專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字域測(cè)量信號(hào)誤差矢量幅度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)中的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字信號(hào)的誤差 矢量幅度(EVM, Error Vector Magnitude)測(cè)量的方法。
背景技術(shù)：
誤差矢量幅度(EVM)是在通信領(lǐng)域中用于衡量信號(hào)的質(zhì)量的重要參數(shù)。通過(guò)計(jì)算 實(shí)際信號(hào)與理想信號(hào)之間的誤差，來(lái)測(cè)量信號(hào)的調(diào)制精度。EVM值越小，說(shuō)明信號(hào)的質(zhì)量越 好。通常EVM計(jì)算時(shí)采用一個(gè)或者多個(gè)時(shí)隙范圍內(nèi)的符號(hào)或者碼片的誤差矢量的均方值來(lái) 表示，根據(jù)調(diào)制方式的不同，EVM的計(jì)算對(duì)象也會(huì)不同，如QPSK(四相相移鍵控)調(diào)制的信 號(hào)，是通過(guò)計(jì)算幅度的誤差來(lái)得到EVM ；而GMSK(高斯最小鍵控)調(diào)制的信號(hào)，由于調(diào)制信 號(hào)是恒包絡(luò)的，信號(hào)變化只體現(xiàn)在角度變化中，因此通過(guò)計(jì)算星座圖上的角度誤差來(lái)得到 EVM。當(dāng)今的通信領(lǐng)域，通信協(xié)議多種多樣，它們都具有各自不同的調(diào)制方式、載波頻 率、波形成形方式、符號(hào)速率、碼片速率等。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，通信系統(tǒng)中 越來(lái)越多的模塊開(kāi)始向數(shù)字化處理轉(zhuǎn)變，以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和更高的數(shù)據(jù)處理精 度。在數(shù)字域?qū)π盘?hào)進(jìn)行分析也顯得越來(lái)越重要。但是，現(xiàn)有的誤差矢量幅度測(cè)量裝置一 般都是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行特定頻率采樣來(lái)計(jì)算EVM值，或者處理采樣率恰好是符號(hào)率或者碼 率整數(shù)倍的基帶數(shù)字信號(hào)來(lái)計(jì)算EVM，而針對(duì)信號(hào)的采樣率不是符號(hào)率或者碼率整數(shù)倍的 數(shù)字信號(hào)的EVM，卻沒(méi)有辦法進(jìn)行測(cè)量。綜上所述，現(xiàn)有誤差矢量幅度測(cè)量裝置不能夠直接分析采樣率不是符號(hào)率或者碼 率整數(shù)倍的數(shù)字信號(hào)的EVM指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種可以兼容不同采樣率和調(diào)制方式的在數(shù)字域?qū)π盘?hào)進(jìn) 行誤差矢量幅度測(cè)量的方法。它不僅可以兼容不同采樣率和調(diào)制方式，而且可以兼容具有 不同能量的各種載波頻率的中頻數(shù)字信號(hào)或者基帶數(shù)字信號(hào)。本發(fā)明提出的這種誤差矢量幅度測(cè)量方法，其流程圖見(jiàn)圖1所示，主要包括數(shù)字 變頻(Si)、采樣率轉(zhuǎn)換(S2)、功率調(diào)整(S3)，波形成形(S4)、相位調(diào)整(S5)、抽樣器并計(jì)算 誤差矢量幅度(S6)這6個(gè)主要步驟。第一步，數(shù)字變頻(Si)，接收到的信號(hào)可以是任意采樣率的，根據(jù)設(shè)定的載波頻 率，將輸入信號(hào)(接收到的信號(hào))與參考載波信號(hào)進(jìn)行混頻，將任意中頻數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字基帶信號(hào)或者稱(chēng)為零中頻信號(hào)。參考載波信號(hào)可以通過(guò)查找表的方式實(shí)現(xiàn)，也可以利用 來(lái)自頻率綜合器的信號(hào)。第二步，采樣率轉(zhuǎn)換(S2)，將第一步輸出的零中頻信號(hào)的任意采樣率轉(zhuǎn)換到一個(gè) 符號(hào)率或者碼率的整數(shù)倍。這種采樣率轉(zhuǎn)換方法可以利用級(jí)聯(lián)積分梳狀(CIC，Cascaded Integrator-comb)濾波器、半帶濾波器、有限沖擊響應(yīng)濾波器、多項(xiàng)式插值濾波器等方法實(shí)現(xiàn)。