CN101964991A - Tdd-lte终端随机接入信道的矢量幅度误差测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量方法和装置，方法为：用64个随机接入前导与接收信号相关，产生64个相关峰，选最大相关峰对应的前导为所需前导，用其与接收信号相关，确定接收信号的起始位置，并取出一个随机接入信号；利用信号循环前缀和最后一部分样点的相关性计算频率误差，并消除相位误差分量，去循环前缀，做FFT变换，取已分配的物理资源块中的复值符号块，将所需前导做FFT变换，得参考信号，将参考信号幅度取均值，得测量信号幅度；将复值符号块相位与参考信号相位相比较，取相位差均值为硬件相偏，复值符号块的相位减去硬件相偏，得测量信号的相位；根据测量信号和参考信号计算EVM。

Description

TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量方法和装置

技术领域

本发明涉及TDD-LTE终端测试领域，特别是涉及一种TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量方法和装置。

背景技术

PRACH(Packet Random Access Channel，分组随机接入信道)前导脉冲序列质量是根据核心网要求对终端发射PRACH前导序列能力的测量，对基站正确解调PRACH信道提供保证。作为无线发射机终端射频指标测试的重要内容，EVM(Error Vector Magnitude，误差矢量幅度)指标的一致性测试在终端设备研发、生产线质量控制及射频故障定位等方面发挥着不可替代的作用，EVM已作为衡量发射机性能的一个非常重要的指标。

接收机实际接收到的数字调制信号与理想信号在幅度、相位以及频率上均存在着一定差异，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。EVM定义为误差矢量功率与参考矢量功率的均方比，以百分数形式表示，测试的对象为一个随机接入信号。

EVM是测量信号与参考信号之间的偏差，其中测量信号是无频偏和无初始相位影响的，因此如何得到无频偏和初始相位影响的测量信号是EVM测试的关键问题。目前提出的用于TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差的测量中，没有去除硬件相偏的影响，这样求出的矢量幅度误差不够准确。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种计算结果准确的TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量方法和装置。

本发明提供的TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量方法，包括下列步骤：

(1)利用本地产生的64个随机接入前导与接收信号进行相关，产生64个相关峰，选择其中峰值最大的相关峰所对应的随机接入前导为所需随机接入前导，用所需随机接入前导与接收信号相关，根据产生的相关峰的位置来确定接收信号的起始位置，并从接收信号的起始位置提取出一个随机接入信号，提取出的随机接入信号由长度为N_g的循环前缀和包括N个采样点的序列组成，序列的长度为N；

(2)利用(1)中提取出的随机接入信号的循环前缀和它最后一部分样点的相关性，来计算此随机接入信号的频率误差Δf，

(3)将(1)中提取出的随机接入信号的各采样点乘以exp(-jkt_c2πΔf)，消除由频率误差导致的相位误差，其中j为复数中的虚部单位，k为采样点序号对应的常数，k＝1，2，…，N，N为随机接入信号中的序列长度，t_c为时间间隔，Δf为(2)中求出的频率误差；

(4)将(3)中消除相位误差后的随机接入信号以N_g点为起始点，取出N点的信号，去除循环前缀，其中N_g为随机接入信号的循环前缀长度，N为随机接入信号中的序列长度；

(5)对(4)中已去除循环前缀的随机接入信号进行快速傅立叶变换，并取出已分配的物理资源块中的复值符号块；

(6)将(5)中复值符号块每一点的相位与参考信号每一点的相位相比较，取所有点的相位差的平均值作为硬件相偏，复值符号块的相位减去此硬件相偏，得到测量信号的相位；将(1)中选择的所需随机接入前导做快速傅立叶变换，得到参考信号，将参考信号的幅度取平均值，得到测量信号的幅度；由测量信号的相位和幅度得到测量信号，再根据测量信号和参考信号计算误差矢量幅度。

进一步，(5)中的复值符号块为长度为l、宽度为f的矩阵，其中f为已分配的子载波个数。

进一步，(6)中根据测量信号与参考信号计算误差矢量幅度的公式为：

${\mathrm{EVM}}_{\mathrm{PRACH}}=\sqrt{\frac{\underset{f\∈F}{\mathrm{\Σ}}{|Z^{\′}\left(f\right)-I\left(f\right)|}^2}{P_0}}\×100\%$

其中：EVM为误差矢量幅度，Z′(f)为无频率误差和硬件相位影响的测量信号，I(f)为参考信号，F为已分配资源块的载波数，P₀为参考信号的功率。

在上述测量方法的基础上，本发明还提供TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量装置，包括：

定位单元：用于利用本地产生的64个随机接入前导与接收信号进行相关，产生64个相关峰，选择其中峰值最大的相关峰所对应的随机接入前导为所需随机接入前导，用所需随机接入前导与接收信号相关，根据产生的相关峰的位置来确定接收信号的起始位置，并从接收信号的起始位置提取出一个随机接入信号，提取出的随机接入信号由长度为N_g的循环前缀和包括N个采样点的序列组成，序列的长度为N；

