CN101895354B - 数字域测量信号误差矢量幅度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术中的数字信号处理技术领域，具体为一种在数字域对信号进行误差矢量幅度测量的方法。用以解除现有方法中只能对特定数字信号进行误差矢量幅度测量的限制。该方法主要包括：数字变频、采样率转换、功率调整、波形成形、相位调整和抽样并计算误差矢量幅度等步骤。该方法可以接收具有不同调制方式、不同采样率、不同能量、不同中频或者零中频的数字信号。本发明可以解除现有方法中只能对特定数字信号进行误差矢量幅度测量的限制。
Description
技术领域
本发明属于通信技术中的数字信号处理技术领域，具体涉及一种数字信号的误差矢量幅度(EVM，Error Vector Magnitude)测量的方法。
背景技术
误差矢量幅度(EVM)是在通信领域中用于衡量信号的质量的重要参数。通过计算实际信号与理想信号之间的误差，来测量信号的调制精度。EVM值越小，说明信号的质量越好。通常EVM计算时采用一个或者多个时隙范围内的符号或者码片的误差矢量的均方值来表示，根据调制方式的不同，EVM的计算对象也会不同，如QPSK(四相相移键控)调制的信号，是通过计算幅度的误差来得到EVM；而GMSK(高斯最小键控)调制的信号，由于调制信号是恒包络的，信号变化只体现在角度变化中，因此通过计算星座图上的角度误差来得到EVM。
当今的通信领域，通信协议多种多样，它们都具有各自不同的调制方式、载波频率、波形成形方式、符号速率、码片速率等。随着数字信号处理技术的快速发展，通信***中越来越多的模块开始向数字化处理转变，以实现更强的数据处理能力和更高的数据处理精度。在数字域对信号进行分析也显得越来越重要。但是，现有的误差矢量幅度测量装置一般都是对模拟信号进行特定频率采样来计算EVM值，或者处理采样率恰好是符号率或者码率整数倍的基带数字信号来计算EVM，而针对信号的采样率不是符号率或者码率整数倍的数字信号的EVM，却没有办法进行测量。
综上所述，现有误差矢量幅度测量装置不能够直接分析采样率不是符号率或者码率整数倍的数字信号的EVM指标。
发明内容
本发明的目的是提出一种可以兼容不同采样率和调制方式的在数字域对信号进行误差矢量幅度测量的方法。它不仅可以兼容不同采样率和调制方式，而且可以兼容具有不同能量的各种载波频率的中频数字信号或者基带数字信号。
本发明提出的这种误差矢量幅度测量方法，其流程图见图1所示，主要包括：数字变频(S1)、采样率转换 (S2)、功率调整(S3)，波形成形(S4)、相位调整(S5)、抽样器并计算误差矢量幅度(S6)这6个主要步骤。
第一步，数字变频(S1)，接收到的信号可以是任意采样率的，根据设定的载波频率，将输入信号（接收到的信号）与参考载波信号进行混频，将任意中频数字信号转换为数字基带信号或者称为零中频信号。参考载波信号可以通过查找表的方式实现，也可以利用来自频率综合器的信号。
第二步，采样率转换(S2)，将第一步输出的零中频信号的任意采样率转换到一个符号率或者码率的整数倍。这种采样率转换方法可以利用级联积分梳状(CIC,Cascaded Integrator-comb)滤波器、半带滤波器、有限冲击响应滤波器、多项式插值滤波器等方法实现。
第三步，功率调整(S3)，由于接收到的信号能量可大可小，功率调整步骤是将小信号放大或者将大信号衰减至一个固定的值。
第四步，波形成形(S4)，如果接收信号在发射时经过了根升余弦滤波器成形，则这里的信号在功率调整（S3）结束之后，还需要进行根升余弦滤波器或者其他波形成形方式(S4)的滤波，来实现降低码间干扰的效果。如果接收信号不是利用根升余弦滤波器或者其他波形成形方式成形，这个步骤(S4)跳过， 直接进入相位调整步骤(S5)。）
第五步，相位调整(S5)，对相位进行调整，使得步骤(S6)中的抽取操作可以达到最大幅度分量的抽取。抽取间隔与输入信号的过采样倍数相等。抽取后的信号的采样率是符号率或者码率。
