CN102970259A - 一种测量td-lte终端矢量幅度误差的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法及装置，属于TD-LTE终端测试领域。所述测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法包括：步骤一：对采样符号进行硬判决，找到其对应的参考符号；步骤二：分别求出该采样符号和对应的参考符号的相位角和相角差，估计该符号的频偏；步骤三：对采样符号进行频偏补偿；步骤四：利用修正后的采样符号和参考符号得到矢量幅度误差；所述测量TD-LTE终端矢量幅度误差的装置包括硬判决模块、频偏因子计算模块、频偏补偿模块和EVM计算模块；采样本发明所述的方法和装置能够极大地减少算法复杂度和硬件资源的占用，且本发明的硬判决过程不依赖于任何一种信号解调方法，对QPSK/16QAM/64QAM调制情况下都适用。

Description

一种测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法及装置

技术领域

本发明属于TD-LTE终端测试领域，涉及一种测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法和装置。

背景技术

在进行TD-LTE（Time Division-Long Term Evolution，时分-长期演进）系统上行传送数据的过程当中，终端根据不同的信道和带宽分配条件，采用不同的调制方式，特别在上行共享信道传输过程中采用多种数字调制方式，包括QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控）、16QAM（16Quadrature Amplitude Modulation，16-正交幅度调制）以及64QAM（64Quadrature Amplitude Modulation，64-正交幅度调制）。这些都是非恒定包络调制方式，由于理想调制波形与实际测得的调制波形在幅度上存在误差，相位误差和频偏已经不能准确地反映终端设备的调制精度。因此，需要一种能够准确衡量信号幅度偏差的指标，反映信号的损伤程度，于是将矢量幅度误差EVM（Error Vector Magnitude，误差矢量幅度）指标作为衡量TD-LTE终端调制质量一项重要指标。

在实际的测量过程中，由于IQ信号幅度不平衡、正交调制器相位误差以及载波泄露等因素的存在，导致EVM计算存在很大的偏差。特别是在终端测试仪器中模拟多普勒频移信道环境下，使得信号存在很大的频率漂移，从而使接收的测量信号存在相位漂移，导致EVM的计算结果不够准确。因此在进行EVM测量之前准确地消除频偏影响是测试EVM的关键。目前消除频偏的方法都是在FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换）之前利用一个SC-FDMA（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access，单载波-频分多址）符号的循环前缀和该符号的最后一部分样点做相关估计得到每一个符号的频偏，这样对每一个SC-FDMA符号就要计算N（N为FFT点数）个频偏因子并对其进行频偏补偿。而实际分配给某一个终端的并非是满带宽的，这样的计算必然产生一定量的无效数据，且计算得到的频偏不够精确。目前对于参考信号的产生方法，是将采样信号进行解调、译码等处理后，再重新进行调制来得到的，其处理过程耗时相当长，难以满足对实时信号的测量的要求。

综上所述，现有的TD-LTE终端测试仪器中缺少一种简单且精确的EVM测量方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法和装置，采用该方法和装置能够在具备高精确度的矢量幅度误差值的同时保证较高的算法效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法，其步骤为：步骤一：将解调前端模块输出的复值序列作为采样符号序列，对其进行硬判决，找到距离每个采样符号最近的星座点，作为该采样符合的参考符号；步骤二：分别求出各采样符号和对应的参考符号的相位角，并求相位角差，估计各采样符号的频偏因子；步骤三：对各采样符号进行频偏补偿；

步骤四：将频偏补偿后的修正符号与参考符号相减得到该采样符号的矢量幅度误差，进而求得所有符号的EVM值。

进一步，步骤一中所述硬判决过程采用区间划分法，将相邻两个星座点的中间值作为区间划分值md，将第i个采样符号Sample_symb(i)与区间划分值md进行比较，从而找到距离该符号最近的星座点符号作为参考符号Reference_symb(i)。

进一步，采用以下公式求取步骤二中所述的频偏因子：

Δf(i)＝angle(Sample_symb(i))-angle(Reference_symb(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Reference_symb(i)表示其参考符号，angle()表示求相位角，求相位角以调用现有的反正切函数的方式进行。

进一步，步骤三中对各采样符号进行频偏补偿根据以下公式进行：

Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*exp(-j*Δf(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Revise_symb(i)为经过修正后的该采样符号，Δf(i)为频偏因子；进而：

Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*[cos(Δf(i))-sin(Δf(i))]。

进一步，采用以下公式求得所有符号的EVM值： $\mathrm{EVM}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{|\mathrm{Revise}\_\mathrm{symb}\left(i\right)-\mathrm{Reference}\_\mathrm{symb}\left(i\right)|}^2}{\left|N_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{slot}}\right|*P_0},}$ 其中：Revise_symb(i)为经过修正后的该采样符号，Reference_symb(i)表示其参考符号，P₀为参考信号的平均功率，设置为1；M表示测量窗口大小，即复值序列长度，与分配给该用户设备的上行带宽、测量的信道类型以及循环前缀类型有关；

