超宽带零中频接收机及其误差补偿技术的研究与实现
发布时间：2021-10-25 19:02
在宽带收发架构中,基于直接下转换原理的零中频架构具有模拟电路结构简洁,功耗低,成本低等优势。但是由于自身结构和模拟器件带来的缺陷,限制了零中频结构的性能,由于支路不匹配等造成的I/Q（In-phase/quadrature）不平衡是最主要的原因之一。对于宽带多通道收发器,其I/Q不平衡将会在接收频带内随着频率变化,被称为频率相关性I/Q不平衡,同时随着带宽的增加I/Q不平衡度也会进一步恶化,此时维持I/Q平衡以及实现合理的镜像抑制水平将变得更加复杂和困难。随着雷达收发机朝着宽带/超宽带的方向发展,因此解决频率相关性I/Q不平衡变得越来越重要。本文针对I/Q不平衡引入了性能良好的补偿技术并完成了校准方案的设计和实现。在完成深入的理论研究后,本文对频率无关和频率相关性I/Q不平衡建立模型,针对窄带频率无关性I/Q不平衡设计了估计补偿方案,并将这种估计方法运用到一种宽带I/Q不平衡校准技术中,它是利用发送训练信号进行宽带I/Q不平衡误差估计并完成校准滤波器设计。为了解决这种校准方法无法消除宽带信号带内幅相起伏的问题,本文研究了一种通过最小二乘算法构建代价函数来建立补偿矩阵,完成I/Q不平衡补...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
参数估计误差观察图4.1可以看出幅度和相位估计误差在一开始随着N值得增大而快速降低，幅
第四章性能仿真和分析24度估计误差很快降到了5%以下，并在N>500后可以获得1%以下的估计误差。相位估计误差经历过一些波动以后在N>1000后获得了5%以下的误差。综上，N值的选取对于本校准方法参数估计的影响并不是很大，只要保证N>1000即可。4.1.2校准性能仿真分析下面对窄带IQ不平衡校准方法的性能进行仿真，在仿真中输入射频信号频率设置为=425MHz，本振频率设置为=250MHz，采样频率=1，经过下变频得到频率为=175的基带信号，仿真点数N=40000，幅度误差和相位误差分别为g=0.9和=10°。图4.2显示了校准前后信号频谱图，在绘图时对信号功率归一化，从图4.2(a)中可以看出校准前镜像频率的信号功率为-21dB，从图4.2(b)可以看出经过窄带校准后位于理想信号镜像频率的信号已经完全被消除，校准效果较好。图4.2窄带信号校准前后幅度谱4.2宽带校准方法性能仿真与分析零中频接收机最主要的非理想情况是IQ分支中的增益和相位不平衡，混频器非线性和DC偏移，IQ不平衡往往随带宽（BW）的增加而与频率相关，因此必须研究宽带IQ不平衡的数字校准方法是否能够为雷达接收提供足够的动态范围。下面对三种宽带零中频接收机IQ不平衡校准方法分别在MATLAB上进行软件仿真，为了模拟频率选择
安徽大学硕士学位论文25性不平衡，我们将对理想基带信号在频域上人为添加频率相关的幅度增益和相位偏移。其中时域有限脉冲响应补偿法和最小二乘矩阵补偿法的待补偿信号采用具有多个频率分量的多音信号和宽带线性调频(LFM)信号，而对于共轭自适应滤波法使用具有多个频率分量的多音信号和16QAM信号进行校准性能的验证。4.2.1对多音信号和宽带线性调频信号的IQ不平衡设置在仿真中我们考虑了两种不同的幅度/相位失真模型，一种是关于正负频率对称失真的情况一种是关于正负频率不对称失真的情况。在关于正负频率对称失真的情况下，位于正频率区的幅度/相位失配谱和位于负频率区的幅度/相位失配谱是对称的，具体设置如图4.3所示，其中(a)为相对幅度失配，在正频率区为从1.1到0.9，在负频率区为从0.9到1.1；相位失配显示在(b)中，在正频率区为2°到10°，在负频率区为10°到2°。