第三步，功率調(diào)整(S3)，由于接收到的信號(hào)能量可大可小，功率調(diào)整步驟是將小信 號(hào)放大或者將大信號(hào)衰減至一個(gè)固定的值。第四步，波形成形(S4)，如果接收信號(hào)在發(fā)射時(shí)經(jīng)過(guò)了根升余弦濾波器成形，則這 里的信號(hào)在功率調(diào)整(S3)結(jié)束之后，還需要進(jìn)行根升余弦濾波器或者其他波形成形方式 (S4)的濾波，來(lái)實(shí)現(xiàn)降低碼間干擾的效果。如果接收信號(hào)不是利用根升余弦濾波器或者其 他波形成形方式成形，這個(gè)步驟(S4)跳過(guò)，直接進(jìn)入相位調(diào)整步驟(S5)。)
第五步，相位調(diào)整(S5)，對(duì)相位進(jìn)行調(diào)整，使得步驟(S6)中的抽取操作可以達(dá)到最大 幅度分量的抽取。抽取間隔與輸入信號(hào)的過(guò)采樣倍數(shù)相等。抽取后的信號(hào)的采樣率是符號(hào) 率或者碼率。第六步，抽樣和EVM計(jì)算(S6)，通過(guò)步驟(5)的相位調(diào)整保證了最大幅度抽樣至 信號(hào)的符號(hào)率或者碼率。通過(guò)計(jì)算誤差矢量在一定時(shí)間范圍內(nèi)的平均值的平方根得到EVM 值。這個(gè)時(shí)間范圍過(guò)短將影響測(cè)量精度，過(guò)長(zhǎng)將增加測(cè)量時(shí)間，一般取一個(gè)至八個(gè)，更多個(gè) 時(shí)隙的長(zhǎng)度。這樣無(wú)論接收的數(shù)字信號(hào)的采樣率是不是符號(hào)率或者碼率的整數(shù)倍、是不是 中頻信號(hào)、能量大小如何都可以測(cè)量它的EVM值。上述方法中，數(shù)字變頻步驟(Si)，當(dāng)接收到的信號(hào)是零中頻信號(hào)時(shí)，此步驟可以刪 減。當(dāng)接收到的信號(hào)中頻較高時(shí)，此步驟可以拆分成兩次變頻或者多次變頻。采樣率變換 步驟(S2)在實(shí)現(xiàn)時(shí)可以是一次變采樣率，或者拆分成多級(jí)實(shí)現(xiàn)采樣率變換，也可以重復(fù)利 用一個(gè)或者多個(gè)這樣的變采樣率模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)多次采樣率變換。功率調(diào)整步驟(S3)在接收 到的信號(hào)功率滿(mǎn)足一定閾值或者恒定情況下可以刪減。相位調(diào)整步驟(S5)可以一次完成， 也可以多次重復(fù)進(jìn)行。上述方法中，數(shù)字變頻(Si)、采樣率變換(S2)、功率調(diào)整(S3)三個(gè)步驟執(zhí)行順序 可以任意改變，即排列組合生成的6種順序都可以，也可以將步驟(Si)和步驟(3)夾在步 驟(S2)中間進(jìn)行，或者將步驟(S2)和(S3)夾在步驟(Si)中間進(jìn)行。本發(fā)明不僅可以兼容不同采樣率和調(diào)制方式，而且可以兼容具有不同能量的各種 載波頻率的中頻數(shù)字信號(hào)或者基帶數(shù)字信號(hào)。


圖1是本發(fā)明提出的在數(shù)字域?qū)π盘?hào)進(jìn)行誤差矢量幅度測(cè)量方法的流程圖。圖2是實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)例的誤差矢量幅度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖2，詳細(xì)描述實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例。相應(yīng)與上述方法，本發(fā)明設(shè)計(jì)了誤差矢量幅度測(cè)量裝置。該裝置包括依次連接的 數(shù)字下變頻器(1)，小數(shù)倍采樣率轉(zhuǎn)換器(2)，整數(shù)倍采樣率轉(zhuǎn)換器(3)，波形成形器(根升 余弦濾波器)(4)，相位延遲器(5)，抽樣器(6)，誤差矢量幅度計(jì)算單元(7)。控制器(8)分 別對(duì)上述7個(gè)模塊進(jìn)行控制。上述7個(gè)模塊在控制器(8)的控制下分別完成本發(fā)明方法6 個(gè)步驟的工作。在這個(gè)實(shí)施實(shí)例中，誤差矢量幅度測(cè)量裝置接收到的信號(hào)是一個(gè)TD-SCDMA (Time