为一个时隙除去参考信号占用的SC-FDMA数目。

本发明还提供一种测量TD-LTE终端矢量幅度误差的装置，包括硬判决模块、频偏因子计算模块、频偏补偿模块和EVM计算模块；所述硬判决模块用于对采样符号序列进行硬判决，找到距离每个采样符号最近的星座点，作为该采样符合的参考符号；所述频偏因子计算模块根据采样符号和参考符号计算出信号传输过程中所产生的频偏因子；所述频偏补偿模块利用频偏因子补偿由于信号的频偏误差而导致的EVM计算误差，得到修正后的采样符号；所述EVM计算模块利用修正后的采样符号计算测量窗口内的矢量幅度误差值。

进一步，硬判决模块采用区间划分法，将相邻两个星座点的中间值作为区间划分值md，将第i个采样符号Sample_symb(i)与区间划分值md进行比较，从而找到距离该符号最近的星座点符号作为参考符号Reference_symb(i)。

进一步，频偏因子计算模块通过计算采样符号和参考符号的相位角差得到频偏因子，其计算公式为：

Δf(i)＝angle(Sample_symb(i))-angle(Reference_symb(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Reference_symb(i)表示其参考符号，angle()表示求相位角，求相位角以调用现有的反正切函数的方式进行。

进一步，频偏补偿模块根据以下公式进行频偏补偿：

Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*exp(-j*Δf(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Revise_symb(i)为经过修正后的该采样符号，Δf(i)为频偏因子；进而：

Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*[cos(Δf(i))-sin(Δf(i))]。

进一步，EVM计算模块根据修正后的采样符号计算矢量幅度误差值，其计算公式为： $\mathrm{EVM}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{|\mathrm{Revise}\_\mathrm{symb}\left(i\right)-\mathrm{Reference}\_\mathrm{symb}\left(i\right)|}^2}{\left|N_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{slot}}\right|*P_0},}$ 其中P₀为参考信号的平均功率，设置为1；M表示测量窗口大小，与分配给该用户设备的上行带宽、测量的信道类型以及循环前缀类型有关；为一个时隙除去参考信号占用的SC-FDMA数目。

本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法及装置不仅大大地减少了算法复杂度和硬件资源的占用，而且有效地保证了高精确度的矢量幅度误差值，并且本发明的硬判决过程不依赖于任何一种信号解调方法，对QPSK/16QAM/64QAM调制情况下都适用。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述的测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的采样符号映射为QPSK参考符号的映射关系图；

图3为根据本发明实施例的进行区间划分后的QPSK符号星座图；

图4为根据本发明实施例的采样符号映射为16QAM参考符号的映射关系图；

图5为根据本发明实施例的进行区间划分后的16QAM符号星座图；

图6为根据本发明实施例的采样符号映射为64QAM参考符号的映射关系图；

图7为根据本发明实施例的进行区间划分后的64QAM符号星座图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明的核心思想是在TD-LTE终端测试仪器的开发过程当中，为了测试TD-LTE终端矢量幅度误差这一性能指标而提出一种简单而且精确度高的方法及装置。如图1所示，本发明所述方法包括四个步骤：步骤一：对采样符号进行硬判决，找到其对应的参考符号；步骤二：分别求出该采样符号和对应的参考符号的相位角和相角差，估计该符号的频偏；步骤三：对采样符号进行频偏补偿；步骤四：利用修正后的采样符号和参考符号得到矢量幅度误差。

具体来说，第一步：将解调前端模块输出的长度为M的复值序列作为采样符号序列，对其进行硬判决，找到距离每个采样符号最近的星座点，作为该采样符号的参考符号；其硬判决过程为：采用区间划分法，将相邻两个星座点的中间值作为区间划分值md，将第i个采样符号Sample_symb(i)与区间划分值md进行比较，从而找到距离该符号最近的星座点符号作为参考符号Reference_symb(i)；下面分别对QPSK/16QAM/64QAM调制方式下的硬判决过程进行说明：

QPSK情况下：如图2和图3所示，最小判决符号为

区间划分值md＝0，若I(i)或Q(i)大于0，则判为d；若I(i)或Q(i)大于0，则判为-d。

16QAM情况下：如图4和图5所示，最小判决符号为

区间划分值

若I(i)或Q(i)小于

则判为-3d；若I(i)或Q(i)大于且小于0则判为-d；若I(i)或Q(i)小于

且大于0则判为d；若I(i)或Q(i)大于

则判为3d。

64QAM情况下：如图6和图7所示，最小判决符号为

区间划分值 $\mathrm{md}=-6/\sqrt{42},-4/\sqrt{42},-2/\sqrt{42},\mathrm{0,2}/\sqrt{42},4/\sqrt{42},6/\sqrt{42}.$ 若I(i)或Q(i)小于

