CN101534159B - 一种用于td-scdma设备测试的矢量幅度误差测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于TD-SCDMA设备测试的矢量幅度误差测量方法和装置，其中接收装置对接收的信号进行滤波且将数据分成24组，取中间两组数据进行计算。计算过程如下：利用去频偏装置去掉信号中由于频率偏差产生的相位误差，相位校正装置对信号的相位进行校正，纠正初始相位误差。然后将信号的模值进行归一化处理，得到归一化的测量信号Z。再根据信号模值的大小分成三类进行计算，分别计算他们在坐标轴上投影的均值，将这个均值作为理想信号的模值，然后通过相位映射，得到参考信号R。再根据公式：计算EVM的值。最后取两个计算结果中数值较小的那个作为信号的EVM值。

Description

一种用于TD-SCDMA设备测试的矢量幅度误差测量方法和装置

一、技术领域

本发明涉及一种用于TD-SCDMA设备测试的矢量幅度误差的测量方法和装置，具体地，涉及采用信号本身来恢复参考信号实现矢量幅度误差的测量，本发明适用于TD-SCDMA设备的矢量幅度误差测量。 

二、背景技术

在TD-SCDMA***中采用的是QPSK调制，它是一种非恒包络调制，由于其在幅度上也存在误差，相位误差和频差已不足以反应其调制精度，因此，需要一种可以全面衡量信号幅度误差和相位误差的指标。在星座图上，误差矢量能清楚地反映信号的损伤程度，于是提出了误差矢量幅度(EVM：error vectormagnitude)参数。 

实际的数字调制信号与理想信号在幅度、相位以及频率上存在着一定差异，这些差异在I/Q平面上表现为测量信号与标准星座点在幅度和相位上的偏差。EVM是对测量信号与参考信号的差值矢量进行测量，被称为误差矢量。测量信号与参考信号都需要经过一个滚降系数为0.22的带宽与码片速率相应的根升余弦滤波器，再进一步选择频率、绝对相位、绝对幅度和chip时钟以减小误差矢量。 

EVM定义为误差矢量功率与参考信号矢量功率的均方比，以百分数形式表示，测试的时间为一个时隙。 

EVM是测量信号与参考信号之间的偏差，因此如何恢复参考信号是EVM测试的关键问题。传统的恢复参考信号的方法是：首先将接收信号进行解扰、解 扩和相位判决得到比特级的参考信号，在通过QPSK调制、扩频、加扰并加入中间码，滤波得到参考信号。然后将测量矢量与参考矢量相减得到误差矢量，再根据EVM计算公式计算发射机的EVM指标值。此算法实现过程很繁杂，计算耗时长。另外，由于参考信号是在接收信号的基础上恢复的，因此无法识别接收信号的误码情况，当传输误码率提高时，该算法将产生较大的测量误差。 

三、发明内容

根据本发明的一方面，本发明提供了一种移动通信信号矢量幅度误差的测量方法，包括步骤：通过接收装置接收信号，对接收的信号进行滤波并将其正交解调成I、Q两路信号，确定所接收的I、Q信号的中间码位置；根据所确定的中间码位置，提取用户数据；根据每个码片上不同的采样时刻将用户数据进行分组，取中间两个分组来分别计算EVM值，最后取较小的那个值作为最后的计算结果。 

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种移动通信信号矢量幅度误差测量的方法，首先根据前面计算得到的频率误差值，对信号的相位进行校正，以消除由于频率误差而产生的相位误差分量。频率误差为Δf，码片周期为t_c，将数据对应项乘以exp(-jkt_c2πΔf)(k＝1，2，…，848)，即消除了由频率误差导致的相位误差分量。 

根据本发明的第三方面，本发明提供了一种移动通信信号矢量幅度误差测量的方法，对信号的相位进行了频率修正后，再进行初始相位的修正。求初始相位的方法是：根据以下公式 

得到一组新的相位值，计算这组数据的平均值，就得到信号的初始相位值Δθ，将数据乘以exp(-jΔθ)，就完成了数据的初始相位校正。 

根据本发明第四方面，本发明提供了一种移动通信信号矢量幅度误差测量的方法，在对信号进行了频率误差和初始相位误差校正以后，恢复参考信号。首 先对信号的幅度进行归一化处理，然后根据幅度值的大小将数据分为三组，分割的幅值临界点为0，0.4，0.8。然后在各个分组中对信号进行相位校正，使各区域的点都集中到区间 中。在每组数据中求各矢量在实轴上的投影并求其均值，就得到各分组内使误差矢量幅度最小的模值，作为参考信号的模。再由原各点所在的区间判断对应的参考点所在的位置，再将前面计算的参考信号的模值映射到各相位，就得到参考信号。 

根据本发明第五个方面，本发明还提供了一种用于TD-SCDMA设备测试的矢量幅度误差的测量装置，包括：接收装置：用于接收移动通信信号并对接收的信号进行滤波且正交解调成I、Q两路信号，对信号进行滤波处理；频率误差获取装置，计算信号的频率误差；去除频率偏差装置；纠正初始相位装置；恢复参考信号装置。并根据公式： 

