CN106656884B - 一种基于频域参数估计的矢量信号分析仪通道补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信测量仪器技术领域，是一种基于频域参数估计的矢量信号分析仪通道补偿方法，先用矢量信号分析仪接收IQ数据；再匹配滤波、符号同步和载波同步，生成IQ数据序列y(n)，再进行数字解调，生成参考IQ数据序列x’(n)，对y(n)和x’(n)进行快速傅里叶变换，生成频域数据Y(ω)、X(ω)；并进行频域通道估计，生成通道补偿滤波器频域响应G(ω)，再线性平滑滤波，生成平滑后的通道补偿滤波器频域响应G(s)；再快速傅里叶逆变换，生成通道补偿滤波器时域冲激响应g(n)作为滤波器系数，对y(n)进行滤波，得到通道均衡后的IQ数据。本发明与现有技术相比，只需要依靠软件实现通道补偿，不增加硬件成本的优点。

Description

一种基于频域参数估计的矢量信号分析仪通道补偿方法
技术领域
本发明涉及通信测量仪器技术领域，具体地说是一种基于频域参数估计的矢量信号分析仪通道补偿方法。
背景技术
矢量信号分析仪是针对无线通信复杂的数字调制格式测量的唯一工具，可以从时域、频域、调制域来观察测量数字调制信号，同时分析信号的幅度、相位和频率等各项参数，可以提供各种调制质量测量和分析工具，如星座图、矢量图、眼图，可以测量调制质量参数如EVM、SNR、波形质量和码域功率。
在数字通信系统中，由于实际的限带信道的传递函数往往是非理想的，幅度不平坦、相位非线性，且经常是时变的、未知的，因而系统特性不符合奈奎斯特准则，导致在接受端抽样时刻存在码间干扰，使得系统误码性能下降。
为此，要考虑在信道传递函数是非理想情况，且信号在信道传输中受到加性白高斯噪声干扰条件下的接收机的设计问题。在限带数字通信系统中所采取的技术之一是在接收端抽样、判决之前加一均衡器，此均衡器是用来补偿信道特性的不完善，从而减小在接收端抽样时刻的码间干扰。
均衡分为频域均衡和时域均衡。频域均衡是从频率响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输条件。而时域均衡，则是直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件。
矢量信号分析仪与移动通信接收机既有相似点,也有本质的区别。矢量信号分析仪一般是通过线缆进行测试，不需要考虑空间环境引起的无线信道影响。它的失真主要来自分析仪自身的射频通道等硬件电路，比如IQ不平衡、带内波动等，这些失真会导致矢量信号分析仪的测量精度受限，影响测量结果。在矢量信号分析仪领域，传统的失真补偿手段一般是直接进行硬件的均衡，但是具有一致性差、相位补偿不足、硬件成本增大等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种在频域进行参数估计，从而进行通道参数补偿的方法，整个方法只需要在软件实现，具有一致性高、灵活性高、不增加硬件成本的优点。
为实现上述目的，设计一种基于频域参数估计的矢量信号分析仪通道补偿方法，其特征在于，包括以下处理步骤：
S1、矢量信号分析仪接收IQ数据；
S2、对接收的IQ数据进行匹配滤波；
S3、对S2步骤生成的匹配滤波后的IQ数据进行符号同步和载波同步，生成IQ数据序列y(n)；其中n为≥0的自然数；
S4、对S3步骤生成的IQ数据序列y(n)进行数字解调，生成参考IQ数据序列x’(n)；
S5、对S3步骤生成的IQ数据序列y(n)和步骤4生成的参考IQ数据序列x’(n)分别进行快速傅里叶变换，分别生成相应序列的频域数据Y(ω)、X(ω)；ω为≥0的自然数；
S6、用S5步骤生成的频域数据Y(ω)、X(ω)进行频域通道估计，生成通道补偿滤波器频域响应G(ω)；
S7、对S6步骤生成的通道补偿滤波器频域响应G(ω)进行线性平滑滤波，生成平滑后的通道补偿滤波器频域响应G(s)；
S8、对S7步骤生成的平滑后的通道补偿滤波器频域响应G(s)进行快速傅里叶逆变换，生成通道补偿滤波器时域冲激响应g(n)；
S9、用S8步骤生成的通道补偿滤波器时域冲激响应g(n)作为滤波器系数，对S3步骤生成的IQ数据序列y(n)进行滤波，得到通道均衡后的IQ数据。
所述的矢量信号分析仪接收IQ数据中，设x(n)序列为输入符号序列，发送端成形滤波器的传输特性为GT(ω)，传输通道的传输特性为C(ω)，接收端匹配滤波器的传输特性为GR(ω)，则基带传输系统的总传输特性为：H(ω)＝GT(ω)C(ω)GR(ω)；
另由信号与系统中系统函数特性可知：H(ω)＝Y(ω)/X(ω)；
所述的y(n)是IQ数据经过符号同步和载波同步后得到的，y(n)再经过抽样判决后可得x’(n)，在近似无误判的情况下x(n)＝x’(n)；
所述的Y(ω)、X(ω)是对y(n)、x’(n)分别进行快速傅里叶变换后的频域数据；
根据求出的基带传输系统的传输特性H(ω)可得到通道补偿滤波器频域响应G(ω)＝1/H(ω)＝X(ω)/Y(ω)；