则判为-7d；若I(i)或Q(i)大于

且小于

则判为-5d；若I(i)或Q(i)小于

且大于

则判为-3d；若I(i)或Q(i)大于

且小于0，则判为-d；若I(i)或Q(i)大于0且小于

则判为d；若I(i)或Q(i)大于

且小于则判为3d；若I(i)或Q(i)大于

且小于

则判为5d；若I(i)或Q(i)大于则判为7d。

第二步：分别求出各采样符号和对应的参考符号的相位角，并求相位角差，估计各采样符号的频偏因子；具体的求该频偏因子的公式为：

Δf(i)＝angle(Sample_symb(i))-angle(Reference_symb(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Reference_symb(i)表示其参考符号，angle()表示求相位角，求相位角以调用现有的反正切函数的方式进行，以保证求相位角的处理效率。

第三步：将采样符号乘以估计得到的频偏因子，进行频偏补偿；采用以下公式：Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*exp(-j*Δf(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Revise_symb(i)为经过修正后的该采样符号，Δf(i)为频偏因子；进一步的：Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*[cos(Δf(i))-sin(Δf(i))]。

第四步：将频偏补偿后的修正符号与参考符号相减得到该采样符号的矢量幅度误差，进而求得所有符号的EVM值；采用以下公式求得所有符号的EVM值： $\mathrm{EVM}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{|\mathrm{Revise}\_\mathrm{symb}\left(i\right)-\mathrm{Reference}\_\mathrm{symb}\left(i\right)|}^2}{\left|N_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{slot}}\right|*P_0},}$ 其中P₀为参考信号的平均功率，设置为1；M表示测量窗口大小，即复值序列长度，与分配给该用户设备的上行带宽、测量的信道类型以及循环前缀类型有关；对于PUSCH（Physical Uplink Share Channel，物理上行共享信道）和PUCCH（Physical Uplink Control Channel，物理上行控制信道）， $M=N_{\mathrm{RB}}*N_{\mathrm{sc}}^{\mathrm{RB}}*N_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{slot}},$ 其中N_RB为分配的资源块数目；

表示一个RB（Resource Block，资源块）的子载波数目；为一个时隙除去参考信号占用的SC-FDMA数目。

本发明还提供了一种测量TD-LTE终端矢量幅度误差的装置，该装置主要包括四个模块：硬判决模块、频偏因子计算模块、频偏补偿模块和EVM计算模块。

硬判决模块，用于对采样符号序列进行硬判决，找到距离每个采样符号最近的星座点，作为该采样符合的参考符号；该模块采用区间划分法，将相邻两个星座点的中间值作为区间划分值md，将第i个采样符号Sample_symb(i)与区间划分值md进行比较，从而找到距离该符号最近的星座点符号作为参考符号Reference_symb(i)。

频偏因子计算模块，根据采样符号和参考符号计算出信号传输过程中所产生的频偏因子；具体计算公式为：

Δf(i)＝angle(Sample_symb(i))-angle(Reference_symb(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Reference_symb(i)表示其参考符号，angle()表示求相位角，求相位角以调用现有的反正切函数的方式进行。

频偏补偿模块，利用频偏因子补偿由于信号的频偏误差而导致的EVM计算误差，得到修正后的采样符号；频偏补偿模块根据以下公式进行频偏补偿：

Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*exp(-j*Δf(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Revise_symb(i)为经过修正后的该采样符号，Δf(i)为频偏因子；进一步的：Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*[cos(Δf(i))-sin(Δf(i))]。

EVM计算模块，利用修正后的采样符号计算测量窗口内的矢量幅度误差值；计算公式为： $\mathrm{EVM}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{|\mathrm{Revise}\_\mathrm{symb}\left(i\right)-\mathrm{Reference}\_\mathrm{symb}\left(i\right)|}^2}{\left|N_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{slot}}\right|*P_0},}$ 其中P₀为参考信号的平均功率，设置为1；M表示测量窗口大小，即复值序列长度，与分配给该用户设备的上行带宽、测量的信道类型以及循环前缀类型有关；对于PUSCH（Physical Uplink Share Channel，物理上行共享信道）和PUCCH（Physical Uplink Control Channel，物理上行控制信道），

其中N_RB为分配的资源块数目；

表示一个RB（Resource Block，资源块）的子载波数目；

为一个时隙除去参考信号占用的SC-FDMA数目。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将解调前端模块输出的复值序列作为采样符号序列，对其进行硬判决，找到距离每个采样符号最近的星座点，作为该采样符合的参考符号；

