CN104507104A - 非信令模式下wcdma信号的evm计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非信令模式下WCDMA信号的EVM计算方法，包括数据采集、I/Q分离、匹配滤波、位同步、时隙同步、频偏校准、相位校准、EVM计算八个步骤，该方法对采集的WCDMA调制信号，找到最佳采样点数据即位同步数据，然后利用扰码的相关性计算提取出一个时隙的数据，经过精确的频偏和相位校准后，即可得到EVM的计算结果。本发明是在非信令模式下实现WCDMA矢量幅度误差的计算方法，算法简单、耗时短，提高了WCDMA终端射频一致性测试的测试效率，对WCDMA终端研发、生产以及射频故障定位等方面都有着非常重要的作用。

Description

非信令模式下WCDMA信号的EVM计算方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别是涉及一种非信令模式下WCDMA信号的EVM计算方法。

背景技术

WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)终端射频一致性测试是WCDMA解调中非常关键的一致性测试之一，WCDMA终端射频一致性测试在标准3GPP 34.121上有严格的规定，其中误差矢量幅度测试(EVM：Error Vector Magnitude)在终端设备研发、生产以及射频故障定位等方面起到非常重要的作用。

标准3GPP 34.121规定误差矢量幅度测试(EVM)对测试设备要求很高，符合协议要求的终端发射机的EVM指标不能超过17.5％。由于信道响应是由发送设备、射频载波、无线信道、接收设备的特性所决定，设备的频差、漂移，传输信道的时变，终端移动的多普勒频移以及快衰落变化等，都会影响系统的最终性能。所以，时隙同步、频率偏差以及相位偏差的测量和校准是WCDMA解调性能测试的重要一环。

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一定差异，这些差异在I/Q平面上表现为被测信号与标准星座点在幅度和相位上的偏差。EVM是对被测信号与参考信号的差值矢量进行测量，被称为误差矢量。被测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。

对于WCDMA终端射频一致性测试来说，传统的EVM测试方法是：首先是将接收信号通过I/Q恢复、匹配滤波、解扰、解扩、相位判决过程得到比特级的参考信号，然后进行QPSK映射、扩频、加扰、FIR滤波后得到参考矢量序列，最后通过测量矢量和参考矢量相减得到终端的EVM指标。此算法不仅复杂，实现过程很繁杂，而且耗时比较长，也会产生较大的测量误差。

另外，在WCDMA终端射频一致性测试中最重要的一环是WCDMA时隙信号的定位，对于WCDMA的上行时隙信号，信令模式下的时隙定位是利用DPCCH(Dedicated PhysicalControl Channel，专用物理控制信道)信道的导频码的相关性。主要思想是利用导频码生成定位码，然后与输入数据进行相关运算，得到相关峰值，进而得到时隙的起始点。而在非信令模式下，是无法得到DPCCH的导频码的。

因此需要提供一种在非信令模式下WCDMA信号的EVM计算方法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非信令模式下WCDMA信号的EVM计算方法，算法简单且耗时短。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种非信令模式下WCDMA信号的EVM计算方法，包括以下步骤：

(1)数据采样：根据终端测试需求，对接收到的被测信号进行N倍采样(N≥2)；

(2)I/Q分离：对A/D采集的数据进行奇偶数据分离；

(3)匹配滤波：采用根升余弦滤波器对I/Q两路数据分别进行匹配滤波，并去除冗余数据；

(4)位同步：对N组采样数据分别进行模值求和，再对N个模值和进行比较，模值最大的一路数据为最佳采样点数据，取最佳采样点所在组数据为位同步后数据；

(5)时隙同步：非信令模式下提供接收到的被测信号所采用的扰码序号，利用该扰码生成定位码，与位同步后数据进行相关性运算，生成最佳时隙数据的定位点，进而得到最佳时隙数据；

(6)频偏校准：采用FFT变换及CZT变换对最佳时隙数据进行频偏校准，得到该组数据的频率偏差，进而对被测信号进行频偏校准；

(7)相位校准：采用初相估计的方式计算相位偏差，进而对被测信号进行相位补偿；

(8)计算EVM：通过恢复参考矢量来计算误差矢量，结合被测信号利用计算公式得到EVM，

计算公式为EVM＝RMS(|E|)÷RMS(|R'|)＝[RMS(|Z'-R'|)÷RMS(|R'|)]×100％，其中E为误差矢量，Z’为测量矢量，R’为参考矢量。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(5)中所述定位点包括最佳时隙数据的起始点与终止点，判断最佳时隙数据的起始点与终止点的方法是对位同步后数据的I/Q两路数据Di、Dq分别进行比较，分别获取I路和Q路的最大值Pmax，然后通过Di、Dq数据与Pmax/2进行比较，若Di/Dq>Pmax/2则该数据为最佳时隙数据的起始点,起始点之后的数据若Di/Dq<Pmax/2，则该数据为最佳时隙数据的终止点，终止点与起始点的差值等于最佳时隙数据的长度，否则左右微调Di、Dq使其差值等于最佳时隙数据的长度，最终确定出最佳时隙数据的起始点与终止点。