在关于正负频率不对称失真的情况下，位于正频率区的幅度/相位失配谱和位于负频率区的幅度/相位失配谱是不对称的，如图4.4所示，其中(a)中显示相对幅度失配在正频率区为从1.1到0.9，在负频率区为从1到1.2；相位失配显示在(b)中，在正频率区为2°到10°，位于负频率区的相位失配设置为8°到0°。图4.3对称的幅度(a)和相位(b)失配图4.4不对称的幅度(a)和相位(b)失配4.2.2时域有限脉冲响应补偿法的仿真性能分析根据时域有限脉冲响应补偿法的原理，在正式补偿操作前，需要事先发送目标带宽内不同频率的单音信号，然后每个单音信号的信息计算出对应的幅度及相位不平衡(，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新的雷达干扰设计与仿真[J]. 陈刚,李士进. 信息技术. 2018(07)
[2]超宽带接收机IQ不平衡估计与补偿方法[J]. 徐湛,刘鹏成,任世杰,程亚冰. 仪器仪表学报. 2018(06)
[3]窄带零中频接收机IQ不平衡校准技术研究[J]. 王红举. 现代导航. 2018(02)
[4]ADC12D1800在高速采集模块中的应用[J]. 肖文光. 今日电子. 2016(12)
[5]双通道高速数据采集处理平台的设计与实现[J]. 郝绍杰,何鹏,朱伟峰. 计算机测量与控制. 2015(07)
[6]无线通信信道均衡技术的研究[J]. 李毅. 信息通信. 2014(06)
[7]UWB的技术特点及其发展方向[J]. 刘琪,闫丽,周正. 现代电信科技. 2009(10)
[8]线性调频信号特性分析[J]. 赵敏,吴卫山. 航空兵器. 2009(01)
[9]线性调频信号特征分析[J]. 胡可欣,胡爱明. 空间电子技术. 2007(01)
[10]基于FPGA高速数据采集的解决方案[J]. 于晅,肇云波. 现代电子技术. 2007(05)
硕士论文
[1]恒包络OFDM雷达通信一体化关键技术研究[D]. 郝跃星.西安电子科技大学 2017
[2]高速高精度数据转换器测试验证系统设计与实现[D]. 祖俊婕.东南大学 2017
[3]宽带零中频接收机IQ不平衡校准技术研究与实现[D]. 胡伟光.电子科技大学 2015
[4]零中频接收机的研究和硬件设计[D]. 常高嘉.西南交通大学 2013
本文编号：3458003
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
参数估计误差观察图4.1可以看出幅度和相位估计误差在一开始随着N值得增大而快速降低，幅
第四章性能仿真和分析24度估计误差很快降到了5%以下，并在N>500后可以获得1%以下的估计误差。相位估计误差经历过一些波动以后在N>1000后获得了5%以下的误差。综上，N值的选取对于本校准方法参数估计的影响并不是很大，只要保证N>1000即可。4.1.2校准性能仿真分析下面对窄带IQ不平衡校准方法的性能进行仿真，在仿真中输入射频信号频率设置为=425MHz，本振频率设置为=250MHz，采样频率=1，经过下变频得到频率为=175的基带信号，仿真点数N=40000，幅度误差和相位误差分别为g=0.9和=10°。图4.2显示了校准前后信号频谱图，在绘图时对信号功率归一化，从图4.2(a)中可以看出校准前镜像频率的信号功率为-21dB，从图4.2(b)可以看出经过窄带校准后位于理想信号镜像频率的信号已经完全被消除，校准效果较好。图4.2窄带信号校准前后幅度谱4.2宽带校准方法性能仿真与分析零中频接收机最主要的非理想情况是IQ分支中的增益和相位不平衡，混频器非线性和DC偏移，IQ不平衡往往随带宽（BW）的增加而与频率相关，因此必须研究宽带IQ不平衡的数字校准方法是否能够为雷达接收提供足够的动态范围。下面对三种宽带零中频接收机IQ不平衡校准方法分别在MATLAB上进行软件仿真，为了模拟频率选择