4Division-Synchronous Code Division Multiple Access ,即時(shí)分的同步碼分多址技術(shù)) 數(shù)字信號(hào)，采用QPSK調(diào)制方式，它是具有100 KHz載波的中頻信號(hào)，采樣率為26 Mbps，由于 TD-SCDMA信號(hào)的碼片速率為1. 28Mbps，因此26Mbps是碼率的20. 3125倍，不是整數(shù)倍碼率 的采樣率信號(hào)。首先，通過(guò)控制器⑶配置數(shù)字下變頻器⑴的載波頻率為ΙΟΟΚΗζ，配置誤差矢量 幅度計(jì)算單元(7)的調(diào)制方式是QPSK調(diào)制?？刂破?8)經(jīng)過(guò)計(jì)算得到小數(shù)倍采樣率轉(zhuǎn)換 器(2)需要轉(zhuǎn)換的倍數(shù)為0.9846，并將參數(shù)傳送給小數(shù)倍采樣率轉(zhuǎn)換器(2)。控制器(8) 將整數(shù)倍采樣率轉(zhuǎn)換器(3)的轉(zhuǎn)換倍數(shù)設(shè)置為4倍。數(shù)字下變頻器(1)將接收到的中頻數(shù)字信號(hào)八C兩路與相同26Mbps采樣率下的 IOOKHz載波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字混頻運(yùn)算，得到的零中頻I、Q兩路信號(hào)傳送給小數(shù)倍采樣率變換 器(2) ο混頻過(guò)程的表達(dá)式為 其中，/7是指第/7個(gè)采樣時(shí)刻，^， 分別是輸入信號(hào)的八々兩路信號(hào)，/ .，fc/Jf 別是余弦載波信號(hào)和正弦載波信號(hào)，Λ.， 分別是混頻后的輸出信號(hào)的八C兩路信號(hào)。小數(shù)倍采樣率轉(zhuǎn)換器(2)利用多項(xiàng)式插值的方法將信號(hào)采樣率由26Mbps轉(zhuǎn)換到 25. 6Mbps，它是碼率的20倍。整數(shù)倍采樣率轉(zhuǎn)換器(3)采用兩級(jí)半帶濾波器將信號(hào)升采樣 4倍，由于半帶濾波器的系數(shù)一半為0，且不會(huì)引入碼間干擾，因此對(duì)信號(hào)的影響非常小，且 具有很好抑制鏡像和抗混迭的效果，通帶平坦，因此特別適用于寬帶信號(hào)的兩倍的數(shù)據(jù)率 轉(zhuǎn)換。如果處理的信號(hào)是窄帶信號(hào)(如GSM信號(hào))，可以利用級(jí)聯(lián)積分梳狀(CIC，Cascaded Integrator-comb)濾波器來(lái)完成整數(shù)倍采樣率轉(zhuǎn)換，這樣可以節(jié)省電路硬件和功耗。整數(shù) 倍采樣率轉(zhuǎn)換器(3)的輸出信號(hào)已經(jīng)成為了一個(gè)零中頻、80倍過(guò)采樣的數(shù)字信號(hào)。根據(jù)信 號(hào)的能量大小決定是否對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。由于TD-SCDMA信號(hào)在發(fā)射機(jī)中采用了根升余弦濾波器作為成形濾波器，因此這 里信號(hào)需要經(jīng)過(guò)波形成形器(4)對(duì)信號(hào)進(jìn)行根升余弦濾波，滾將因子為0. 22，并根據(jù)控制 器(8)提供的過(guò)采樣率來(lái)歸一化信號(hào)的幅度。控制器(8)通過(guò)控制相位延遲器(5)調(diào)整數(shù) 據(jù)的相位，使得抽樣器(6)的抽樣點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了每個(gè)符號(hào)范圍內(nèi)的最大幅度點(diǎn)，即EVM最小的情 況。最后誤差矢量幅度計(jì)算單元(7)將以碼率1. 28Mbps的采樣率得到數(shù)字信號(hào)，通過(guò)比較 接收信號(hào)與理想信號(hào)之間的均方根誤差得到EVM值。
權(quán)利要求
一種數(shù)字域測(cè)量信號(hào)誤差矢量幅度的方法，其特征在于具體步驟為第一步，數(shù)字變頻(S1)根據(jù)設(shè)定的載波頻率，將輸入信號(hào)與參考載波信號(hào)進(jìn)行混頻，將任意中頻數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字基帶信號(hào)或者稱(chēng)為零中頻信號(hào)；所述參考載波信號(hào)通過(guò)查找表的方式實(shí)現(xiàn)，或者利用來(lái)自頻率綜合器的信號(hào)；第二步，采樣率轉(zhuǎn)換(S2)將第一步輸出的零中頻信號(hào)的任意采樣率轉(zhuǎn)換到一個(gè)符號(hào)率或者碼率的整數(shù)倍；第三步，功率調(diào)整(S3)是將小信號(hào)放大或者將大信號(hào)衰減至一個(gè)固定的值；第四步，波形成形(S4)如果接收信號(hào)在發(fā)射時(shí)經(jīng)過(guò)了根升余弦濾波器成形，則信號(hào)在功率調(diào)整(S3)結(jié)束之后，還進(jìn)行根升余弦濾波器或者其他波形成形(S4)的濾波，以降低碼間干擾；如果接收信號(hào)不是利用根升余弦濾波器或者其他波形成形方式成形，本步驟(S4)跳過(guò)，直接進(jìn)入相位調(diào)整步驟(S5)；第五步，相位調(diào)整(S5)，對(duì)相位進(jìn)行調(diào)整，使得步驟(S6)中的抽取操作達(dá)到最大幅度分量的抽取，抽取間隔與輸入信號(hào)的過(guò)采樣倍數(shù)相等，抽取后的信號(hào)的采樣率是符號(hào)率或者碼率；第六步，抽樣和EVM計(jì)算(S6)，通過(guò)步驟(5)的相位調(diào)整保證了最大幅度抽樣至信號(hào)的符號(hào)率或者碼率；通過(guò)計(jì)算誤差矢量在一定時(shí)間范圍內(nèi)的平均值的平方根得到EVM值；所述時(shí)間范圍取一個(gè)至八個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的采樣率轉(zhuǎn)換(S2)，包含整數(shù)倍轉(zhuǎn)換 和小數(shù)倍轉(zhuǎn)換，采用級(jí)聯(lián)積分梳妝濾波器、半帶濾波器、有限沖擊響應(yīng)濾波器或多項(xiàng)式插值 器實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的數(shù)字變頻步驟(Si)，當(dāng)接收到的信 號(hào)是零中頻信號(hào)時(shí)，本步驟刪除；當(dāng)接收到的信號(hào)中頻較高時(shí)，本步驟可以拆分成兩次變頻 或者多次變頻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的采樣率變換步驟(S2)在實(shí)現(xiàn)時(shí)是一 次變采樣率，或者拆分成多級(jí)實(shí)現(xiàn)采樣率變換，或者重復(fù)利用一個(gè)或者多個(gè)這樣的變采樣 率模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)多次采樣率變換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的功率調(diào)整步驟(S3)在接收到的信號(hào) 功率滿(mǎn)足一定閾值或者恒定情況下刪除。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的相位調(diào)整步驟(S5)—次調(diào)整完成， 或者進(jìn)行多次調(diào)整完成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的數(shù)字變頻(Si)、采樣率變換(S2)、功 率調(diào)整(S3)三個(gè)步驟執(zhí)行順序可任意改變。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的數(shù)字變頻(Si)、采樣率變換(S2)、功 率調(diào)整(S3)三個(gè)步驟中，或者將步驟(Si)和步驟(3)夾在步驟(S2)中間進(jìn)行，或者將步 驟(S2)和(S3)夾在步驟(Si)中間進(jìn)行。
9.一種如權(quán)利要求1一8之一所述方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于該裝置包括依次連 接的數(shù)字下變頻器(1)，小數(shù)倍采樣率轉(zhuǎn)換器(2)，整數(shù)倍采樣率轉(zhuǎn)換器(3)，波形成形器 (4)，相位延遲器(5)，抽樣器(6)，誤差矢量幅度計(jì)算單元(7)；控制器(8)分別對(duì)上述7個(gè) 模塊進(jìn)行控制；上述7個(gè)模塊在控制器(8)的控制下分別完成本發(fā)明方法6個(gè)步驟的工作。
全文摘要
本發(fā)明屬于通信技術(shù)中的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種在數(shù)字域?qū)π盘?hào)進(jìn)行誤差矢量幅度測(cè)量的方法。用以解除現(xiàn)有方法中只能對(duì)特定數(shù)字信號(hào)進(jìn)行誤差矢量幅度測(cè)量的限制。該方法主要包括數(shù)字變頻、采樣率轉(zhuǎn)換、功率調(diào)整、波形成形、相位調(diào)整和抽樣并計(jì)算誤差矢量幅度等步驟。該方法可以接收具有不同調(diào)制方式、不同采樣率、不同能量、不同中頻或者零中頻的數(shù)字信號(hào)。本發(fā)明可以解除現(xiàn)有方法中只能對(duì)特定數(shù)字信號(hào)進(jìn)行誤差矢量幅度測(cè)量的限制。
文檔編號(hào)H04B17/00GK101895354SQ20101023136
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者楊玉慶, 王麗芳, 閔昊 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)