通信信号处理案例之上下变频器研制(3)工程处理

算法工匠

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继续讲解！再写本系列已经隔了一年多。永远在不断的补充文章和完善程序！但有点写不动了！不是因为自己没有“货”，而是因为精力不济！期望大家能够将我写的技术文章吃透，那么通信领域的基础知识应该就差不多都了解了！哦，不对，均衡还没有深入讲！后续继续补充！还有 Turbo 码和 LDPC 码的编译码知识还没有涉及，也要补充！不能这么梳理下去，越梳理就越有东西要写！知识是永远学不完的，但这也许就是知识的魅力，它会让我们一直有向前的动力，就让我们一起顺着通信的仿真路线，慢慢的去提升我们的能力吧！看到朋友圈里于院士转发的一篇文章，深有感悟，摘取部分和大家分享。“不可缩放的事情，不值得投入巨量的时间、精力和资源。适可而止就好。学习就是一件可缩放的事情，学的越多就了解的越多，但是世界上很多事情都是不可缩放的。比如说吃饭。本来你很饿，吃了十个饺子，就不是那么饿了，效果很好。你再吃十个饺子，就不是解饿的问题，而是快吃饱了。那你如果再吃五十个饺子，效果还会这么好吗？当然不会，你很快就吃不下了。再比如说健身。如果一个人平时不运动、身体很弱，他出来锻炼锻炼肯定会产生很好的效果。但如果你已经是个健身达人，每天都锻炼四小时，身体很健康，现在改成每天锻炼八小时，你的身体会不会再好一倍呢？不会的。人的身体只能发挥这么多锻炼效能，健身也是一个不可缩放的事情。”现实生活中的游戏和各种娱乐，并不是玩的越多就越开心，同样验证了缩放关系。

工程处理：浮点转定点！

转换过程中最主要考虑的是量化位数！这个位数多少会决定程序所耗资源的大小！那么只要考虑这个吗？还有很多方面！比如除法运算如何实现或者等效，再比如那些更难实现的非线性运算。

本文主要涉及量化位数的规划以及浮点转为定点的过程（主要是经验交流），其他涉及定点程序的知识点后续文章肯定会讲，还会给出演示程序。比如数据的截位处理方式！

系统采用多少位数是根据芯片的容量以及系统的要求决定，比如最终的DAC是多少位？那你在整个系统输出的时候确定的量化位数就要以这个位数为准！！！

系统中数据的位数当然是越高越好，这样带来的量化误差就越小，但是也要考虑芯片是否具备这个容量，还有就是计算速度是否能够满足要求？比如实时性。系统运算的精度最终体现在最后一级输出数据的位数上，所以最后我们肯定要进行截断处理。中间过程尽量保持最高位数！！！为何？让误差最小化。

后续看看我写的定点程序，通过程序，大家可以看到，本人所采用的截位方式和截位的过程，有助于大家在工程知识方面的增长。当年，我也是靠慢慢摸索才增长的经验。在学习期间，没有人教过这方面的知识。但是在工作期间，产品研发过程中必须用到定点化！因此，很多工程化的知识得到了了增长，外部环境的变化确实会促动能力的增长，当然前提是不怕困难！现在回到校园，但希望把这方面的知识依旧能够传递出去，怎么传？靠文章！本人之前在这方面写过理论方面的文章，也写过产品方面的文章，下面是文章链接！

大学毕业设计一席谈之四十一 压电信号的睡眠检测算法(4)浮点转定点

工程处理：IQ平衡！

超外差接收机结构图

零中频接收机结构图

在零中频接收机中，I/Q不平衡（IQ Imbalance） 是一个关键问题，它会导致镜像干扰（Image Interference），影响解调性能。对于 窄带信号 和 宽带信号，I/Q 不平衡校准算法有所不同，算法方面有什么不一样吗？

如何进行算法仿真呢？

先看仿真模型，然后再开始写代码！

先需要建立系统的信号通道模型。无论是零中频的发射机还是接收机，信号的通道模型都可以通过三种形式来表示，分别是实数I/Q通道模型，复数I/Q通道模型以及直接／镜像通道模型。这三种模型分别从不同的角度对I/Q信号的失真进行了建模。

实数IQ通道模型！

复数IQ通道模型！

直接/镜像通道模型！

上述三种模型实际上是完全等价的，它们是从不同的角度描述了Ｉ／Ｑ通道的特性。从实现上看，实数Ｉ／Ｑ通道模型是最方便有效的，所有的运算都为实数运算。

接收通道校准模型！

请大家仔细阅读下面这段文字！

这是校准流程！

上述内容来自于论文《宽带零中频收发机I/Q不平衡数字域校准方案的研究和实现》。对于窄带校准，测试信号采用单音信号即可！有了模型和校准流程，再来看校准后的效果差异！

理解了仿真模型，准备开始写代码！

论文《宽带零中频收发机I/Q不平衡数字域校准方案的研究和实现》提到了迭代过程！在校准的过程中，每一次迭代更新的不平衡参数都返回给预失真模块进行补偿，补偿后的信号再进行新一轮的幅度和相位不平衡参数残余量估计，经过一定次数的迭代，I/Q不平衡参数的估计结果将稳定收敛到一个确切值。

看看AI写的窄带信号下I/Q不平衡补偿的仿真程序，含有迭代过程！这个程序写的非常棒，当然之前也对AI进行了训练和程序“喂养”！这一点技巧在用AI的时候会起到事半功倍的效果！目前，AI做不到直接给出“好用”的程序，有些领域只能做到“可用”，不过这样已经让我节省了很多时间。

% 失配矩阵

H = [h11, h12; h21, h22];

来源：通信工程师专辑