频率误差计算单元：用于利用定位单元提取出的随机接入信号的循环前缀和它最后一部分样点的相关性，来计算此随机接入信号的频率误差Δf；

去除相位误差单元：用于将定位单元提取出的随机接入信号的各采样点乘以exp(-jkt_c2πΔf)，消除由频率误差导致的相位误差，其中j为复数中的虚部单位，k为采样点序号对应的常数，k＝1，2，…，N，N为随机接入信号中的序列长度，t_c为时间间隔，Δf为频率误差计算单元求出的频率误差；

去除循环前缀单元：用于将消除相位误差后的随机接入信号以N_g点为起始点，取出N点的信号，去除循环前缀，其中N_g为随机接入信号的循环前缀长度，N为随机接入信号中的序列长度；

快速傅立叶变换单元：用于对已去除循环前缀的随机接入信号进行快速傅立叶变换，并取出已分配的物理资源块中的复值符号块；

参考信号获取单元：用于将定位单元选择的所需随机接入前导做快速傅立叶变换，得到参考信号；

硬件相偏获取单元：用于将复值符号块每一点的相位与参考信号每一点的相位相比较，取所有点的相位差的平均值作为硬件相偏；

误差矢量幅度计算单元：用于将复值符号块的相位减去此硬件相偏，得到测量信号的相位；将参考信号的幅度取平均值，得到测量信号的幅度；由测量信号的相位和幅度得到测量信号，再根据测量信号和参考信号计算误差矢量幅度。

进一步，所述复值符号块为长度为l、宽度为f的矩阵，其中f为已分配的子载波个数。

本发明根据参考信号和接收信号的相位来求出硬件相偏并去除硬件相偏的影响，实现过程简单、计算更准确，因而能够克服传统方法的缺点。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明实施例进行相关定位计算的信号流图和原理图。

图3是本发明实施例计算频率误差的原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

参见图1所示，本发明提供的TDD-LTE(Time Division Duplexing-Long Term Evolution，时分双工-长期演进)终端随机接入信道的矢量幅度误差测量方法，包括下列6个步骤：

步骤(1)：

在TDD-LTE终端通过接收机(接收装置)接收信号后，将其正交解调成I、Q两路信号。参见图2所示，利用本地产生的一个小区中可用的64个随机接入前导与接收信号进行相关定位，相关产生64个相关峰，选择其中峰值最大的相关峰所对应的随机接入前导为所需随机接入前导，用所需随机接入前导与接收信号相关，根据产生的相关峰的位置来确定接收信号的起始位置，并从接收信号的起始位置提取出一个随机接入信号，提取出的随机接入信号由长度为N_g的循环前缀和包括N个采样点的序列组成，序列的长度为N，具体有5种格式，如表1所示。本发明实施例以前导格式4为例，循环前缀长度为448，序列中包括4096个采样点。

表1：随机接入前导参数

前导格式	Ng	N
			0	3168	24576
1	21024	24576
			2	6240	2.24576
3	21024	2.24576
			4	448	4096

步骤(2)：

利用步骤(1)中提取出的随机接入信号的循环前缀和它最后一部分样点的相关性，来计算此随机接入信号的频率误差Δf。具体计算频率误差Δf的过程参见图3所示，由于循环前缀在多径干扰的情况下数据失真会比较大，所以在此利用减少数据相关的个数来减少计算的误差，首先取出符号中循环前缀的一部分，然后利用取出的循环前缀与与其对应的符号末尾相同的一部分进行相关求出频率误差值。具体方法如下：一个随机接入信号是由长度为N_g的循环前缀和长度为N的数据组成，循环前缀是信号最后N_g个样点的重复，当有频偏影响时，循环前缀和信号最后一部分样点的关系可由以下公式来表示：

$r(m,n+N)=r(m,n)e^{-j2\mathrm{\π\ΔfN}{t}_c}$

其中m为信号索引(此处为1个随机接入信号，即m＝1)，n为每个采样点的索引，N为随机接入信号中序列的长度，r为提取的随机接入信号，j为复数中的虚部单位，Δf为估计出的频偏，t_c为时间间隔。

由此可得：

$z=\underset{n=1}{\overset{N_g}{\mathrm{\Σ}}}r(m,n)r^{*}(m,n+N)$

$=\underset{n=1}{\overset{N_g}{\mathrm{\Σ}}}r(m,n){\left(r(m,n)e^{j2\mathrm{\π\ΔfN}{t}_c}\right)}^{*}$

