Дослідження формування квадратурних складових I/Q-демодуляторів з оцінкою похибок

Автор(и)

  • Вадим Іванович Слюсар Центральний науково-дослідний інститут озброєння та військової техніки Збройних Сил України , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-2912-3149
  • Наталія Бігун Центральний науково-дослідний інститут озброєння та військової техніки Збройних Сил України , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0003-3327-5521

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347024070021

Ключові слова:

квадратурні складові, I/Q-демодуляція, фазові похибки, амплітудно-частотна характеристика, фазо-частотна характеристика, обробка сигналів, телекомунікації

Анотація

У статті досліджено вплив вибору вагових коефіцієнтів на формування квадратурних складових в I/Q-демодуляторах та запропоновано методи підвищення точності I/Q-демодуляції та мінімізації квадратурних помилок. Розглянуто різні конфігурації 8- та 10-відлікових I/Q-демодуляторів з відкритими наборами вагових коефіцієнтів. За допомогою моделювання показано, що певні набори коефіцієнтів дозволяють значно покращити амплітудно-частотні характеристики, досягаючи звуження смуги пропускання в 1,5–1,7 раза та кращого придушення позасмугових завад. Також досліджено синтез нових наборів коефіцієнтів для 10-відлікових I/Q-демодуляторів, що призводить до покращення амплітудно-частотних характеристик та зменшення фазових помилок. Встановлено еквівалентність між комбінаціями двокаскадних демодуляторів та їхніми однокаскадними аналогами, що забезпечує потенційні переваги в обчислювальній ефективності. Запропоновані 13- та 15-відлікові еквівалентні фільтри демонструють високу ефективність частотної фільтрації та нульову похибку ортогоналізації, що робить їх перспективною альтернативою 16-відліковим демодуляторам. Отримані результати підкреслюють важливість вибору вагових коефіцієнтів для оптимізації продуктивності I/Q-демодуляторів та сприяють розробці більш точних та ефективних систем цифрового зв’язку з підвищеною завадозахищеністю.

