CN103873416A - 一种evm相位估计与补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EVM相位估计与补偿方法，首先，采用OFDM系统，在时域中，经过去除循环前缀和FFT变换，将数据由时域转换到频域，并在频域中根据所接收的导频位数据以及已知该符号的导频位数据，对OFDM符号中的相位进行估计；然后根据估计相位，对OFDM符号中的数据进行补偿，得到补偿数据；接着，采用欧氏距离平方和最小的准则，对补偿数据所对应星座图的位置进行估计，得到估计数据；最后，根据补偿数据和估计数据，对残余相位偏差进行估计后，对OFDM符号中的数据进行补偿。本发明操作简单，可以有效提高EVM精度。

Description

一种EVM相位估计与补偿方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种EVM相位估计与补偿方法。

背景技术

EVM表示理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，用来综合衡量系统的调制质量。在通信系统如TD、LTE中，数字信号的频带传输是发送端物理层的基带信号先经过正交调制，然后通过无线通信信道传输到接收端，再在接收端进行相应解调后恢复出原始的基带信号。在这个过程中，调制器产生的调制误差、射频器件质量和锁相环噪声、热噪声以及调制器设计等都会使调制信号产生误差，故EVM值测量在通信系统设计中非常重要。

随着通信系统容量的增加，各种通信系统共存和无线信道非线性特性，不同无线通信系统间和系统内各信道之间的干扰问题越来越突出。理论上，系统需要发送端发射的调制信号功率集中在频带内，但是这种理想的状况是不可能达到的，为避免各系统间的干扰，保证系统正常工作，所以希望调制信号功率尽可能的集中在频带中并且具有快速滚降的特征。同时需要接收端具有抑制干扰的能力和较高的灵敏度。发射信号调制质量的好坏直接影响接收端的解调性能，需要对信号调制质量进行准确评估。调制质量包括：载波频率误差、调制幅度误差以及相位噪声。在接收端，需要测量接收机在各种误差和干扰存在时的接收灵敏度。EVM的测量值很好地在整体上反映了通信系统的这些性能。

用误差矢量幅度(EVM)来表示信号调制质量。EVM的直接原因是接收端调制信号的相位误差和幅度误差。测量过程中将会考虑信道配置的具体情况，分别对各个物理信道的信号调制质量进行分析。影响OFDM符号调制信号质量的因素包括子载波之间的正交性、符号同步和采样同步，子载波问的正交性是OFDM系统得以实现的前提，所以在EVM测量中需要全面考察子载波间的正交性。子载波正交特性使OFDM系统不可避免的会存在符号同步误差和采样同步误差，为更准确的反应调制性能，对接收到信号进行优化是EVM测量的主要任务之一。EVM的产生一方面是由于射频器本地振荡器(Local oscillator，LO)存在本振泄漏、相位噪声及功放非线性失真，另一方面是由于算法性能差异(包括信道估计、信号检测等)出现误差导致。本振泄漏是由于调制器两路不平衡使功率利用率下降，主要体现在调制星座图出现IQ偏移，这种IQ偏移的物理意义是本振泄漏功率与调制信号功率比。本振相位噪声会导致相位误差，而不会影响调制信号幅度，体现了本地震荡器的短期稳定度。功放非线性失真是由于放大器幅相转移特性引起，随着输入信号功率增加，功放性能恶化程度将会显著增加，明显影响EVM测量结果。影响EVM测量结果的因素并不是单一的，硬件方面除了实际链路系统的非理想因素之外，同时还受到本振电平功率、发射功率的影响。EVM值也可以体现一些算法性能的优劣。为保证通信系统数据的高速高效传输，应充分重视EVM测量方法的选取，保证测量结果能充分反映系统特性。

现有的技术方案通常只利用对应的接收到的导频序列与已知序列对相位进行估计，然后通过各种拟合的方法进行对其他子载波数据进行相位补偿，由于在EVM测量的过程中，其各子载波间的相位偏差随机性很大，因此根据如上方法进行相位补偿也存在着较大的误差，影响EVM的测量精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种能够提高EVM测量精度的EVM相位估计与补偿方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种EVM相位估计与补偿方法，包含以下步骤：

步骤1），采用OFDM系统，在时域中，经过去除循环前缀和FFT变换，将数据由时域转换到频域，并在频域中根据所接收的导频位数据以及已知该符号的导频位数据，通过式（1）对第k个OFDM符号中相位进行估计，得到其对应的估计补偿相位α_q：

${\mathrm{\α}}_k=\mathrm{angle}({\stackrel{\→}{p}}_r^H\left(k\right)\·{\stackrel{\→}{p}}_s\left(k\right))---\left(1\right)$

其中[]^H表示为共轭转置数学运算，angle()表示为复数辐角运算，

表示实际接收的第k个OFDM符号的导频位数据序列，

表示已知的第k个OFDM符号的导频位数据序列；

步骤2），根据式（2）对该OFDM符号的所有频域数据进行补偿：

$s(k,m)=s(k,m)\·e^{j\·{\mathrm{\α}}_k}---\left(2\right)$

其中s(k,m)表示实际接收的第k个OFDM符号第m个子载波的数据；

步骤3），对于第k个OFDM符号，在由式（2）所得到的s(k,m)的基础上，利用式（3）确定对应的度量函数，并使其达到最小值，从而得到对应星座图上的估计位置点

$\min \left\{{\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{L-1}{|s(k,m)-\tilde{s}(k,m)|}^2\right\}---\left(3\right);$

步骤4），通过式（4）计算对应的残余相位偏差

${\widetilde{\mathrm{\α}}}_k=\frac{1}{L}{\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{L-1}[\mathrm{angle}\left(\tilde{s}(k,m)\right)-\mathrm{angle}\left(s(k,m)\right)]---\left(4\right);$