$\mathrm{EVM}=\frac{\mathrm{RMS}\left(\right|E\left|\right)}{\mathrm{RMS}\left(\right|R^{\′}\left|\right)}=\frac{\mathrm{RMS}\left(\right|Z^{\′}-R^{\′}\left|\right)}{\mathrm{RMS}\left(\right|R^{\′}\left|\right)}\×100\%$

计算EVM值，最后在两个EVM值中取一个较小值作为测量结果。经过大量实验验证，只有中间两组数据对于EVM的计算是接近真实值的，但是究竟哪一组更准确，在这两组之间不确定，于是两组数据都进行计算，取较小的那个值。这样既保证了测量结果的准确性，又降低了实现的计算量。因为如果每组都计算的话，那计算量是非常大的。 

由于本发明不需要解调调制恢复参考信号的过程，所以对于TD-SCDMA测试***而言，本发明提高了测试效率。同时该发明对于单双码道的信号是通用的。 

本发明主要用于测试TD-SCDMA设备矢量幅度误差，适用于TD-SCDMA设备的设计和开发、制造、服务和维修过程中的性能指标测试。 

四、附图说明

图1是TD-SCDMA业务时隙突发结构示意图。 

图2是根据本发明的优选实施例采用本算法实现矢量幅度误差测量的方法流程图。 

图3是本发明实施例中进行相关计算的信号流示意图和原理图。 

图4是计算频率误差的过程。 

五、具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解与实施本发明，下面参照附图通过优选实施例对本发明进行详细描述。 

首先，参照图2，图2是根据本发明的优选实施例采用直接恢复参考信号的方法计算矢量幅度误差的流程图。主要包括如下步骤： 

在步骤1中，通过接收装置接收信号，对接收的信号进行滤波并将其正交解调成I、Q两路信号，参照图3，对I、Q两路信号进行相关计算，得到相关峰值，根据相关峰值，确定所接收的I、Q信号的中间码位置； 

在步骤中2，根据所确定的中间码位置，将I、Q信号解调成用户数据。再经过RRC滤波器对信号进行滤波处理，然后计算信号的频率误差。计算频率误差的过程：参照图4，首先对信号进行硬件相位校正，然后恢复参考信号，最后将测量信号与参考信号对应点的相位做差，并将所有的相位差值都转化到合理区间，再对时间做拟合运算，得到频率误差的值。 

在步骤3中，由上一步计算出来的频率误差值对信号做去除频偏处理，再进行初始相位校正，之后恢复参考信号，然后将测量信号与参考信号联合起来计算EVM值。 

以下将更详细地描述各个步骤的实现方法。在TD-SCDMA设备通过接收机(接收装置)接收信号后，接收机可通过根升余弦滚降滤波器对接收的突发时隙信号滤波，然后将滤波后的信号正交解调成I、Q两路信号，这里，根升余弦滚降滤波器优选以下参数：滚降系数a＝0.22，滤波器带宽＝1.28MHz。 

接下来，进行中间码相关信道估计。具体地，其包括以下步骤：1)相关计算装置利用中间码序列M_i对I、Q两路信号进行相关计算，找到最大的中间码 相关峰值并确定匹配的中间码序列M_j；2)根据该最大相关峰的时间位置信息j，确定所接收信号(I、Q两路信号)突发时隙的中间码时间起点位置信息k；3)根据突发时隙中间码的时间位置信息，依据TD-SCDMA业务突发时隙结构，确定该突发时隙数据区起止时间位置信息。为了更详尽地描述该过程，以下通过下面的表达式来进行说明。 

ICorr_mn＝M_m·I_n

QCorr_mn＝M_m·Q_n                                   (1) 

Corr_peak＝max(|ICorr_jk|+|QCorr_jk|) 

式中I_n、Q_n为接收的I、Q信号序列中第n段数据序列(即从第n个码片开始的，长度为中间码长度144个码片的I、Q信号序列)； 

M_m为M_i中的i取m时的中间码序列； 

ICorr_mn为用编号为m的中间码序列M_m对I路信号第n段数据序列进行相关计算(相关计算是指将对应位置的I路信号第n段数据序列与中间码序列M_m分别相乘，即ICorr_mn＝(M_m，0*I_n，0，……，M_m，143*I_n，143)； 

QCorr_mn为用编号为m的中间码序列M_m对Q路信号第n段数据序列同样进行相关计算(即QCorr_mn＝(M_m，0*Q_n，0，……，M_m，143*Q_n，143)； 

Corr_peak为最大相关峰值，其对应的j、k值分别为与I、Q信号匹配的中间码序列编号和匹配的中间码序列在采集的突发时隙中的起点时间点，根据这个起点可以提取一个时隙的信号。 

对信号进行分组，由于每组信号都有自身的过采样率，在每个码片上根据不同的采样时刻对信号进行分组，一共可分成S组(S为信号的过采样率)。 

根据信号的过采样率，每个码片上取中间一个点，这样抽取出一个时隙的数据点数为848，对这组信号进行硬件相位校正，去除初始相位的影响，并将所有的矢量都转化到区间 

内。求这组矢量的模在坐标抽上投影的均值，作为参考信号的模，然后判决每个点原来所在的角度区间，将参考信号的模向对应的标准相位角 $(\frac{\mathrm{k\π}}{4},k=-4,-3,-2,-\mathrm{1,0,1,2,3,4})$ 进行映射，就得到参考信号。将测量信号与参考信号对应的相位角作差，并将所有的差值转化到 

