CN105610760B - 无线综测仪对单载波qpsk信号iq不平衡的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法，包括以下步骤：S1、载波频偏纠正；S2、时间同步；S3、I、Q抽样判决；S4、直流偏置修正；S5、求第一象限坐标均值；S6、求幅度与相位不平衡。本发明的有益效果是：不依赖于特定的训练序列，实现了无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测。

Description

无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法

技术领域

本发明涉及检测方法，尤其涉及一种无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法。

背景技术

术语解释：

DUT：待测件。

QPSK：正交相移键控。

DQPSK：差分正交相移键控。

IO:本振。

EVM：误差向量幅度。

AD:模数转换器。

DA:数模转换器。

零中频发射机也叫直接上变频发射机，由于不同于超外差发射机需要有多级混频及滤波的复杂电路，而且结构简单易于集成的特点，被DUT内置芯片大量应用。然而零中频发射机有本振泄漏和IQ不平衡的缺陷，在生产测试的时候，需要对DUT的本振泄漏和IQ不平衡进行测量。IQ不平衡，包括幅度不平衡和正交相位不平衡，由于IQ两路的失衡，会引起调相信号的解调符号在星座图坐标中，偏离原来的理想解调位置，进而引起EVM的急剧恶化。零中频发射机结构如图1所示。图1中，I(t),Q(t)分别为基带正交两路信号，f_{LO_I}(t)和f_{LO_Q}(t)分别为本振发出的正交载波信号，BPF为带通滤波器，PA为射频功放。f_{LO_I}(t)对I(t)进行上变频调制，f_{LO_Q}(t)对Q(t)进行上变频调制，两路信号相减后经过带通滤波器进行滤波，然后进入射频模块，发送到空口。IQ失衡的产生，即在上变频的时候由于本振发出的正交两路信号幅度和相位失衡引起。

综测仪对DUT进行测量的时候，需要对DUT输入的信号进行接收处理，即需要进行射频前端的下变频处理，将有用信号从频谱上搬移到基带。接收机结构主要有超外差中频接收机和零中频接收机，不管是何种接收机结构，目的都是将射频调制信号恢复到基带，在这过程中，尽量不引入新的测量误差。综测仪做为一种测量仪表，其自身对信号的解调精度要求，要远大于DUT，当然，其成本代价也远大于一般的DUT。在使用之前，综测仪需要对自身的接收性能进行校表，力图将自身的接收误差降到最小，即主要消除自身仪器在做接收时也有可能引入的载波泄漏和IQ失衡。这样，当综测仪对DUT进行测量时，即可认为，测量误差主要源于DUT的发射机引起。

单载波QPSK调制是一种相位调制信号，其调制原理在于将基带数据进行映射成调制符号，即星座图，然后进行成形滤波，用成形滤波后的数据改变载波相位。采用相干解调法对QPSK信号进行接收时，常因为载波相位的倒π现象产生相位模糊问题，进而产生误解。在实用中，通常对QPSK的调制方式进行修改，采用前后两个符号的相位差来调制载波，即DQPSK调制。DQPSK基本流程如图2所示。DQPSK是QPSK调制的一种，不影响对IQ不平衡的分析。

图2中，数据源比特流，首先进行串并转换，每2位比特组成一组，然后进行差分编码。差分编码完后的数据，被映射为调制符号，即星座图，然后调制符号的实部和虚部分为I、Q两路信号，分别进行滤波成形，随后进行D/A数模转换，将数字信号转换为模拟信号，采用模拟信号对本振信号进行正交调制，即进入图1中的发射机框图。

IQ不平衡对QPSK信号的影响如图3和图4所示，其中白点为原调制符号在星座图中的映射坐标，黑点为IQ不平衡对调制星座的影响。由图中可以看到，由于幅度和正交相位不平衡的存在，使得调制符号偏离了原先映射的位置。图5显示了同时存在幅度和相位不平衡的时候，星座图偏转的状况。

解决IQ不平衡的方法，总的来说主要通过两种途径，一种是从硬件电路着手，调试DUT的时候调整硬件电路的参数，使得IQ两路输出信号趋于达到平衡，这种方法只能针对于DUT硬件电路调试的时候，而且无法准确估计DUT最终输出信号的不平衡程度。另一种方法是DUT发送特定的协议信号，比如导频、训练序列等，接收端根据特定的协议信号对采集到的I、Q两路信号进行分析处理，估计出IQ两路信号的不平衡程度，并进行补偿。这种方法依赖于特定的协议信号，而且往往复杂度较高。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法，不依赖于特定的训练序列。

