CN105721374A - 载波同步用于8psk矢量分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种载波同步用来实现8PSK矢量分析方法，包括步骤(1)计算出相位检测器的相位误差输出(2)采用位同步计算实际信号矢量点；(3)根据实际矢量点判断得出参考矢量点R_i，计算实际信号矢量点与其对应的参考矢量点之间的误差，包括幅度误差，相位误差、误差矢量幅度和IQ偏移误差，即8PSK调制矢量分析参数值。本发明相对于传统的同步方法简化了电路，减小了计算量，也便于工程实现。

Description

载波同步用于8PSK矢量分析方法

技术领域

本发明涉及数字通信测试技术领域，具体地，涉及一种载波同步用于8PSK矢量分析方法。

背景技术

8PSK数字调制能够提供更高的比特率和频带利用率，它在数据中继卫星通信、有线电视网络高速数据传输等领域得到广泛应用，测量8PSK数字调制的性能非常重要，矢量分析就是测量8PSK数字调制性能的手段。矢量分析通过测量实际调制信号偏离理想信号的程度，计算数字调制信号的各种误差，达到评估调制质量的目的。矢量信号分析参数主要包括幅度误差(MagnitudeError，MagErr)，相位误差(PhaseError，PhaseErr)、误差矢量幅度(ErrorVectorMagnitude，EVM)和IQ偏移误差。同步是完成8PSK数字调制矢量分析的一个关键环节，目前8PSK数字调制矢量信号分析中同步的方法在FPGA中通过八相科斯塔斯环实现载波同步。

参见附图1，载波同步后，再实现位同步以及矢量分析参数计算，具体实现步骤如下：

第一步，求出鉴相器输出u(n)。

u(n)＝u₁(n)·u₂(n)·u₃(n)·u₄(n)·u₅(n)·u₆(n)·u₇(n)·u₈(n)

第二步，根据鉴相器输出u(n)修改压控振荡器的频率控制字，通过载波同步纠正载波频率误差Δω和初始相位误差φ₀，从而实现载波同步，在实现载波同步之后，u(n)恒为0。

从上述分析可以看出，八相科斯塔斯环实现载波同步电路复杂，计算量大，不便工程实现。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种载波同步方法用于实现8PSK矢量分析。

根据本发明的一个方面，提供一种载波同步用于8PSK矢量分析方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)计算出相位检测器的相位误差输出

(2)采用位同步计算实际信号矢量点；

(3)根据实际矢量点判断得出参考矢量点R_i，计算实际信号矢量点与其对应的参考矢量点之间的误差，包括幅度误差，相位误差、误差矢量幅度和IQ偏移误差。

优选地，所述第(1)步包括如下步骤：

①求出当前状态的瞬时相位

②根据相位寻找就近的参考点，求出相位差

③根据相位差修改压控振荡器的频率控制字，通过载波同步纠正载波频率误差Δω和初始相位误差φ₀，从而实现载波同步，在实现载波同步之后，恒为0。

优选地，所述第(2)步包括如下步骤：

①先算出瞬时信号幅度m(n)，其中I为同相量，Q为正交量：

m(n)＝I(n)²+Q(n)²

②将每个码元内采样点的瞬时信号幅度对应累加，求出峰值，对应位置定为抽样判决点；

③根据最大抽样点的I、Q，归一化后，求出实际信号矢量点S_i：

S_i＝(I((i-1)*a+k),Q((i-1)*a+k)

其中，k为码元内的最大抽样点，a为每个码元的采样点数量；

优选地，所述第(3)步中的

幅度误差表示为：

${\mathrm{MagErr}}_{rms}=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{\left(\right|S_i|-|R_i\left|\right)}^2}{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}|R_i{|}^2}}\×100\%$

相位误差表示为：

${\mathrm{PhaseErr}}_{rms}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{({\mathrm{argS}}_i-{\mathrm{argR}}_i)}^2}$

误差矢量幅度EVM表示为：

${\mathrm{EVM}}_{rms}=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}|S_i-R_i{|}^2}{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}|R_i{|}^2}}\×100\%$

IQ偏移误差表示为：

${\mathrm{IQOErr}}_{rms}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}|S_I-R_i{|}^2}.$

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

采用正交科斯塔斯环法实现载波同步纠正信号的频率误差和初始相位误差，再通过位同步求出实际信号矢量点，然后通过计算实际信号矢量点与其对应的参考星座点之间的误差，实现8PSK数字调制的矢量分析。相对于传统的同步方法简化了电路，减小了计算量，也便于工程实现。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为八相科斯塔斯环法的载波同步框图；