之间，将相位差对时间做拟合运算，就可以计算信号的频率误差。 

计算EVM：取中间的两个分组数据进行计算，最后结果取较小值。每组数据经过下列处理过程：根据前面一步计算的频率误差对信号进行去除频偏的影响，具体的就是将数据对应项乘以exp(-jkt_c2πΔf)(k＝1，2，…，848)，频率误差为Δf，码片周期为t_c，即消除了由频率误差导致的相位误差分量。然后根据以下公式： 

得到一组新的相位值，计算这组数据的平均值，就得到信号的初始相位值Δθ，将数据乘以exp(-jΔθ)，就完成了数据的初始相位校正。恢复参考信号：根据信号自身的特征恢复参考信号，具体方法见前面讲述的本发明的第五个方面。 

最后根据公式： 

$\mathrm{EVM}=\frac{\mathrm{RMS}\left(\right|E\left|\right)}{\mathrm{RMS}\left(\right|R^{\′}\left|\right)}=\frac{\mathrm{RMS}\left(\right|Z^{\′}-R^{\′}\left|\right)}{\mathrm{RMS}\left(\right|R^{\′}\left|\right)}\×100\%$

计算EVM。其中：E为误差矢量，Z′为修正后的测量信号，R′为修正后的参考信号。 

本发明还提供一种移动通信信号矢量幅度误差的测量装置，包括： 

接收装置：用于接收移动通信信号并对接收的信号进行滤波且正交解调成I、Q两路信号； 

相关计算装置，其利用中间码序列M_i对接收信号的中间码进行相关计算，得到相关峰值，从而得到突发时隙的数据位置信息； 

频率误差计算装置，从测量信号中恢复参考信号，将测量信号与参考信号对应点的相位做差，并对差值进行修正，具体修正方法见前面所述。然后经过拟合运算得到信号的频率误差。 

去频偏装置：将每组数据的对应项乘以exp(-jkt_c2πΔf)(k＝1，2，…，848)，消除了频率误差对信号相位误差的影响。 

相位校正装置：求出信号的初始相位并对信号进行校正。 

参考信号恢复装置：对信号的幅度进行规一化处理，根据信号的幅度将信号进行分区域聚类处理，求出各类在坐标轴上投影的均值，作为参考信号的模，经过角度映射，得到参考信号。 

以上具体说明本发明的各种实施例，但是本发明并不限于上述具体实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内，可以做出各种变形。 

Claims (3)

1.一种用于TD-SCDMA设备测试的误差矢量幅度测量方法，包括步骤：

(1)通过接收装置接收测量信号，通过中间码定位提取出一个时隙的测量信号；

(2)将提取的数据经过RRC滤波后，提取出有用数据并将数据分成L组；

(3)利用中间两组数据分别计算误差矢量幅度EVM，计算过程如下列步骤描述

a)修正由于频率误差造成的相位误差，计算方法为：将原数据对应项乘以exp(-jkt_c2πΔf)，k＝1，2，…，848，Δf为频率误差，t_c为码片周期，即得到没有频率偏差的数据；

b)去除初始相位噪声的影响；

c)恢复参考信号；

d)计算EVM；

所述的恢复参考信号是利用测量信号自身的信息来恢复参考信号；

由测量信号与参考信号的相位差来计算频率误差，并且要对相位差进行相应的处理，处理方式是将相邻测量信号的相位偏差全部调整到与它距离最近的标准角的差值，再利用这组差值对时间做拟合运算得到频率误差；

在恢复参考信号的时候，对测量信号模值分为3个区间处理，映射的角度为8个方向，以使得该算法对于单码道和双码道的信号都适用。

2.一种用于TD-SCDMA设备测试的误差矢量幅度的测量装置，包括：

接收装置，用于接收测量信号并对测量信号进行滤波且正交解调成I、Q两路信号；

相关计算装置，其利用中间码序列M_i对接收信号的中间码进行相关计算，得到相关峰值，从而得到突发时隙的数据位置信息；

频率误差计算装置，其从测量信号中恢复参考信号，将测量信号与参考信号对应点的相位做差，并对差值进行修正，然后经过拟合运算得到信号的频率误差；

去频偏装置，其将每组数据的对应项乘以exp(-jkt_c2πΔf)，k＝1，2，…，848，Δf为频率误差，t_c为码片周期，消除了频率误差对信号相位误差的影响；

相位校正装置，其用于求出信号的初始相位并对信号进行校正； 

参考信号恢复装置，其用于对信号的幅度进行归一化处理，根据信号的幅度将信号进行分区域聚类处理，求出各类在坐标轴上投影的均值，作为参考信号的模，经过角度映射，得到参考信号。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：对测量信号进行分组，取中间两组数据进行EVM计算，取较小的那个值。 

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