$=e^{-j2\mathrm{\π\Δf}{t}_c}\underset{n=1}{\overset{N_g}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r(m,n)\right|}^2$

N_g为每个符号循环前缀的长度，t_c为时间间隔，N为随机接入信号中序列的长度，Δf为估计出的频偏，j为复数中的虚部单位，*为求复数的共轭。

故估计出的频偏Δf为：arg()为求角度函数。

步骤(3)：将步骤(1)中提取出的随机接入信号的各采样点乘以exp(-jkt_c2πΔf)，消除由频率误差导致的相位误差，其中j为复数中的虚部单位，k为采样点序号对应的常数，k＝1，2，…，N，N为随机接入信号中的序列长度4096，t_c为时间间隔，Δf为步骤(2)中求出的频率误差。

步骤(4)：将步骤(3)中消除相位误差后的随机接入信号以N_g点为起始点，向后取4096个点，去除循环前缀，其中N_g为随机接入信号的循环前缀长度448。

步骤(5)：

对步骤(4)中已去除循环前缀的随机接入信号进行FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅立叶变换)变换，并取出已分配的物理资源块中的复值符号块，复值符号块为长度为l、宽度为f的矩阵，其中f为已分配的子载波个数。

步骤(6)；

将步骤(5)中复值符号块每一点的相位与参考信号每一点的相位相比较，取所有点的相位差的平均值作为硬件相偏，复值符号块的相位减去此硬件相偏，得到测量信号的相位；

将步骤(1)中选择的所需随机接入前导做快速傅立叶变换，得到参考信号，将参考信号的幅度取平均值，得到测量信号的幅度；由测量信号的相位和幅度得到测量信号，再根据测量信号和参考信号计算误差矢量幅度，计算误差矢量幅度EVM的公式为：

${\mathrm{EVM}}_{\mathrm{PRACH}}=\sqrt{\frac{\underset{f\∈F}{\mathrm{\Σ}}{|Z^{\′}\left(f\right)-I\left(f\right)|}^2}{P_0}}\×100\%$

其中：EVM为误差矢量幅度，Z′(f)为无频率误差和硬件相位影响的测量信号，I(f)为参考信号，F为已分配资源块的载波数，P₀为参考信号的功率。

在上述测量方法的基础上，本发明还提供TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量装置，包括：

定位单元：用于利用本地产生的64个随机接入前导与接收信号进行相关，产生64个相关峰，选择其中峰值最大的相关峰所对应的随机接入前导为所需随机接入前导，用所需随机接入前导与接收信号相关，根据产生的相关峰的位置来确定接收信号的起始位置，并从接收信号的起始位置提取出一个随机接入信号，提取出的随机接入信号由长度为N_g的循环前缀和包括N个采样点的序列组成，序列的长度为N；

频率误差计算单元：用于利用定位单元提取出的随机接入信号的循环前缀和它最后一部分样点的相关性，来计算此随机接入信号的频率误差Δf；

去除相位误差单元：用于将定位单元提取出的随机接入信号的各采样点乘以exp(-jkt_c2πΔf)，消除由频率误差导致的相位误差，其中j为复数中的虚部单位，k为采样点序号对应的常数，k＝1，2，…，N，N为随机接入信号中的序列长度，t_c为时间间隔，Δf为频率误差计算单元求出的频率误差；

去除循环前缀单元：用于将消除相位误差后的随机接入信号以N_g点为起始点，取出N点的信号，去除循环前缀，其中N_g为随机接入信号的循环前缀长度，N为随机接入信号中的序列长度；

快速傅立叶变换单元：用于对已去除循环前缀的随机接入信号进行快速傅立叶变换，并取出已分配的物理资源块中的复值符号块，复值符号块为长度为l、宽度为f的矩阵，其中f为已分配的子载波个数。

参考信号获取单元：用于将定位单元选择的所需随机接入前导做快速傅立叶变换，得到参考信号；

硬件相偏获取单元：用于将复值符号块每一点的相位与参考信号每一点的相位相比较，取所有点的相位差的平均值作为硬件相偏；

误差矢量幅度计算单元：用于将复值符号块的相位减去此硬件相偏，得到测量信号的相位；将参考信号的幅度取平均值，得到测量信号的幅度；由测量信号的相位和幅度得到测量信号，再根据测量信号和参考信号计算误差矢量幅度。