图2为矢量调制误差定义示意图；

图3为正交科斯塔斯环法的载波同步框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明采用正交科斯塔斯环简化载波同步设计，纠正信号的频率误差和初始相位误差，再通过位同步求出实际信号矢量点，通过计算实际信号矢量点与其对应的参考星座点之间的误差，实现8PSK信号的矢量分析。

矢量信号分析参数主要包括幅度误差，相位误差、误差矢量幅度和IQ偏移误差，如图2所示。在实际测量中，它们是给出的一串码元的统计结果，通常用均方根值(RootMeanSquare，RMS)来表示，公式如下：

${\mathrm{MagErr}}_{rms}=\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{\left(\right|S_i|-|R_i\left|\right)}^2}{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}|R_i{|}^2}}\×100\%$

${\mathrm{PhaseErr}}_{rms}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{({\mathrm{argS}}_i-{\mathrm{argR}}_i)}^2}$

${\mathrm{EVM}}_{rms}\sqrt{\frac{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}|S_i-R_i{|}^2}{\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}|R_i{|}^2}}\×100\%$

${\mathrm{IQOErr}}_{rms}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}|S_i-R_i{|}^2}$

其中S_i为实际信号矢量点，R_i为对应的参考星座点，N为码元个数，|S_i|和|R_i|是求模，argS_i和argR_i是求相位。

矢量分析中关键是求实际信号矢量点S_i。这就需要载波同步和位同步，采用正交科斯塔斯完成载波同步实现矢量分析的方法如下：

参见附图3，载波同步采用正交科斯塔斯环实现，从下变频后的IQ信号提取出瞬时相位

反正切可以用CORDIC算法实现，用于寻找就近的参考点，从而求出相位差

根据相位差修改压控振荡器的频率控制字，通过载波同步纠正载波频率误差Δω和初始相位误差φ₀，从而实现载波同步，在实现载波同步之后，恒为0。

位同步采用寻找码元最大抽样点的方法，得到位同步时钟，从而计算实际信号矢量点。步骤如下：

从下变频后的I/Q信号提取出瞬时信号幅度：

m(n)＝I(n)²+Q(n)²

将每个码元内采样点的瞬时信号幅度对应累加，求出峰值，对应位置定为抽样判决点。例如每个码元有a个采样点，每帧有A个采样点，则码元个数b计算如下：

b＝floor(A/a)

其中，floor()表示向下取整，然后将b个码元内的幅度对应累加，得到a个序列p(i)

$p\left(i\right)=\underset{n=0}{\overset{b-1}{\Σ}}m(a*n+i),i=0~a-1$

求出p(i)的最大值p(k)，k为码元内的最大抽样点，即可得到所有码元的同步时钟。

根据最大抽样点的I、Q，归一化后，求出实际信号矢量点S_i：

S_i＝(I((i-1)*a+k),Q((i-1)*a+k)

根据实际矢量点判断得出参考矢量点R_i,此时通过实际信号矢量点与其对应的参考星座点之间的误差的四个公式即可求出8PSK调制矢量分析参数值。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种载波同步用于8PSK矢量分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)计算出相位检测器的相位误差输出

(2)采用位同步计算实际信号矢量点；

(3)根据实际矢量点判断得出参考矢量点R_i，计算实际信号矢量点与其对应的参考矢量点之间的误差，包括幅度误差，相位误差、误差矢量幅度和IQ偏移误差。

2.根据权利要求1所述的载波同步用于8PSK矢量分析方法，其特征在于，所述第

(1)步包括如下步骤：

①求出当前状态的瞬时相位

②根据相位寻找就近的参考点，求出相位差

③根据相位差修改压控振荡器的频率控制字，通过载波同步纠正载波频率误差Δω和初始相位误差φ₀，从而实现载波同步，在实现载波同步之后，恒为0。

3.根据权利要求1所述的载波同步用于8PSK矢量分析方法，其特征在于，所述第(2)步包括如下步骤：

①先算出瞬时信号幅度m(n)，其中I为同相量，Q为正交量：

m(n)＝I(n)²+Q(n)²

②将每个码元内采样点的瞬时信号幅度对应累加，求出峰值，对应位置定为抽样判决点；

③根据最大抽样点的I、Q，归一化后，求出实际信号矢量点S_i：

S_i＝(I((i-1)*a+k),Q((i-1)*a+k)

其中，k为码元内的最大抽样点，a为每个码元的采样点数量。

4.根据权利要求1所述的载波同步用于8PSK矢量分析方法，其特征在于，所述第(3)步中的

幅度误差表示为：

相位误差表示为：

误差矢量幅度EVM表示为：

IQ偏移误差表示为：