IQ不平衡的OFDM系统信道估计和补偿技术研究(3)
，信道的时间弥散性将对接收信号产生频率选择性衰落。而正交频分复用
技术能够将宽带频率选择性衰落信道转换成一系列窄带平坦衰落信道，克服信道多径
衰落引起的码间干扰，具有很强的抗干扰、抗衰落能力。采用 OFDM 系统可以提供
更高更快捷的无线业务。
然而，无线移动终端正逐步朝着低价格、低功耗、便携的趋势发展[4]
。零中频接
收机因其具有的优势而得到了广泛的应用。但是基于 OFDM 的接收机会受到前端模
拟处理中 IQ 不平衡的影响，直接导致数据率和误码性能的下降，严重影响移动通信
系统的性能。因此，研究 IQ不平衡的OFDM 系统的信道估计和补偿技术是十分有必
要的。
1.3 OFDM技术的发展及 IQ不平衡的原因
OFDM的概念源于 20 世纪60年代，频谱重叠和数据并行传输的概念在那时已经
形成。当时OFDM 技术主要被应用于军方的高频通信系统。 1971年， Weinstein 与Ebert
采用FFT-based OFDM 简化了OFDM技术实现的复杂度。20世纪80 年代，OFDM技
术开始被探讨应用于高速数据传输技术。近几年来，OFDM作为一种多载波的调制或
者复用技术，广泛应用在包括非对称双绞线高速接入、数字音频广播、数字视频广播、
无线局域网技术标准IEEE802.11a和宽带无线接入技术标准802.16等在内的许多通信
标准中[5][6]
。
变频是所有射频前端结构的基础。有两种结构可以实现变频，一种是超外差结构，
另一种是直接变频结构。虽然超外差接收机具有众多优点，但是其结构复杂、成本较
高。在零中频接收机中，用高的载频信号乘以本振信号将射频信号（或中频信号）转
换为基带的同相和正交信号，对基带信号进行放大滤波处理。这种方式结构简单、功
耗小、体积小、易于集成[7]
，已成为移动终端设计的主流方向。但是与超外差接收机相比，这种结构对 IQ 不平衡很敏感。
上变频和下变频在模拟域依靠复杂的上变频和复杂的下变频来实现[8][9]
，同时需
要正弦和余弦震荡波。接收到的基带信号被分为 I支路和 Q支路。每一条支路再进行
放大、滤波和数字化。关键在于用于下变频的正弦和余弦波必须完全正交即具有精确
的90度的相位差和相同的幅度。它们之间的任何不匹配都将会导致系统的IQ不平衡，
限制了接收端可以达到的信噪比和数据率，严重影响了接收机的性能[8]
。
模拟系统中 IQ 完全匹配是不可能的。在模拟电路中，由于制造过程中掺杂浓度、
氧化层厚度、流动性和芯片几何尺寸的变化在组件之间存在不匹配。模拟电路对组件
的变化很敏感，所以由于处理过程中的不匹配和温度的变化而造成的 LO相位和 IQ
分支增益的偏差是不可避免的[10]
。常用的方法就是在基带进行 IQ不平衡的数字补偿，
随着现代微电子技术的发展，这种方法被大量使用。
1.4 国内外研究现状
随着无线通信技术的飞速发展，人们对移动终端的要求越来越高。不仅要求其具
有基本的语音业务，还要支持高速的数据传输，具备低功耗、低价格、高集成度的特
点。而零中频接收机在降低成本、减少功耗等方面具有优势，因而受到了广泛的关注。
但是，这种结构对 IQ 不平衡很敏感，导致接收机性能的下降。因此，国内外的众多
学者都对 OFDM 系统中的 IQ 不平衡进行了研究，提出了多种 IQ 不平衡的估计和补
偿算法。
文献[11]对QPSK-OFDM-QAM系统中IQ不平衡时接收机下变频器的性能影响进