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Titelaufnahme

Titel
Blind adaptive I/Q mismatch compensation / eingereicht von DI Michael Rudolf Petit
VerfasserPetit, Michael Rudolf
Begutachter / BegutachterinSpringer, Andreas ; Marálek, Roman
ErschienenLinz, Mai 2016
Umfangviii, 174 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Univ., Dissertation, 2016
Quelle der Aufnahme
Inhalte auch erschienen in: "Analysis of a Properness-Based Blind Adaptive I/Q Filter Mismatch Compensation", IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 15, no.1, pp. 781-793, 2016.
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)I/Q Mismatch / zirkuläre Zufallssignale / Long Term Evolution / Homodynempfänger / Statistik zweiter Ordnung / blinde adaptive Filterung / RF-Beeinträchtigungen / Stabilitätsanalyse
Schlagwörter (EN)I/Q mismatch / circular random signals / long-term evolution / direct conversion receiver / second order statistics / blind adaptive filtering / RF-impairments / stability analysis
Schlagwörter (GND)Funktechnik / Signalverarbeitung / Adaptives Filter / Homodynempfänger / Long Term Evolution
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-9757 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
Dateien
Blind adaptive I/Q mismatch compensation [12.22 mb]
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Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Englisch)

In modern wireless communication devices cost- and area-effective signal processing architectures are essential. Flexible and reconfigurable front-end solutions are necessary to achieve high spectral efficiency. Direct conversion transceivers are suitable but have to deal with I/Q mismatch, which, for large bandwidths becomes frequency selective. An example for such impairments are differences between the analog I- and Q-branch low-pass filters due to production tolerances. In order to keep costs low the specifications for the analog components can be reduced, if the compensation of the resulting impairments is done by digital signal processing. Without the knowledge of any transmit data, blind I/Q mismatch compensation can be based on a second-order statistical property called properness, which is valid for a large class of digitally modulated communication signals and which is destroyed by I/Q mismatch.

In a detailed analysis the impact of other RF-impairments on the properness measure is investigated. Under realistic impairment levels we prove that nonlinear even-order distortions resulting from finite mixer isolation have only negligible influence on properness. We propose a novel DSP-algorithm for blind adaptive I/Q mismatch compensators using only real-valued filters, which rebuilds this properness in two stages. Additionally, we add a simple solution which makes the I/Q mismatch compensator insensitive to DC offset. The proposed algorithm outperforms other state-of-the-art algorithms while its computational complexity is reduced. Results from a 3GPP LTE downlink simulator support the analysis. A stability analysis based on Liapunov functions exhibit coupled conditions for the used step-sizes and those compensator parameter spaces for which the optimal steady-state is asymptotically stable. The higher the compensator filter order, the smaller is the compensator parameter space. With fixed starting point and increasing filter order the compensator thus becomes increasingly unstable. Practical filter mismatch orders however, are usually not higher than five.

Zusammenfassung (Deutsch)

In modernen drahtlosen Kommunikationsgeräten sind kosten- und flächeneffektive Signalverarbeitungsarchitekturen unerlässlich. Flexible und rekonfigurierbare Front-End Lösungen sind erforderlich, um eine hohe spektrale Effizienz zu gewährleisten. Homodynsender/-empfänger sind geeignet, haben aber mit I/Q Mismatch zu kämpfen, welches für große Bandbreiten frequenzabhängig wird. Eine wesentliche Ursache solcher Beeinträchtigungen sind Unterschiede zwischen den analogen Tiefpassfiltern des I- und Q-Zweigs aufgrund von Produktionstoleranzen. Um die Kosten niedrig zu halten, können die Spezifikationen der analogen Komponenten reduziert werden, wenn die Kompensation der resultierenden Beeinträchtigungen über digitale Signalverarbeitung durchgeführt wird. Ohne Kenntnis der Sendedaten kann die blinde Kompensation des I/Q Mismatches basierend auf einer statistischen Eigenschaft zweiter Ordnung, genannt "Properness", erfolgen, welche für eine große Klasse von digital modulierten Kommunikationssignalen erfüllt ist und welche durch das I/Q Mismatch zerstört wird.

In einer ausführlichen Analyse wird der Effekt anderer Beeinträchtigungen durch die Hochfrequenzelektronik auf das Properness-Maß untersucht. Unter realistischen Beeinträchtigungswerten zeigen wir, dass nichtlineare Verzerrungen gerader Ordnung aufgrund endlicher Mischerisolation nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf das Properness-Maß aufweisen. Wir stellen einen neuen Signalverarbeitungs-Algorithmus zur blinden, adaptiven Kompensation von I/Q Mismatch unter der ausschließlichen Verwendung reell-wertiger Filter vor, welcher das Properness-Maß in zwei Stufen wiederherstellt. Weiters präsentieren wir eine einfache Lösung, welche den I/Q Mismatch-Kompensator unempfindlich gegenüber DC Offset macht. Der vorgestellte Algorithmus übertrifft die Leistung anderer veröffentlichter Algorithmen, obwohl seine numerische Komplexität geringer ist. Die Ergebnisse aus einem 3GPP LTE Downlink Simulator unterstützen die Analyse. Eine Stabilitätsanalyse basierend auf Liapunov Funktionen zeigt gekoppelte Bedingungen für die verwendeten Schrittweiten und jenen Kompensatorparameterraum für welchen der optimale Beharrungszustand asymptotisch stabil ist. Je höher die Ordnung des Kompensatorfilters desto kleiner ist der Kompensatorparameterraum. Mit fixem Startwert und ansteigender Filterordnung wird der Kompensator daher zunehmend instabil. Die Ordnung des praktischen Filter-Ungleichgewichts ist jedoch üblicherweise nicht höher als fünf.