本发明提供了一种无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法，包括以下步骤：

S1、载波频偏纠正；

S2、时间同步；

S3、I、Q抽样判决；

S4、直流偏置修正；

S5、求第一象限坐标均值；

S6、求幅度与相位不平衡。

作为本发明的进一步改进，步骤S1包括以下子步骤：

S101、通过射频端的带通滤波器进行滤波；

S102、通过低噪声放大器进行低噪放；

S103、进行AGC调整；

S104、通过混频器进行I、Q两路正交混频；

S105、I支路、Q支路各通过低通滤波器进行基带低通滤波，将混频后的高频分量去除，留下基带信号；

S106、将基带信号输送到模数转换器进行模数转换，I支路得到的采样序列为I_RX'(n)，Q支路得到的采样序列为Q_RX'(n)。

S107、根据I_RX'(n)、Q_RX'(n)序列估计出载波频偏值大小，并对数据进行补偿，得到I支路序列I_{RX_f}(n)，Q支路序列Q_{RX_f}(n)。

作为本发明的进一步改进，步骤S2包括：根据步骤S1得到的I支路序列I_{RX_f}(n)，Q支路序列Q_{RX_f}(n)进行时间同步处理得到I支路序列I_{RX_t}(n)，Q支路序列Q_{RX_t}(n)。

作为本发明的进一步改进，步骤S3包括：根据步骤S2求得的序列I_{RX_t}(n)、Q_{RX_t}(n)进行最佳时间点抽样判决，得到I支路序列I_{RX_dc}(n)，Q支路序列Q_{RX_dc}(n)。

作为本发明的进一步改进，步骤S4包括：根据步骤S3得到的I_{RX_dc}(n)、Q_{RX_dc}(n)进行去直流偏置，得到I支路序列I_RX(n)，Q支路序列Q_RX(n)。

作为本发明的进一步改进，从发射机得到射频输出信号f_TX(t)为：

f_TX(t)＝G·I(t)cos(w_ct+θ)-D·Q(t)sin(w_ct)

式中，G为I路增益，D为Q路增益，I(t)为I支路基带信号，Q(t)为Q支路基带信号，w_c为发射机本振频率，θ为I支路相对于Q支路的相位不平衡值；据此，得到接收机中，I支路中混频器的输出信号为：

经过低通滤波器的低通滤波后，上式中只留下第一项中的基带信号，第二、三、四项中的高频分量被过滤，因此，低通滤波器的输出为：

此即为进入模数转换器的I支路基带信号。

作为本发明的进一步改进，对于Q支路，混频器输出的信号为：

经过低通滤波器的低通滤波后，第一、二、五项高频信号被过滤，只剩下第三和第四项的基带信号，即Q支路中低通滤波器的输出为：

此即Q支路输入到模数转换器的基带信号。

作为本发明的进一步改进，由于相位和幅度不平衡，Q支路的基带信号携带了I支路信息，经过数字化、时间同步及I、Q抽样判决、去直流偏置后，I支路接收到的序列I_RX(n)，Q支路接收到的序列Q_RX(n)，则有

联立求得：

由于发送的是QPSK信号，对于I_TX(n)和Q_TX(n)可能值是确定的，即对于QPSK调制来说，其值只能出现在星座图上的四个位置,取第一象限的星座图坐标进行统计估计，对于幅度不平衡，可以从I_RX(n)和Q_RX(n)统计得到。

本发明的有益效果是：不依赖于特定的训练序列，实现了无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测。

附图说明

图1是现有技术中零中频发射机的发射示意图。

图2是现有技术中DQPSK调制发射框图。

图3是相位不平衡对调制星座的影响示意图。

图4是幅度不平衡对调制星座的影响示意图。

图5是相位和幅度同时不平衡对调制星座的影响示意图。

图6是本发明一种无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法中接收机的基本框图。

图7为直流偏置对星座标的影响示意图。

图8是本发明一种无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图8所示，一种无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法，包括以下步骤：

S1、载波频偏纠正；

S2、时间同步；

S3、I、Q抽样判决；

S4、直流偏置修正；

S5、求第一象限坐标均值；

S6、求幅度与相位不平衡。

如图6所示，接收天线信号，首先经过射频端带通滤波器进行滤波，经过低噪放和AGC(自动增益控制)调整后进行IQ两路正交混频，然后I路、Q路各进行基带低通滤波，即图中的LPF，将混频后的高频分量去除，留下基带信号，输送到A/D进行模数转换，I支路得到的采样序列为I_RX(n),Q支路得到的采样序列为Q_RX(n)。通常发射机与接收机的载波会有偏差，接收机会对此频偏进行估计并补偿数据。频偏估计的方法挺多，不做为本发明的技术要点做分析说明，后面的分析中，认为已消除频偏的影响。此外，基带数据做接收解调时，也需要进行时间上的同步，才能进行抽样判决，此处不做时间同步上的技术分析，认为I_RX(n)和Q_RX(n)已经是判决后的星图调制符号。

根据图1的发射机结构，可以得到射频输出信号f_TX(t)为

f_TX(t)＝G·I(t)cos(w_ct+θ)-D·Q(t)sin(w_ct)