在TDD-LTE的终端测试中，可用本发明实施例的测量方法和装置进行PRACH信道的矢量幅度误差的测量，从而衡量通信***调制质量的好坏。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)利用本地产生的64个随机接入前导与接收信号进行相关，产生64个相关峰，选择其中峰值最大的相关峰所对应的随机接入前导为所需随机接入前导，用所需随机接入前导与接收信号相关，根据产生的相关峰的位置来确定接收信号的起始位置，并从接收信号的起始位置提取出一个随机接入信号，提取出的随机接入信号由长度为N_g的循环前缀和包括N个采样点的序列组成，序列的长度为N；

(2)利用(1)中提取出的随机接入信号的循环前缀和它最后一部分样点的相关性，来计算此随机接入信号的频率误差Δf，

(3)将(1)中提取出的随机接入信号的各采样点乘以exp(-jkt_c2πΔf)，消除由频率误差导致的相位误差，其中j为复数中的虚部单位，k为采样点序号对应的常数，k＝1，2，…，N，N为随机接入信号中的序列长度，t_c为时间间隔，Δf为(2)中求出的频率误差；

(4)将(3)中消除相位误差后的随机接入信号以N_g点为起始点，取出N点的信号，去除循环前缀，其中N_g为随机接入信号的循环前缀长度，N为随机接入信号中的序列长度；

(5)对(4)中已去除循环前缀的随机接入信号进行快速傅立叶变换，并取出已分配的物理资源块中的复值符号块；

(6)将(1)中选择的所需随机接入前导做快速傅立叶变换，得到参考信号，将参考信号的幅度取平均值，得到测量信号的幅度；将(5)中复值符号块每一点的相位与参考信号每一点的相位相比较，取所有点的相位差的平均值作为硬件相偏，复值符号块的相位减去此硬件相偏，得到测量信号的相位；由测量信号的幅度和相位得到测量信号，再根据测量信号和参考信号计算误差矢量幅度。

2.如权利要求1所述的TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量方法，其特征在于：(5)中的复值符号块为长度为l、宽度为f的矩阵，其中f为已分配的子载波个数。

3.如权利要求1所述的TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量方法，其特征在于：(6)中根据测量信号与参考信号计算误差矢量幅度的公式为：

${\mathrm{EVM}}_{\mathrm{PRACH}}=\sqrt{\frac{\underset{f\∈F}{\mathrm{\Σ}}{|Z^{\′}\left(f\right)-I\left(f\right)|}^2}{P_0}}\×100\%$

其中：EVM为误差矢量幅度，Z′(f)为无频率误差和硬件相位影响的测量信号，I(f)为参考信号，F为已分配资源块的载波数，P₀为参考信号的功率。

4.一种TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量装置，其特征在于包括：

定位单元：用于利用本地产生的64个随机接入前导与接收信号进行相关，产生64个相关峰，选择其中峰值最大的相关峰所对应的随机接入前导为所需随机接入前导，用所需随机接入前导与接收信号相关，根据产生的相关峰的位置来确定接收信号的起始位置，并从接收信号的起始位置提取出一个随机接入信号，提取出的随机接入信号由长度为N_g的循环前缀和包括N个采样点的序列组成，序列的长度为N；

频率误差计算单元：用于利用定位单元提取出的随机接入信号的循环前缀和它最后一部分样点的相关性，来计算此随机接入信号的频率误差Δf；

去除相位误差单元：用于将定位单元提取出的随机接入信号的各采样点乘以exp(-jkt_c2πΔf)，消除由频率误差导致的相位误差，其中j为复数中的虚部单位，k为采样点序号对应的常数，k＝1，2，…，N，N为随机接入信号中的序列长度，t_c为时间间隔，Δf为频率误差计算单元求出的频率误差；

去除循环前缀单元：用于将消除相位误差后的随机接入信号以N_g点为起始点，取出N点的信号，去除循环前缀，其中N_g为随机接入信号的循环前缀长度，N为随机接入信号中的序列长度；

快速傅立叶变换单元：用于对已去除循环前缀的随机接入信号进行快速傅立叶变换，并取出已分配的物理资源块中的复值符号块；

参考信号获取单元：用于将定位单元选择的所需随机接入前导做快速傅立叶变换，得到参考信号；

硬件相偏获取单元：用于将复值符号块每一点的相位与参考信号每一点的相位相比较，取所有点的相位差的平均值作为硬件相偏；

误差矢量幅度计算单元：用于将复值符号块的相位减去此硬件相偏，得到测量信号的相位；将参考信号的幅度取平均值，得到测量信号的幅度；由测量信号的相位和幅度得到测量信号，再根据测量信号和参考信号计算误差矢量幅度。

5.如权利要求4所述的TDD-LTE终端随机接入信道的矢量幅度误差测量装置，其特征在于：所述复值符号块为长度为l、宽度为f的矩阵，其中f为已分配的子载波个数。

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