本发明的有益效果是：本发明是在非信令模式下实现WCDMA矢量幅度误差的计算方法，算法简单、耗时短，提高了WCDMA终端射频一致性测试的测试效率，对WCDMA终端研发、生产以及射频故障定位等方面都有着非常重要的作用。

附图说明

图1是本发明非信令模式下WCDMA信号的EVM计算方法一较佳实施例的流程图；

图2是本发明中得到最佳时隙数据的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种非信令模式下WCDMA信号的EVM计算方法，包括以下步骤：

(1)数据采样：根据终端测试需求，对接收到的被测信号进行N倍采样(N≥2)；

(2)I/Q分离：对A/D采集的数据进行奇偶数据分离；

(3)匹配滤波：采用根升余弦滤波器对I/Q两路数据分别进行匹配滤波，并去除冗余数据；

(4)位同步：对N组采样数据分别进行模值求和，再对N个模值和进行比较，模值最大的一路数据为最佳采样点数据，取最佳采样点所在组数据为位同步后数据；

(5)时隙同步：非信令模式下提供接收到的被测信号所采用的扰码序号，利用该扰码生成定位码，与位同步后数据进行相关性运算，生成最佳时隙数据的定位点，进而得到最佳时隙数据；

所述定位点包括最佳时隙数据的起始点与终止点，判断最佳时隙数据的起始点与终止点的方法是：对位同步后数据的I/Q两路数据Di、Dq分别进行比较，分别获取I路和Q路的最大值Pmax，然后通过Di、Dq数据与Pmax/2进行比较，若Di/Dq>Pmax/2则该数据为最佳时隙数据的起始点,起始点之后的数据若Di/Dq<Pmax/2，则该数据为最佳时隙数据的终止点，终止点与起始点的差值等于最佳时隙数据的长度，否则左右微调Di、Dq使其差值等于最佳时隙数据的长度，最终确定出最佳时隙数据的起始点与终止点。

(6)频偏校准：采用FFT变换及CZT变换对最佳时隙数据进行频偏校准，得到该组数据的频率偏差，进而对被测信号进行频偏校准；

所述频偏校准方法是：在时隙同步后的数据序列D1，D2……Dn的末尾补0，补齐到2ⁿ(n≥2)，然后进行FFT(快速傅立叶变换)，得到2ⁿ点的频域数据(D’₁,D’₂……D’_n)，此时所得数据点频率分辨率为(BW_wcdma)/2ⁿ MHz,其中，BW_wcdma为WCDMA信号的信道带宽(一般取值3.84MHz)。取Di＝max(D’₁,D’₂……D’_n)；把时隙同步后的数据序列D1，D2……Dn的末尾补0到3000点，做频率分辨率为(BW_wcdma)/3000*2ⁿ的CZT(线性调频Z变换)变换，得到频域数据(M’₁,M’……M’₃₀₀₀)，取Dj＝max(M’₁,M’……M’₃₀₀₀)。由以上变换获取的峰值点按照下式计算频率偏移值：

$\mathrm{\&Delta;f}=\left\{\begin{array}{c}{(i-2)}^{n-1}\&times;\frac{\mathrm{BW}\_\mathrm{wcdma}}{2^n}\&times;e^6\frac{(j-1500)\&times;\mathrm{BW}\_\mathrm{wcdma}}{3000\&times;2^n}(n\&le;2^{n-1}-1)\\ \left(2^{n-1-}i\right)\&times;\frac{\mathrm{BW}\_\mathrm{wcdma}}{2^n}\&times;e^6\frac{(j-1500)\&times;\mathrm{BW}\_\mathrm{wcdma}}{3000\&times;2^n}(n>2^{n-1}-1)\end{array}\right.---\left(6\right)$

将时隙同步后的数据序列D1，D2……Dn数据项乘以exp(-2πkΔf)得到没有频偏的数据D(D1，D2……Dn)；

(7)相位校准：采用初相估计的方式计算相位偏差，进而对被测信号进行相位补偿；

所述相位校准的方法是：由于在初始相位的作用下，(D_1,D_2……D_n)的WCDMA星座图经过相位的旋转，一定会落在纵横坐标轴或者在斜率±1的交叉轴上，因此上组数据估计出的初始相位可以由下式计算得到：

其中，为(Y₁，Y₂......Y_n)对应数据的相位，把(Y₁,Y₂......Y_n)的每一项乘以得到没有相位误差的时隙数据

(8)计算EVM：通过恢复参考矢量来计算误差矢量，结合被测信号利用计算公式得到EVM。

计算公式为EVM＝RMS(|E|)÷RMS(|R'|)＝[RMS(|Z'-R'|)÷RMS(|R'|)]×100％，其中E为误差矢量，Z’为测量矢量，R’为参考矢量。