第六步，抽样和EVM计算(S6)，通过步骤(5)的相位调整保证了最大幅度抽样至信号的符号率或者码率。通过计算误差矢量在一定时间范围内的平均值的平方根得到EVM值。这个时间范围过短将影响测量精度，过长将增加测量时间，一般取一个至八个，更多个时隙的长度。这样无论接收的数字信号的采样率是不是符号率或者码率的整数倍、是不是中频信号、能量大小如何都可以测量它的EVM值。
上述方法中，数字变频步骤(S1)，当接收到的信号是零中频信号时，此步骤可以删减。当接收到的信号中频较高时，此步骤可以拆分成两次变频或者多次变频。采样率变换步骤(S2)在实现时可以是一次变采样率，或者拆分成多级实现采样率变换，也可以重复利用一个或者多个这样的变采样率模块来实现多次采样率变换。功率调整步骤(S3)在接收到的信号功率满足一定阈值或者恒定情况下可以删减。相位调整步骤(S5)可以一次完成，也可以多次重复进行。
上述方法中，数字变频(S1)、采样率变换(S2)、功率调整( S3)三个步骤执行顺序可以任意改变，即排列组合生成的6种顺序都可以，也可以将步骤(S1)和步骤(3)夹在步骤(S2)中间进行，或者将步骤(S2)和(S3)夹在步骤(S1)中间进行。
本发明不仅可以兼容不同采样率和调制方式，而且可以兼容具有不同能量的各种载波频率的中频数字信号或者基带数字信号。
附图说明
图1是本发明提出的在数字域对信号进行误差矢量幅度测量方法的流程图。
图2是实施本发明的具体实例的误差矢量幅度测量装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合图2，详细描述实施本发明的一个具体实例。
相应与上述方法，本发明设计了误差矢量幅度测量装置。该装置包括依次连接的：数字下变频器(1)，小数倍采样率转换器(2)，整数倍采样率转换器(3)，波形成形器（根升余弦滤波器）(4)，相位延迟器(5)，抽样器(6)，误差矢量幅度计算单元(7)。控制器(8)分别对上述7个模块进行控制。上述7个模块在控制器(8)的控制下分别完成本发明方法6个步骤的工作。
在这个实施实例中，误差矢量幅度测量装置接收到的信号是一个TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access ，即时分的同步码分多址技术）数字信号，采用QPSK调制方式，它是具有100 KHz载波的中频信号，采样率为26 Mbps，由于TD-SCDMA信号的码片速率为1.28Mbps，因此26Mbps是码率的20.3125倍，不是整数倍码率的采样率信号。
首先，通过控制器(8)配置数字下变频器(1)的载波频率为100KHz，配置误差矢量幅度计算单元(7)的调制方式是QPSK调制。控制器(8)经过计算得到小数倍采样率转换器(2)需要转换的倍数为0.9846，并将参数传送给小数倍采样率转换器(2)。控制器(8)将整数倍采样率转换器(3)的转换倍数设置为4倍。
数字下变频器(1)将接收到的中频数字信号I、Q两路与相同26Mbps采样率下的100KHz载波信号进行数字混频运算，得到的零中频I、Q两路信号传送给小数倍采样率变换器(2)。
混频过程的表达式为：
其中，n是指第n个采样时刻，s i , s q 分别是输入信号的I、Q两路信号，f ci , f cq 分别是余弦载波信号和正弦载波信号，y i , y q 分别是混频后的输出信号的I、Q两路信号。
小数倍采样率转换器(2)利用多项式插值的方法将信号采样率由26Mbps转换到25.6Mbps，它是码率的20倍。整数倍采样率转换器(3)采用两级半带滤波器将信号升采样4倍，由于半带滤波器的系数一半为0，且不会引入码间干扰，因此对信号的影响非常小，且具有很好抑制镜像和抗混迭的效果，通带平坦，因此特别适用于宽带信号的两倍的数据率转换。如果处理的信号是窄带信号（如GSM信号），可以利用级联积分梳状(CIC,Cascaded Integrator-comb)滤波器来完成整数倍采样率转换,这样可以节省电路硬件和功耗。整数倍采样率转换器(3)的输出信号已经成为了一个零中频、80倍过采样的数字信号。根据信号的能量大小决定是否对信号进行调整。
