthogonal Down Conversion, a new digital correction method is proposed, the I/Q signal imbalance model is constructed, the influence on system is analyzed and the imbalance correction method is presented in the paper. The performance of proposed new correction method is verified in simulation, and it has been successfully applied in current devices.

I/Q Signal Imbalance; Orthogonal Frequency Conversion; Correction

TN957

A

1674-7976-(2021)-03-195-04

2021-03-08。布刚刚（1986.07-），陕西咸阳人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为数字信号处理。