安徽大学硕士学位论文25性不平衡，我们将对理想基带信号在频域上人为添加频率相关的幅度增益和相位偏移。其中时域有限脉冲响应补偿法和最小二乘矩阵补偿法的待补偿信号采用具有多个频率分量的多音信号和宽带线性调频(LFM)信号，而对于共轭自适应滤波法使用具有多个频率分量的多音信号和16QAM信号进行校准性能的验证。4.2.1对多音信号和宽带线性调频信号的IQ不平衡设置在仿真中我们考虑了两种不同的幅度/相位失真模型，一种是关于正负频率对称失真的情况一种是关于正负频率不对称失真的情况。在关于正负频率对称失真的情况下，位于正频率区的幅度/相位失配谱和位于负频率区的幅度/相位失配谱是对称的，具体设置如图4.3所示，其中(a)为相对幅度失配，在正频率区为从1.1到0.9，在负频率区为从0.9到1.1；相位失配显示在(b)中，在正频率区为2°到10°，在负频率区为10°到2°。在关于正负频率不对称失真的情况下，位于正频率区的幅度/相位失配谱和位于负频率区的幅度/相位失配谱是不对称的，如图4.4所示，其中(a)中显示相对幅度失配在正频率区为从1.1到0.9，在负频率区为从1到1.2；相位失配显示在(b)中，在正频率区为2°到10°，位于负频率区的相位失配设置为8°到0°。图4.3对称的幅度(a)和相位(b)失配图4.4不对称的幅度(a)和相位(b)失配4.2.2时域有限脉冲响应补偿法的仿真性能分析根据时域有限脉冲响应补偿法的原理，在正式补偿操作前，需要事先发送目标带宽内不同频率的单音信号，然后每个单音信号的信息计算出对应的幅度及相位不平衡(，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新的雷达干扰设计与仿真[J]. 陈刚,李士进. 信息技术. 2018(07)
[2]超宽带接收机IQ不平衡估计与补偿方法[J]. 徐湛,刘鹏成,任世杰,程亚冰. 仪器仪表学报. 2018(06)
[3]窄带零中频接收机IQ不平衡校准技术研究[J]. 王红举. 现代导航. 2018(02)
[4]ADC12D1800在高速采集模块中的应用[J]. 肖文光. 今日电子. 2016(12)
[5]双通道高速数据采集处理平台的设计与实现[J]. 郝绍杰,何鹏,朱伟峰. 计算机测量与控制. 2015(07)
[6]无线通信信道均衡技术的研究[J]. 李毅. 信息通信. 2014(06)
[7]UWB的技术特点及其发展方向[J]. 刘琪,闫丽,周正. 现代电信科技. 2009(10)
[8]线性调频信号特性分析[J]. 赵敏,吴卫山. 航空兵器. 2009(01)
[9]线性调频信号特征分析[J]. 胡可欣,胡爱明. 空间电子技术. 2007(01)
[10]基于FPGA高速数据采集的解决方案[J]. 于晅,肇云波. 现代电子技术. 2007(05)
硕士论文
[1]恒包络OFDM雷达通信一体化关键技术研究[D]. 郝跃星.西安电子科技大学 2017
[2]高速高精度数据转换器测试验证系统设计与实现[D]. 祖俊婕.东南大学 2017
[3]宽带零中频接收机IQ不平衡校准技术研究与实现[D]. 胡伟光.电子科技大学 2015
[4]零中频接收机的研究和硬件设计[D]. 常高嘉.西南交通大学 2013
本文编号：3458003
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