由于TD-SCDMA信号在发射机中采用了根升余弦滤波器作为成形滤波器，因此这里信号需要经过波形成形器(4)对信号进行根升余弦滤波，滚将因子为0.22，并根据控制器(8)提供的过采样率来归一化信号的幅度。控制器(8)通过控制相位延迟器(5)调整数据的相位，使得抽样器(6)的抽样点对准了每个符号范围内的最大幅度点，即EVM最小的情况。最后误差矢量幅度计算单元(7)将以码率1.28Mbps的采样率得到数字信号，通过比较接收信号与理想信号之间的均方根误差得到EVM值。
Claims (8)
1.一种数字域测量信号误差矢量幅度的方法，其特征在于具体步骤为：
第一步，数字变频(S1),根据设定的载波频率，将输入信号与参考载波信号进行混频，将任意中频数字信号转换为数字基带信号或者称为零中频信号；所述参考载波信号通过查找表的方式实现，或者利用来自频率综合器的信号；
第二步，采样率转换(S2),将第一步输出的零中频信号的任意采样率转换到一个符号率或者码率的整数倍；
第三步，功率调整(S3),是将小信号放大或者将大信号衰减至一个固定的值；
第四步，波形成形(S4),如果接收信号在发射时经过了根升余弦滤波器成形或者其他波形成形，则信号在功率调整（S3）结束之后，还进行根升余弦滤波器或者其他波形成形(S4)的滤波，以降低码间干扰；如果接收信号不是利用根升余弦滤波器或者其他波形成形方式成形，本步骤(S4)跳过，直接进入相位调整步骤(S5)；
第五步，相位调整(S5)，对相位进行调整，使得步骤(S6)中的抽样操作达到最大幅度分量的抽样，抽样间隔与输入信号的过采样倍数相等，抽样后的信号的采样率是符号率或者码率；
第六步，抽样和EVM计算(S6)，通过步骤(5)的相位调整保证了最大幅度抽样至信号的符号率或者码率；通过计算误差矢量在一定时间范围内的平均值的平方根得到EVM值；所述时间范围取一个至八个时隙的长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的采样率转换(S2)，包含整数倍转换和小数倍转换，采用级联积分梳状滤波器、半带滤波器、有限冲击响应滤波器或多项式插值器实现。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的数字变频步骤(S1)，当接收到的信号是零中频信号时，本步骤删除；当接收到的信号中频较高时，本步骤可以拆分成两次变频或者多次变频。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的采样率变换步骤(S2)在实现时是一次变采样率，或者拆分成多级实现采样率变换，或者重复利用一个或者多个变采样率模块来实现多次采样率变换。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的功率调整步骤(S3)在接收到的信号功率满足一定阈值或者恒定情况下删除。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的相位调整步骤(S5)一次调整完成，或者进行多次调整完成。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的数字变频(S1)、采样率变换(S2)、功率调整(S3)三个步骤的执行顺序可替换为任意顺序。
8.一种如权利要求1—7之一所述方法的实现装置，其特征在于该装置包括：依次连接的数字下变频器(1)、小数倍采样率转换器(2)、整数倍采样率转换器(3)、波形成形器 (4)、相位延迟器(5)、抽样器(6)和误差矢量幅度计算单元(7)共7个模块，以及一个控制器(8)；控制器(8)分别对上述7个模块进行控制；上述7个模块在控制器(8)的控制下分别完成第一步至第六步的工作：数字下变频器(1)完成第一步数字变频(S1)；小数倍采样率转换器(2)和整数倍采样率转换器(3)共同完成第二步采样率转换(S2)；波形成形器 (4)完成第三步功率调整(S3)和第四步波形成形(S4)；相位延迟器(5)完成第五步相位调整(S5)；抽样器(6)和误差矢量幅度计算单元(7)完成第六步抽样和EVM计算(S6)。
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