步骤二：分别求出各采样符号和对应的参考符号的相位角，并求相位角差，估计各采样符号的频偏因子；

步骤三：对各采样符号进行频偏补偿；

步骤四：将频偏补偿后的修正符号与参考符号相减得到该采样符号的矢量幅度误差，进而求得所有符号的EVM值。

2.根据权利要求1所述的测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法，其特征在于：步骤一中所述硬判决过程采用区间划分法，将相邻两个星座点的中间值作为区间划分值md，将第i个采样符号Sample_symb(i)与区间划分值md进行比较，从而找到距离该符号最近的星座点符号作为参考符号Reference_symb(i)。

3.根据权利要求1所述的测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法，其特征在于：采用以下公式求取步骤二中所述的频偏因子：

Δf(i)＝angle(Sample_symb(i))-angle(Reference_symb(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Reference_symb(i)表示其参考符号，angle()表示求相位角，求相位角以调用现有的反正切函数的方式进行。

4.根据权利要求1所述的测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法，其特征在于：步骤三中对各采样符号进行频偏补偿根据以下公式进行：

Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*exp(-j*Δf(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Revise_symb(i)为经过修正后的该采样符号，Δf(i)为频偏因子；

进一步的：Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*[cos(Δf(i))-sin(Δf(i))]。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量TD-LTE终端矢量幅度误差的方法，其特征在于：采用以下公式求得所有符号的EVM值： $\mathrm{EVM}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{|\mathrm{Revise}\_\mathrm{symb}\left(i\right)-\mathrm{Reference}\_\mathrm{symb}\left(i\right)|}^2}{\left|N_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{slot}}\right|*P_0},}$ 其中：Revise_symb(i)为经过修正后的该采样符号，Reference_symb(i)表示其参考符号，P₀为参考信号的平均功率，设置为1；M表示测量窗口大小，即复值序列长度，与分配给该用户设备的上行带宽、测量的信道类型以及循环前缀类型有关；

为一个时隙除去参考信号占用的SC-FDMA数目，Revise_symb(i)为经过修正的采样符号，Reference_symb(i)为参考符号。

6.一种测量TD-LTE终端矢量幅度误差的装置，其特征在于：包括硬判决模块、频偏因子计算模块、频偏补偿模块和EVM计算模块；

所述硬判决模块用于对采样符号序列进行硬判决，找到距离每个采样符号最近的星座点，作为该采样符合的参考符号；

所述频偏因子计算模块根据采样符号和参考符号计算出信号传输过程中所产生的频偏因子；

所述频偏补偿模块利用频偏因子补偿由于信号的频偏误差而导致的EVM计算误差，得到修正后的采样符号；

所述EVM计算模块利用修正后的采样符号计算测量窗口内的矢量幅度误差值。

7.根据权利要求6所述的测量TD-LTE终端矢量幅度误差的装置，其特征在于：硬判决模块采用区间划分法，将相邻两个星座点的中间值作为区间划分值md，将第i个采样符号Sample_symb(i)与区间划分值md进行比较，从而找到距离该符号最近的星座点符号作为参考符号Reference_symb(i)。

8.根据权利要求6所述的测量TD-LTE终端矢量幅度误差的装置，其特征在于：频偏因子计算模块通过计算采样符号和参考符号的相位角差得到频偏因子，其计算公式为：

Δf(i)＝angle(Sample_symb(i))-angle(Reference_symb(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Reference_symb(i)表示其参考符号，angle()表示求相位角，求相位角以调用现有的反正切函数的方式进行。

9.根据权利要求6所述的测量TD-LTE终端矢量幅度误差的装置，其特征在于：频偏补偿模块根据以下公式进行频偏补偿：

Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*exp(-j*Δf(i))，其中Sample_symb(i)表示第i个采样符号，Revise_symb(i)为经过修正后的该采样符号，Δf(i)为频偏因子；

进一步的：Revise_symb(i)＝Sample_symb(i)*[cos(Δf(i))-sin(Δf(i))]。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的测量TD-LTE终端矢量幅度误差的装置，其特征在于:

EVM计算模块根据修正后的采样符号计算矢量幅度误差值，其计算公式为： $\mathrm{EVM}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{|\mathrm{Revise}\_\mathrm{symb}\left(i\right)-\mathrm{Reference}\_\mathrm{symb}\left(i\right)|}^2}{\left|N_{\mathrm{symb}}^{\mathrm{slot}}\right|*P_0},}$ 其中P₀为参考信号的平均功率，设置为1；M表示测量窗口大小，与分配给该用户设备的上行带宽、测量的信道类型以及循环前缀类型有关；

为一个时隙除去参考信号占用的SC-FDMA数目。

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