Посилання

  1. N. T. Hieu, H.-G. Ryu, C.-X. Wang, H.-H. Chen, “The impact of the I/Q mismatching errors on the BER performance of OFDM communication systems,” in 2007 IEEE International Conference on Communications, 2007, pp. 5423–5427, doi: https://doi.org/10.1109/ICC.2007.898.
  2. F. Talebpour, A. Sali, R. Alirezaee, P. Varahram, S. Alirezaee, “A novel robust technique to compensate I/Q imperfections in quadrature modulator using LMS algorithm,” in 2021 International Conference on Electrical, Computer, Communications and Mechatronics Engineering (ICECCME), 2021, pp. 1–9, doi: https://doi.org/10.1109/ICECCME52200.2021.9590842.
  3. H. Wu et al., “Enhanced imbalance-distortion mitigation and noise suppression in I / Q -based phase demodulation systems,” IEEE Sensors J., vol. 24, no. 9, pp. 14413–14427, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/JSEN.2024.3374811.
  4. W. Li, Y. Zhang, L.-K. Huang, J. Cosmas, C. Maple, J. Xiong, “Self-IQ-demodulation based compensation scheme of frequency-dependent IQ imbalance for wideband direct-conversion transmitters,” IEEE Trans. Broadcast., vol. 61, no. 4, pp. 666–673, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TBC.2015.2465138.
  5. В. И. Слюсар, П. Е. Сердюк, “Метод синтеза процедуры І/Q-демодуляции нечетного порядка на основе замены многокаскадных схем демодуляции однокаскадными эквивалентами,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 5, pp. 320–328, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020050064.
  6. T. R. Clark, S. R. O’Connor, M. L. Dennis, “A phase-modulation I/Q-demodulation microwave-to-digital photonic link,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 58, no. 11, pp. 3039–3058, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2010.2076971.
  7. J. J. de Witt, “Modelling, estimation and compensation of imbalances in quadrature transceivers,” Dissertation presented for the degree of Doctor of Philosophy in the Faculty of Engineering at Stellenbosch University, 2011.
  8. P. Song, N. Zhang, H. Zhang, F. Gong, “Blind estimation algorithms for I/Q imbalance in direct down-conversion receivers,” in 2018 IEEE 88th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall), 2018, pp. 1–5, doi: https://doi.org/10.1109/VTCFall.2018.8690669.
  9. A.-A. A. Boulogeorgos, A. Alexiou, “Training terahertz wireless systems to battle I/Q imbalance,” in 2023 International Balkan Conference on Communications and Networking (BalkanCom), 2023, pp. 1–5, doi: https://doi.org/10.1109/BalkanCom58402.2023.10167934.
  10. F. Ghaseminajm, Z. Abu-Shaban, S. S. Ikki, H. Wymeersch, C. R. Benson, “Localization error bounds for 5G mmWave systems under I/Q imbalance,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 69, no. 7, pp. 7971–7975, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TVT.2020.2991377.
  11. S. Zarei, W. H. Gerstacker, J. Aulin, R. Schober, “I/Q imbalance aware widely-linear receiver for uplink multi-cell massive MIMO systems: design and sum rate analysis,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 15, no. 5, pp. 3393–3408, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2016.2520935.
  12. F. Solis, B. T. Reyes, D. A. Morero, M. R. Hueda, “Error-backpropagation-based background calibration of TI-ADC for adaptively equalized digital communication receivers,” IEEE Access, vol. 10, pp. 103013–103027, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3208092.
  13. М. В. Бондаренко, В. И. Слюсар, “Влияние джиттера АЦП на точность пеленгации цифровыми антенными решетками,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 54, no. 8, pp. 41–49, 2011, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347011080061.
  14. V. Slyusar, N. Bihun, “The method of increasing the immunity of data transmission in communication channels,” in 2022 IEEE 9th International Conference on Problems of Infocommunications, Science and Technology (PIC S&T), 2022, pp. 301–305, doi: https://doi.org/10.1109/PICST57299.2022.10238546.
  15. V. Slyusar, N. Bihun, “Enhancing noise immunity in OFDM communication channels with two-stage strobing and I /Q demodulation,” Cybern. Syst. Anal., vol. 60, no. 4, pp. 667–682, 2024, doi: https://doi.org/10.1007/s10559-024-00705-3.
  16. C. Wu, Y. Wang, B. Nikolic, C. Hull, “An interference-resilient wideband mixer-first receiver with LO leakage suppression and I/Q correlated orthogonal calibration,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 64, no. 4, pp. 1088–1101, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2016.2532867.
  17. V. Jain, F. Tzeng, L. Zhou, P. Heydari, “A single-chip dual-band 22–29-GHz/77–81-GHz BiCMOS transceiver for automotive radars,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 44, no. 12, pp. 3469–3485, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/JSSC.2009.2032583.
  18. L. Li et al., “mmWave communications for 5G: implementation challenges and advances,” Sci. China Inf. Sci., vol. 61, no. 221301, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/s11432-017-9262-8.
  19. G. Di Rosa, “Digital optimization techniques for multi-band optical communication systems,” Technische Universitaet Berlin: doctoral thesis, 2023.
  20. V. Slyusar, N. Bihun, “Forming the response of two-channel demodulators,” in 2022 IEEE 2nd Ukrainian Microwave Week (UkrMW), 2022, pp. 342–345, doi: https://doi.org/10.1109/UkrMW58013.2022.10036993.
АЧХ 8-відлікових I/Q-демодуляторів з різними коефіцієнтами

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-05-27 — Оновлено 2024-05-27

Як цитувати

Слюсар, В. І., & Бігун, Н. (2024). Дослідження формування квадратурних складових I/Q-демодуляторів з оцінкою похибок. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 67(5), 268–279. https://doi.org/10.20535/S0021347024070021

Номер

Том 67 № 5 (2024)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка