專利名稱：一種3g終端的射頻一致性測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碼分多址(CDMA)移動通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及3G終端射頻一致性測試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一致性測試是近年來國際通信行業(yè)非常關(guān)注的研究領(lǐng)域，隨著3G網(wǎng)絡(luò)運營日期的臨近，3G終端標(biāo)準(zhǔn)的研究和終端測試成為了當(dāng)務(wù)之急。作為終端射頻一致性測試的重要內(nèi)容，EVM測試在終端設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)線測試以及射頻故障定位等方面發(fā)揮著不可替代的作用。由于EVM測試客觀上要求高速率的數(shù)據(jù)采樣，同時需要精確地恢復(fù)參考信號，因此測試速度較慢、參考信號恢復(fù)困難以及測試精度不高一直是困擾EVM測試的難題，快速、準(zhǔn)確、易于實現(xiàn)的EVM測試方法成為3G終端一致性測試領(lǐng)域的研究熱點。
一致性測試是為了驗證設(shè)備實現(xiàn)與相應(yīng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的一致性，從而在相同的外部條件下進(jìn)行相同的動作、輸出相同的結(jié)果。在終端EVM指標(biāo)一致性測試中，終端和測試儀表采用射頻電纜的連接方式，應(yīng)首先利用協(xié)議模擬器或基站與終端建立12.2kbps的呼叫，配置其進(jìn)入回環(huán)測試模式。終端使用單碼進(jìn)行傳輸，閉環(huán)功率控制步進(jìn)為1dB，其輸出功率保持在-20dBm到-19dBm之間。信號的采樣應(yīng)從一個時隙的起始點開始直到該時隙結(jié)束，不包括該時隙的保護(hù)間隔。采樣數(shù)據(jù)要經(jīng)過與碼片速率帶寬相等的滾降系數(shù)為0.22的根升余弦濾波器，應(yīng)選擇頻點、絕對相位、絕對幅度和采樣時刻，使得誤差矢量幅度最小，此時計算得到終端發(fā)射機(jī)的EVM指標(biāo)。通過上述步驟的測試，符合協(xié)議要求的終端EVM指標(biāo)應(yīng)不超過17.5％。FDD模式終端和TDD模式終端在EVM測試規(guī)范和方法實現(xiàn)上沒有本質(zhì)區(qū)別，為了便于說明，以碼片速率為1.28Mcps的TD-SCDMA終端為例做相關(guān)說明。
對于一致性測試規(guī)定的12.2Kbps測試信道，WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種3G主流標(biāo)準(zhǔn)的終端均采用QPSK調(diào)制方式，因此EVM指標(biāo)測試的對象是單碼道的QPSK(四相移相鍵控)調(diào)制信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種3G終端EVM指標(biāo)的一致性測試方法，在該方法中，在終端進(jìn)入12.2kbps呼叫的回環(huán)測試模式后，將接收到的解調(diào)之前的終端數(shù)據(jù)根據(jù)不同采樣時刻分為L組，對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行頻偏估計和初始相位估計，并根據(jù)各組數(shù)據(jù)分別計算EVM測量值，其中最小的EVM值即為終端的EVM指標(biāo)，同時最小EVM值對應(yīng)的那組數(shù)據(jù)計算得到的頻偏和初始相位為系統(tǒng)的測試輸出。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種3G終端的射頻一致性測試方法，包括步驟(1)以采樣速率Rs對終端接收到的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并且根據(jù)不同的采樣時刻將采樣后的信號數(shù)據(jù)分為L組數(shù)據(jù)，其中Rs＝LRc，Rc為數(shù)據(jù)的碼片速率；(2)對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行頻偏估計，并且根據(jù)頻偏估計得到每組數(shù)據(jù)的初始相位估計；(3)通過以下公式計算各組數(shù)據(jù)的矢量誤差幅度(EVM)，從所計算出的多個EVM中得到最小的EVM作為終端的EVM，并且將與最小EVM對應(yīng)的數(shù)據(jù)組的頻偏和初始相位為系統(tǒng)的測試輸出
其中Δf(i)、Δ(i)、A(i)分別為第i組數(shù)據(jù)的頻偏、初始相位和幅度增益因子，EVMi為第i組數(shù)據(jù)計算得到的EVM指標(biāo)，EVM、Δf和Δ分別為系統(tǒng)測試得到的終端的EVM指標(biāo)、頻偏和初始相位，R(n)為參考矢量，M(n)為測量矢量，i為數(shù)據(jù)分組的編號，k為某組數(shù)據(jù)的第k個采樣點，ts為采樣時間間隔，Nc為一個時隙的碼片數(shù)。
本發(fā)明的射頻一致性測試方法具有以下的技術(shù)優(yōu)點(1)采用高倍速采樣、數(shù)據(jù)分組的方式，以盡可能逼近最佳采樣點，從而在工程上解決了最佳采樣點判定的問題。在本發(fā)明中，將高倍速采樣數(shù)據(jù)分組，每組分別進(jìn)行頻偏、初始相位估計，計算該組數(shù)據(jù)的EVM指標(biāo)。由于最佳采樣點的波形調(diào)制質(zhì)量最好，因而最佳采樣點對應(yīng)數(shù)據(jù)組的EVM值也最小，將該組數(shù)據(jù)的EVM值作為測試得到的系統(tǒng)EVM指標(biāo)，同時該組的頻偏和初始相位也作為測試輸出。
(2)頻偏估計的精度直接影響了最終EVM估計的精度，同時計算的復(fù)雜度是工程中必須考慮的問題。本發(fā)明提出的頻偏估計方法在高精度頻偏估計效果的前提下大大節(jié)省了計算復(fù)雜度。
傳統(tǒng)的頻偏估計方法一般是在采樣數(shù)據(jù)后補0，進(jìn)行FFT運算。這種方法的計算量隨著采樣點數(shù)的增加和頻偏精度要求的提高而成指數(shù)增長，同時其估計精度受限于FFT方法本身。本方法的頻偏估計摒棄了一次估計的方法，而是采用先FFT后CZT的2次聯(lián)合估計的方法，不僅可以滿足頻偏估計的精度要求，同時大大降低了計算復(fù)雜度。先采用較短長度的FFT的方法估計出頻偏的粗略范圍，方法是將采樣數(shù)據(jù)序列末尾加0補齊到8192點，然后進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)，得到8192點的計算結(jié)果，找出結(jié)果中的最大值及其編號，那么頻偏的大概范圍就是序號乘以156.25Hz。
然后用CZT在已經(jīng)估計出的策略范圍內(nèi)進(jìn)行CZT變換，具體方法是在先將采樣數(shù)據(jù)末尾加0補齊到1000點，根據(jù)FFT已經(jīng)估計出的粗略頻偏在單位圓上在其±0.140625度上做CZT變換，此時頻偏估計精度為1Hz。同樣找出CZT結(jié)果中的最大值，將FFT粗略估計結(jié)果用CZT結(jié)果進(jìn)行修正即得到精確估計的頻率誤差。
在得到精確頻偏估計的前提下，本發(fā)明的方法能夠得到精確的初始相位估計以及參考矢量。具體地說，根據(jù)頻偏估計的結(jié)果將采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行頻偏校正(將數(shù)據(jù)對應(yīng)項乘以e-jktc2πΔf)，然后將變換后的數(shù)據(jù)相位減去 的整數(shù)倍從而映射到 的區(qū)域內(nèi)，各點數(shù)據(jù)相位的均值就是初始相位的估計值。
參考矢量并不是實際存在的矢量，而是為了滿足EVM求解條件(最小均方誤差)的數(shù)學(xué)上的表達(dá)量。傳統(tǒng)的做法是用標(biāo)準(zhǔn)的星座點逐步逼近測量矢量(M(n))，本方法是將測量矢量逐步逼近標(biāo)準(zhǔn)星座點。標(biāo)準(zhǔn)星座點只可能是1，j，-1，-j中的一個。測量矢量和標(biāo)準(zhǔn)星座點的差別表現(xiàn)在相位和幅度上的差異，通過頻偏估計和初始相位估計，可以校正相位上的差異，通過功率增益因子(A)的估計可以校正幅度上的差異。各標(biāo)準(zhǔn)星座點的區(qū)別是其相位差為 的整數(shù)倍，將所有去除頻偏、初始相位和功率增益影響的采樣矢量統(tǒng)一映射到 的區(qū)域內(nèi)與標(biāo)準(zhǔn)星座點1進(jìn)行比較，得到誤差矢量，從而計算出各組的EVM指標(biāo)。


圖1示出了參考矢量與誤差矢量之間的關(guān)系；圖2示出了實現(xiàn)本發(fā)明的測試方法的方框圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的精確估計頻偏的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的終端一致性測試方法。
實際的數(shù)字調(diào)制信號與理想信號在幅度、相位以及頻率上存在著一定差異，這些差異可以用I/Q平面上的誤差矢量來表示，如附圖1所示。EVM(Error Vector Magnitude)，即矢量誤差幅度，定義了時域上數(shù)字調(diào)制信號與理想信號的精度誤差，它在誤差矢量e(n)和參考矢量r(n)之間建立關(guān)系，其結(jié)果表示為誤差矢量幅度相對參考矢量幅度的百分比，EVM指標(biāo)可以由(1)式計算得出。
EVM=Σn=0N-1|r(n)→-m(n)→|2Σn=0N-1|r(n)→|2*100%=Σn=0N-1|e(n)→|2Σn=0N-1|r(n)→|2*100%---(1)]]>發(fā)射機(jī)調(diào)制波形質(zhì)量、誤差矢量幅度、EVM指標(biāo)和信號星座圖有著密切的關(guān)系。如果發(fā)射機(jī)調(diào)制波形質(zhì)量惡化，那么誤差矢量幅度將變大，同時必然導(dǎo)致EVM值的增大和星座圖最佳采樣點位置的發(fā)散。此時星座圖的錯誤空間變小，將更容易引起臨近符號的錯誤判決，從而導(dǎo)致傳輸誤碼增多。對于線性無記憶調(diào)制信號，系統(tǒng)的EVM值與調(diào)制方式無關(guān)，且近似等于系統(tǒng)SNR值平方根的倒數(shù)，因此可以用EVM指標(biāo)來衡量系統(tǒng)的性能，判定端到端的傳輸特性。
根據(jù)終端EVM指標(biāo)一致性測試要求，當(dāng)且僅當(dāng)終端頻偏、初始相位、采樣時刻以及各碼道增益取值使得誤差矢量幅度最小時才能得到終端的EVM指標(biāo)。因此，考慮到頻偏、初始相位、采樣時刻對采樣信號的影響以及單碼傳輸情況，任意時刻的測量矢量M(n)可以表示為M(n)＝A(n)[R(n)+E(n)]ejΔ(n)+jn2πΔf(n)n＝mts(2)其中m＝1，2，3......Ns，Ns為一個時隙總采樣點數(shù)量，ts為采樣時間間隔，是數(shù)據(jù)采樣速率Rs的倒數(shù)，A(n)是接收信號的幅度增益因子，Δ(n)是接收信號的附加初始相位，Δf(n)為頻率誤差，R(n)為參考矢量，E(n)為誤差矢量。因此，E(n)可以表示為 由上式可知，如果在測量矢量的基礎(chǔ)上消除頻率誤差、初始相位和幅度增益因子對信號的影響(在數(shù)學(xué)上是將M(n)除以A(n)ejΔ(n)+jn2πΔf(n))，然后與參考矢量做差即可得到誤差矢量。為了便于數(shù)字信號的處理，采樣速率一般為信號碼片速率的整數(shù)倍，若碼片速率為Rc，采樣速率Rs為碼片速率Rc的L倍，E(n)進(jìn)一步表示為
其中i＝1，2，......L，k＝1，2，......Nc，Nc為一個時隙的碼片數(shù)，L與Nc的積即等于Ns。信號的最佳采樣點無碼間干擾，抵御噪聲的能力最強(qiáng)，因而其星座圖最為集中，誤差矢量幅度也最小。因此可以采用高速采樣(或?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)進(jìn)行理想內(nèi)插)以盡可能逼近最佳采樣時刻的方法，在不解調(diào)的前提下得到終端的EVM指標(biāo)。EVM測試方法的方框圖如附圖2所示，首先根據(jù)不同的采樣時刻((4)式中i的不同取值)將數(shù)據(jù)分為L組，可以認(rèn)為各組數(shù)據(jù)的頻偏、初始相位和幅度增益因子為常數(shù)。對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行頻偏估計和初始相位估計，并根據(jù)各組數(shù)據(jù)分別計算EVM測量值。由于最佳采樣點數(shù)據(jù)在星座圖上最為集中，在各組數(shù)據(jù)中調(diào)制質(zhì)量最好，故該組數(shù)據(jù)計算出來的EVM應(yīng)為各組計算出EVM中的最小值，這一命題等價于此組數(shù)據(jù)的矢量誤差幅度最小。因此應(yīng)將各組數(shù)據(jù)計算得到的最小EVM值作為終端的EVM指標(biāo)，同時把該組數(shù)據(jù)計算得到的頻偏和初始相位作為系統(tǒng)的測試輸出。
EVM測試方法的計算過程可以由(5)式表達(dá)出來，其中Δf(i)、Δ(i)、A(i)分別為第i組數(shù)據(jù)的頻偏、初始相位和幅度增益因子，EVMi為第i組數(shù)據(jù)計算得到的EVM指標(biāo)，EVM、Δf和Δ分別為系統(tǒng)測試得到的終端的EVM指標(biāo)、頻率偏差和初始相位。
頻率偏差估計方法是EVM測試的基礎(chǔ)，它的精度決定了最終EVM測試的精度。頻偏估計要考慮待測系統(tǒng)的信號特點，特別是系統(tǒng)采用的調(diào)制方式，以盡可能減少方法的復(fù)雜度。終端射頻一致性測試協(xié)議要求終端頻偏不得超過±0.1ppm，假設(shè)系統(tǒng)載波為2GHz，則終端頻偏不應(yīng)超過+200Hz。因此對于終端EVM一致性測試方法，應(yīng)至少可以估計±1KHz的頻偏，頻率偏差測量精度應(yīng)至少達(dá)到±10Hz。
仍然以TD-SCDMA終端為例，在射頻一致性測試條件下可以認(rèn)為傳播環(huán)境為AWGN信道，TD-SCDMA一個時隙碼片數(shù)為848，因此數(shù)據(jù)分組后的任意一組數(shù)據(jù)可以表示為(X1，X2，......X848)，相鄰2個采樣點(第n+1個采樣點和第n個采樣點)之間的相位變化Δn+1，n為Δn+1，n＝n+1-n＝2πΔf*tc+Δcon+Δnoise(6)其中n+1和n為第n+1和第n個采樣點的相位，tc為碼片時間間隔，2πΔf*tc是由于頻率偏差導(dǎo)致的相位變化，Δcon為由于QPSK數(shù)據(jù)相位突變產(chǎn)生的相位變化，Δnoise為噪聲產(chǎn)生的相位變化。在采樣點足夠多的前提下，可以認(rèn)為噪聲產(chǎn)生的隨機(jī)初始相位統(tǒng)計上均值為0。為了去除QPSK數(shù)據(jù)相位突變的影響，將各采樣點相位轉(zhuǎn)化為角度制并作如下變換 將1′～848′作為對應(yīng)序號數(shù)據(jù)的相位，得到新的數(shù)據(jù)序列(X1’，X2’，......X848’)，該組數(shù)據(jù)相位去除了QPSK數(shù)據(jù)相位突變產(chǎn)生的相位變化Δcon，各點數(shù)據(jù)相位變化僅包含頻率偏差和噪聲的信息。將新的數(shù)據(jù)序列末尾加0補齊到8192點，然后進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)，得到8192點的計算結(jié)果(A0～A8191)，此時頻率分辨率為156.25Hz。如圖3所示。若An＝max(A0，A1......，A8191) (8)對(X1’，X2’，......X848’)末尾加0補齊到1000點，在單位圓上從[n*0.0439453125-0.140625]度到[n*0.0439453125+0.140625]度做夾角為0.28125度的線性調(diào)頻Z變換(CZT)，得到1000點的CZT計算結(jié)果(B0～B999)，這時頻率分辨率為1Hz。如果Bm＝max(B0，B1......，B999) (9)那么由該組數(shù)據(jù)計算得到的頻率偏差由下式給出Δf=[n*156.25+m-500]Hzn≤4095-[(4095-n)*156.25-m+500]Hzn>4095---(10)]]>
將數(shù)據(jù)(X1，X2，......X848)對應(yīng)項乘以e-jktc2πΔf(k＝1，2......，848)，即得到?jīng)]有頻率偏差的數(shù)據(jù)(Y1，Y2，......Y848)。在固定初始相位的前提下，(Y1，Y2，......Y848)與標(biāo)準(zhǔn)星座圖相比旋轉(zhuǎn)了一個固定的角度，且幅度歸一化的TD-SCDMA星座圖4點分別在1、j、-1和-j上，則該組數(shù)據(jù)初始相位Δ可以由下式計算得到 其中i為(Y1，Y2，......Y848)中對應(yīng)序號數(shù)據(jù)的相位。將(Y1，Y2，......Y848)每項數(shù)據(jù)乘以e-jΔ即可得到無頻偏和初始相位的數(shù)據(jù)(Z1，Z2，.....Z848)。
EVM的計算的前提是恢復(fù)參考矢量R(n)，R(n)并不是實際存在的信號，而是滿足E(n)均方根值取極小值的數(shù)學(xué)上的參考向量。數(shù)據(jù)(Z1，Z2，......Z848)已不存在頻偏、初始相位的影響，因此對應(yīng)的參考信號必定為A、Aj、-A和-Aj，A即為參考信號的幅度，A的取值要使E(n)均方根值最小。為簡化計算，將數(shù)據(jù)表示為極坐標(biāo)的形式(R11，R22，......，R848848)，其中Ri為第i個數(shù)據(jù)的矢量幅度，i為對應(yīng)的相角。將各向量相角由i變?yōu)楂衖′，i′與i的映射關(guān)系由(12)式定義 這樣，所有向量在I/Q平面上的位置集中于相角為±π/4的區(qū)域內(nèi)。此時，各樣點的數(shù)據(jù)變?yōu)?R11′，R22′，......，R848848′)，由幾何關(guān)系，該組數(shù)據(jù)的矢量誤差幅度的均方根值可以表示為 為保證(13)式的值最小，A的取值應(yīng)為
將A值帶入(1)，由該組數(shù)據(jù)計算得到的EVM值為 比較各組數(shù)據(jù)的EVM值，將其中的最小值作為終端的EVM指標(biāo)，同時將該組的頻偏、初始相位測量結(jié)果輸出作為系統(tǒng)的頻偏和初始相位。
本發(fā)明是將采樣的3G終端數(shù)據(jù)根據(jù)不同采樣時刻分為組，對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行頻偏估計和初始相位估計，并根據(jù)各組數(shù)據(jù)分別計算EVM測量值，其中最小的EVM值即為終端的EVM指標(biāo)，同時最小EVM值對應(yīng)的那組數(shù)據(jù)計算得到的頻偏和初始相位為系統(tǒng)的測試輸出。凡在本發(fā)明的上述精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)均包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種3G終端的射頻一致性測試方法，包括步驟(1)以采樣速率Rs對終端接收到的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并且根據(jù)不同的采樣時刻將采樣后的信號數(shù)據(jù)分為L組數(shù)據(jù)，其中Rs＝LRc，Rc為數(shù)據(jù)的碼片速率；(2)對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行頻偏估計，并且根據(jù)頻偏估計得到每組數(shù)據(jù)的初始相位估計；(3)通過以下公式計算各組數(shù)據(jù)的矢量誤差幅度(EVM)，從所計算出的多個EVM中得到最小的EVM作為終端的EVM，并且將與最小EVM對應(yīng)的數(shù)據(jù)組的頻偏和初始相位為系統(tǒng)的測試輸出 