步骤5），利用式（5）对第k个OFDM符号的数据域进行相位补偿：

$s(k,m)=s(k,m)\·e^{j{\·\widetilde{\mathrm{\α}}}_k}---\left(5\right)$

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

通过本发明所提出残差相位补偿方法，可以在不改变其他方法的条件下，提高EVM的测量精度。

附图说明

图1是本发明的相位估计与补偿方法的数据处理流程图；

图2是利用常规方法对WIFI模块数据处理所得到星座图；

图3是利用本发明方法对WIFI模块数据处理所得到星座图；

图4是利用常规方法对回环模块数据处理所得到星座图；

图5是利用本发明方法对回环数据处理所得到星座图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开了一种EVM相位估计与补偿方法，如图1所示，首先定义如下符号：

频域第k个OFDM符号导频序列列向量为：

实际接收到第k个OFDM符号导频序列列向量表示为：

OFDM符号导频符号个数为：N；

OFDM符号数据所占用的子载波数为：L；

第k个OFDM符号频域数据表示为：

$\stackrel{\→}{s}\left(k\right)=\left\{s(k,m)\right\}(k=\mathrm{0,1,2},...,m=\mathrm{0,1},...,L-1),$ 其中m为数据子载波编号。

采用OFDM系统，在时域中，经过去除循环前缀和FFT变换，将数据由时域转换到频域，在频域中根据所接收的导频位数据以及已知该符号的导频位数据，通过式（1）对第k个OFDM符号中相位进行估计，得到其对应的估计补偿相位α_k，并根据式（2）对该OFDM符号的所有频域数据进行补偿。

其中[]^H表示为共轭转置数学运算，angle()表示为复数辐角运算

表示实际接收的第k个OFDM符号的导频位数据序列，表示已知的第k个OFDM符号的导频位数据序列。

其中s(k,m)表示实际接收的第k个OFDM符号第m个子载波的数据。

经过相位补偿后，对于OFDM接收机而言，将其修正值一定的误差范围内，可以通过接收系统解码系统进行纠错。但该补偿方式对于EVM测量却远远不够，经过该补偿后，仍然存在较大的系统相位偏差，造成EVM指标的恶化，本发明旨在弥补上述算法对EVM测量所产生的影响。在上述相位修正与补偿基础上，需通过算法进一步估计与补偿。具体算法阐述如下：

对于第k个OFDM符号，按照上述算法所得到得到s(k,m)的基础上，利用式（3）确定对应的度量函数，并使其达到最小值，从而得到对应星座图上的估计位置点

并通过式（4）计算对应的残余相位偏差

利用式（5）对第k个OFDM符号的数据域进行相位补偿

通过本发明所提出残差相位补偿方法，可以在不改变其他方法的条件下，提高EVM的测量精度，下面给出应用常规方法与应用本发明提供的方法进行测量的比较：

1）WIFI测试单元数据测试

如图2所示，利用常规方法得到的星座图，其对应的EVM数值为：-30.8869dB。

如图3所示，利用残差相位估计与补偿方法得到的星座图，其对应的EVM数值为:-31.7386dB。

由图2和图3及测试数据可以看出，利用本发明所提出的方法与常规方法相比较，EVM性能提高0.8517dB。

2）测试仪器回环数据测试

如图4所示，利用常规方法得到的星座图，其对应的EVM数值为：-32.8273dB。

如图5所示，利用残差相位估计与补偿方法得到的星座图，其对应的EVM数值为:-33.1297dB。

由图4和图5及测试数据可以看出，利用本发明所提出的方法与常规方法相比较，EVM性能提高0.3024dB。

Claims (1)

1.一种EVM相位估计与补偿方法，包含以下步骤：

步骤1），采用OFDM系统，在时域中，经过去除循环前缀和FFT变换，将数据由时域转换到频域，并在频域中根据所接收的导频位数据以及已知该符号的导频位数据，通过式（1）对第k个OFDM符号中相位进行估计，得到其对应的估计补偿相位α_k：

${\mathrm{\α}}_k=\mathrm{angle}({\stackrel{\→}{p}}_r^H\left(k\right)\·{\stackrel{\→}{p}}_s\left(k\right))---\left(1\right)$

其中[]^H表示为共轭转置数学运算，angle()表示为复数辐角运算，表示实际接收的第k个OFDM符号的导频位数据序列，

表示已知的第k个OFDM符号的导频位数据序列；

步骤2），根据式（2）对该OFDM符号的所有频域数据进行补偿：

$s(k,m)=s(k,m)\·e^{j\·{\mathrm{\α}}_k}---\left(2\right)$

其中s(k,m)表示实际接收的第k个OFDM符号第m个子载波的数据；

步骤3），对于第k个OFDM符号，在由式（2）所得到的s(k,m)的基础上，利用式（3）确定对应的度量函数，并使其达到最小值，从而得到对应星座图上的估计位置点

$\min \left\{{\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{L-1}{|s(k,m)-\tilde{s}(k,m)|}^2\right\}---\left(3\right);$

步骤4），通过式（4）计算对应的残余相位偏差

${\widetilde{\mathrm{\α}}}_k=\frac{1}{L}{\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{L-1}[\mathrm{angle}\left(\tilde{s}(k,m)\right)-\mathrm{angle}\left(s(k,m)\right)]---\left(4\right);$

步骤5），利用式（5）对第k个OFDM符号的数据域进行相位补偿：

$s(k,m)=s(k,m)\·e^{j{\·\widetilde{\mathrm{\α}}}_k}---\left(5\right)$

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