下面结合一实施例更详细地描述各个步骤的实现方法。

(1)根据终端测试需求，在WCDMA设备通过接收机接收信号后，采用安捷伦2692A对接收到的信号进行4倍采样，即采样速率是15.36Mbps，采样时长为10ms，为WCDMA的一个无限帧长度；

(2)采集后的数据长度为307200，把此数据恢复成I/Q两路数据，每一路数据长度为153600；

(3)对I/Q两路数据分别进行匹配滤波，这里选择根升余弦FIR滤波器，滚降系数为0.22，数据插值为4，然后去除首尾各192长度的数据，剩余每一路数据长度为153600；

(4)根据采样时刻的不同，对4组采样数据进行模值求和，最大值点为最佳采样点，然后提取出最佳采样点的那组数据，由于信号的最佳采样点不存在码间干扰，星座图比较集中，其EVM也最小，所以提取出这组数据为位同步数据，即一个帧；

(5)WCDMA信号是频分双工(FDD)模式的，上行链路的扰码是用来区分终端的，非信令模式下必须指定发射信号所采用的扰码序号，利用此扰码，生成定位码，然后与位同步数据进行相关性(利用扰码的相关性)运算，利用上述所述方法判断最佳时隙数据的起始点与终止点，进而得到最佳时隙数据，如图2所示；

(6)频偏估计的精度影响最终EVM的计算精度，终端射频一致性协议要求终端频偏不得超过±0.1ppm，如果载波为1GHz，则终端频偏不能超过±100Hzl，为了在高精度频偏估计的情况下减小计算复杂度，这里采用FFT+CZT的频偏补偿方式，先采用FFT变化对数据进行粗调，然后经过CZT变换对数据进行细调。为了消除初始相位突变的影响，首先对最佳时隙数据去除QPSK相位突变，对新的数据序列末尾补0到8192点，用FFT变换计算数据序列的频谱，找到幅值最大的数据序列所在位置，再对此序列末尾补0到3000点，做夹角0.28125度的CZT变化，得到幅值最大的数据序列所在位置，进而根据上述步骤中公式(6)得到该组数据的频率偏差，最后对原数据序列进行频偏校准；

(7)一般来讲，在初始相位的作用下，实际的星座图与理想星座图会有一定角度的偏差，在进行EVM计算前，必须消除初始相位的影响，可以采用初相估计的方式计算出相位偏差，然后进行相位补偿；

(8)通过恢复参考矢量R(n)来计算误差矢量E(n)，将数据序列表示为极坐标的形式，利用计算公式得到EVM计算结果。

计算公式为EVM＝RMS(|E|)÷RMS(|R'|)＝[RMS(|Z'-R'|)÷RMS(|R'|)]×100％，其中E为误差矢量，Z’为测量矢量，R’为参考矢量。

本发明是在非信令模式下实现WCDMA矢量幅度误差的计算方法，算法简单、耗时短，提高了WCDMA终端射频一致性测试的测试效率，对WCDMA终端研发、生产以及射频故障定位等方面都有着非常重要的作用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种非信令模式下WCDMA信号的EVM计算方法，包括以下步骤：

（1）数据采样：根据终端测试需求，对接收到的被测信号进行N倍采样(N≥2)；

（2）I/Q分离：对A/D采集的数据进行奇偶数据分离；

（3）匹配滤波：采用根升余弦滤波器对I/Q两路数据分别进行匹配滤波，并去除冗余数据；

（4）位同步：对N组采样数据分别进行模值求和，再对N个模值和进行比较，模值最大的一路数据为最佳采样点数据，取最佳采样点所在组数据为位同步后数据；

（5）时隙同步：非信令模式下提供接收到的被测信号所采用的扰码序号，利用该扰码生成定位码，与位同步后数据进行相关性运算，生成最佳时隙数据的定位点，进而得到最佳时隙数据；

（6）频偏校准：采用FFT变换及CZT变换对最佳时隙数据进行频偏校准，得到该组数据的频率偏差，进而对被测信号进行频偏校准；

（7）相位校准：采用初相估计的方式计算相位偏差，进而对被测信号进行相位补偿；

（8）计算EVM：通过恢复参考矢量来计算误差矢量，结合被测信号利用计算公式得到EVM，

计算公式为                                                ，其中E为误差矢量，Z’为测量矢量，R’为参考矢量。

2.根据权利要求1所述的非信令模式下WCDMA信号的EVM计算方法，其特征在于，步骤（5）中所述定位点包括最佳时隙数据的起始点与终止点，判断最佳时隙数据的起始点与终止点的方法是对位同步后数据的I/Q两路数据Di、Dq分别进行比较，分别获取I路和Q路的最大值Pmax，然后通过Di、Dq 数据与Pmax/2进行比较，若Di/Dq> Pmax/2则该数据为最佳时隙数据的起始点, 起始点之后的数据若Di/Dq<Pmax/2，则该数据为最佳时隙数据的终止点，终止点与起始点的差值等于最佳时隙数据的长度，否则左右微调Di、Dq使其差值等于最佳时隙数据的长度，最终确定出最佳时隙数据的起始点与终止点。