式中，G为I路增益，D为Q路增益，I(t)为I支路基带信号，Q(t)为Q支路基带信号，w_c为发射机本振频率，θ为I支路相对于Q路的相位不平衡值。据此，可以得到接收机中，I支路混频器输出信号为

经过低通滤波器后，上式中只留下第一项中的基带信号，第二、三、四项中的高频分量被过滤。因此，低通滤波器的输出为

此即为进入A/D的I支路基带信号。

对于Q支路，混频器输出的信号为

经过低通滤波器后，第一、二、五项高频信号被过滤，只剩下第三和第四项的基带信号，即Q支路低通滤波器的输出为

此即Q支路输入到A/D模数转换器的基带信号。从式中可以看出，由于相位和幅度不平衡，Q支路的基带信号携带了I支路信息。经过数字化及同步判决后，I支路接收到的序列I_RX(n)，Q支路接收到的序列Q_RX(n)，则有

联立求得

由于发送的是QPSK信号，对于I_TX(n)和Q_TX(n)可能值是确定的，即对于QPSK调制来说，其值只能出现在星座图上的四个位置。可以取第一象限的星座图坐标进行统计估计。对于幅度不平衡，可以从I_RX(n)和Q_RX(n)统计得到。此外，由于通常电路中都会有直流偏，会影响到调制符号在星座图坐标中的位置，因此，在接收处理的时候，需要先消除直流偏差的影响。如图7所示。

可以通过第一、二象限调制星座图在I轴上座标值来求得I轴直流偏置，可以通过第一、四象限调制星座图在Q轴上的座标值来求得Q轴直流偏置。

本发明提供的一种无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法，不依赖于特定的训练序列，实现了无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、载波频偏纠正；

S2、时间同步；

S3、I、Q抽样判决；

S4、直流偏置修正；

S5、求第一象限坐标均值；

S6、求幅度与相位不平衡；

其中，

步骤S1包括以下子步骤：

S101、通过射频端的带通滤波器进行滤波；

S102、通过低噪声放大器进行低噪放；

S103、进行自动增益控制调整；

S104、通过混频器进行I、Q两路正交混频；

S105、I支路、Q支路各通过低通滤波器进行基带低通滤波，将混频后的高频分量去除，留下基带信号；

S106、将基带信号输送到模数转换器进行模数转换，I支路得到的采样序列为I_RX'(n)，Q支路得到的采样序列为Q_RX'(n)；

S107、根据I_RX'(n)、Q_RX'(n)序列估计出载波频偏值大小，并对数据进行补偿，得到I支路序列I_{RX_f}(n)，Q支路序列Q_{RX_f}(n)；

步骤S2包括：根据步骤S1得到的I支路序列I_{RX_f}(n)，Q支路序列Q_{RX_f}(n)进行时间同步处理得到I支路序列I_{RX_t}(n)，Q支路序列Q_{RX_t}(n)；

步骤S3包括：根据步骤S2求得的序列I_{RX_t}(n)、Q_{RX_t}(n)进行最佳时间点抽样判决，得到I支路序列I_{RX_dc}(n)，Q支路序列Q_{RX_dc}(n)；

步骤S4包括：根据步骤S3得到的I_{RX_dc}(n)、Q_{RX_dc}(n)进行去直流偏置，得到I支路序列I_RX(n)，Q支路序列Q_RX(n)；

从发射机得到射频输出信号f_TX(t)为：

f_TX(t)＝G·I(t)cos(w_ct+θ)-D·Q(t)sin(w_ct)

式中，G为I路增益，D为Q路增益，I(t)为I支路基带信号，Q(t)为Q支路基带信号，w_c为发射机本振频率，θ为I支路相对于Q支路的相位不平衡值；据此，得到接收机中，I支路中混频器的输出信号为：

经过低通滤波器的低通滤波后，上式中只留下第一项中的基带信号，第二、三、四项中的高频分量被过滤，因此，低通滤波器的输出为：

此即为进入模数转换器的I支路基带信号。

2.根据权利要求1所述的无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法，其特征在于：对于Q支路，混频器输出的信号为：

经过低通滤波器的低通滤波后，第一、二、五项高频信号被过滤，只剩下第三和第四项的基带信号，即Q支路中低通滤波器的输出为：

此即Q支路输入到模数转换器的基带信号。

3.根据权利要求2所述的无线综测仪对单载波QPSK信号IQ不平衡的检测方法，其特征在于：由于相位和幅度不平衡，Q支路的基带信号携带了I支路信息，经过时间同步及I、Q抽样判决、去直流偏置后，I支路接收到的序列I_RX(n)，Q支路接收到的序列Q_RX(n)，则有

联立求得：

由于发送的是QPSK信号，对于I_TX(n)和Q_TX(n)可能值是确定的，即对于QPSK调制来说，其值只能出现在星座图上的四个位置,取第一象限的星座图坐标进行统计估计，对于幅度不平衡，可以从I_RX(n)和Q_RX(n)统计得到。