其中Δf(i)、Δ(i)、A(i)分別為第i組數(shù)據(jù)的頻偏、初始相位和幅度增益因子，EVMi為第i組數(shù)據(jù)計算得到的EVM指標(biāo)，EVM、Δf和Δ分別為系統(tǒng)測試得到的終端的EVM指標(biāo)、頻偏和初始相位，R(n)為參考矢量，M(n)為測量矢量，i為數(shù)據(jù)分組的編號，k為某組數(shù)據(jù)的第k個采樣點，ts為采樣時間間隔，Nc為一個時隙的碼片數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(2)中的頻偏估計步驟還包括(1)將采樣數(shù)據(jù)序列的末尾加0補齊到8192點，然后進(jìn)行快速傅立葉變換，得到8192點的計算結(jié)果，找出結(jié)果中的最大值及其編號，頻偏的粗略范圍等于最大值的編號乘以156.25Hz；(2)將采樣數(shù)據(jù)末尾加0補齊到1000點，根據(jù)所述估計出的粗略頻偏范圍在單位圓上，在其±0.140625度上做線形調(diào)頻Z變換(CZT)，其中頻偏估計精度為1Hz，得到的CZT變換結(jié)果，并且利用CZT變換結(jié)果的最大值修正所述頻偏的粗略范圍，從而得到精確的頻偏估計。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟(2)中的初始相位估計步驟還包括根據(jù)所述得到的精確頻偏估計，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行頻偏校正，將數(shù)據(jù)對應(yīng)項乘以e-jktc2πΔf，然后將變換后的數(shù)據(jù)相位減去 的整數(shù)倍，從而映射到 的區(qū)域內(nèi)，所得到的各點數(shù)據(jù)相位的均值就是初始相位估計。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(3)中包括步驟(1)通過所述頻偏估計和所述初始相位估計，校正測量矢量和標(biāo)準(zhǔn)星座點的相位上的差異，并且通過功率增益因子(A)的估計校正測量矢量和標(biāo)準(zhǔn)星座點的幅度上的差異；(2)將所有去除頻偏、初始相位和功率增益影響的采樣矢量統(tǒng)一映射到 的區(qū)域內(nèi)與標(biāo)準(zhǔn)星座點1進(jìn)行比較，得到誤差矢量，從而計算出各組的EVM指標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述信號是單碼道的QPSK調(diào)制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述終端是碼片速率為1.28Mcps的TD-SCDMA終端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種3G終端EVM指標(biāo)的一致性測試方法，在該方法中，在終端進(jìn)入12.2kbps呼叫的回環(huán)測試模式后，將接收到的解調(diào)之前的終端數(shù)據(jù)根據(jù)不同采樣時刻分為L組，對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行頻偏估計和初始相位估計，并根據(jù)各組數(shù)據(jù)分別計算EVM測量值，其中最小的EVM值即為終端的EVM指標(biāo)，同時最小EVM值對應(yīng)的那組數(shù)據(jù)計算得到的頻偏和初始相位為系統(tǒng)的測試輸出。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以得到精確的頻偏結(jié)果，并且降低了計算復(fù)雜度。
文檔編號H04J13/00GK1812295SQ200510126919
公開日2006年8月2日 申請日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者金磊, 王冰, 李春媛, 張平 申請人:北京星河亮點通信軟件有限責(zé)任公司