对通道补偿滤波器频域响应G(ω)进行平滑滤波后,再求快速傅里叶逆变换，即得到通道补偿滤波器冲激响应系数g(n)，用其对y(n)序列进行滤波即实现了通道均衡。
本发明与现有技术相比，基于频域参数估计实现矢量信号分析仪中通用数字解调的通道均衡的方法，只需要依靠软件实现，具有一致性高、灵活性高、不增加硬件成本的优点；可以实现适用于通用数字解调的通道均衡，具有适用范围广的优点，特别适用于矢量信号分析仪这种分析带宽很宽、解调方式多的场合。
附图说明
图1为本发明的数字基带信号传输系统模型。
图2为本发明实施例中基于频域参数估计实现矢量信号分析仪中通用数字解调的通道均衡的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利。
实施例1
本例中以分析仪接收信号源产生的数字调制信号为例，信号源产生的数字调制信号参数见表1；分析仪的参数设置见表2。
表1信号源参数设置
表2分析仪参数设置
参见图2，具体包括以下处理步骤：
S1、矢量信号分析仪接收IQ数据；
S2、对接收的IQ数据进行匹配滤波；
S3、对S2步骤生成的匹配滤波后的IQ数据进行符号同步和载波同步，生成IQ数据序列y(n)；其中n为≥0的自然数；
S4、对S3步骤生成的IQ数据序列y(n)进行数字解调，生成参考IQ数据序列x’(n)，归一化后的参考IQ数据序列x’(n)是标准的QPSK信号，在星座图上显示为4个点，x’(n)序列示例如下：
x’(n)＝{1+j,-1+j,-1-j,1-j}/√2，n＝0～3，其中j为复数。
S5、对S3步骤生成的IQ数据序列y(n)和步骤4生成的参考IQ数据序列x’(n)分别进行快速傅里叶变换，分别生成相应序列的频域数据Y(ω)、X(ω)；ω为≥0的自然数；
S6、用S5步骤生成的频域数据Y(ω)、X(ω)进行频域通道估计，生成通道补偿滤波器频域响应G(ω)；
S7、对S6步骤生成的通道补偿滤波器频域响应G(ω)进行线性平滑滤波，生成平滑后的通道补偿滤波器频域响应G(s)；
S8、对S7步骤生成的平滑后的通道补偿滤波器频域响应G(s)进行快速傅里叶逆变换，生成通道补偿滤波器时域冲激响应g(n)；
S9、用S8步骤生成的通道补偿滤波器时域冲激响应g(n)作为滤波器系数，对S3步骤生成的IQ数据序列y(n)进行滤波，得到通道均衡后的IQ数据。
参见下表3中补偿前后的EVM值，可见采用本例中的算法可以有效的改善大带宽信号的解调性能，弥补分析仪射频通道产生的各种失真，如通道幅度失真、相位失真等，适用于各种通用的数字调制方式，如BPSK、QPSK、8QPSK、16QAM、64QAM等。该补偿算法是自适应的，可以直接根据接收到的IQ数据分析出通道特性并进行补偿，不需要进行额外的通道特性测量，处理方法十分简便。
表3为补偿前后的EVM值
补偿前 补偿后
EVM 11.3％ 6.5％
通信系统中，该算法基于以下原理：
参见图1，其中x(n)序列为输入符号序列，发送端成形滤波器的传输特性为GT(ω)，通道的传输特性为C(ω)，接收端匹配滤波器的传输特性为GR(ω)，则图1所示的基带传输系统的总传输特性为：
H(ω)＝GT(ω)C(ω)GR(ω)，
通道均衡首先要做的是估计出基带传输系统的总传输特性H(ω)，由信号与系统中系统函数特性可知：
H(ω)＝Y(ω)/X(ω)，
因此，只要求出x(n)序列和y(n)序列的频域响应X(ω)和Y(ω)就能求出H(ω)。IQ数据经过符号同步和载波同步后可得y(n)；y(n)再经过抽样判决后可得x’(n)；x(n)无法直接得到，但在近似无误判的情况下可得：x’(n)＝x(n)。
根据求出的基带传输系统的传输特性H(ω)可得到通道补偿滤波器频域响应G(ω)：
G(ω)＝1/H(ω)＝X(ω)/Y(ω)；
对通道补偿滤波器频域响应G(ω)进行平滑滤波后，再求快速傅里叶逆变换IFFT即得到通道补偿滤波器冲激响应系数g(n)，用其对y(n)序列进行滤波即实现了通道均衡。
采用了该发明中的基于频域参数估计实现矢量信号分析仪中通用数字解调的通道均衡的方法，可以实现适用于通用数字解调的通道均衡，具有结构简单、适用范围广的优点，特别适用于矢量信号分析仪这种分析带宽很宽、解调方式多的场合。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (2)

1.一种基于频域参数估计的矢量信号分析仪通道补偿方法，其特征在于，包括以下处理步骤：
S1、矢量信号分析仪接收IQ数据；
S2、对接收的IQ数据进行匹配滤波；
S3、对S2步骤生成的匹配滤波后的IQ数据进行符号同步和载波同步，生成IQ数据序列y(n)；其中n为≥0的自然数；
S4、对S3步骤生成的IQ数据序列y(n)进行数字解调，生成参考IQ数据序列x’(n)；
S5、对S3步骤生成的IQ数据序列y(n)和步骤4生成的参考IQ数据序列x’(n)分别进行快速傅里叶变换，分别生成相应序列的频域数据Y(ω)、X(ω)；ω为≥0的自然数；
S6、用S5步骤生成的频域数据Y(ω)、X(ω)进行频域通道估计，生成通道补偿滤波器频域响应G(ω)；
S7、对S6步骤生成的通道补偿滤波器频域响应G(ω)进行线性平滑滤波，生成平滑后的通道补偿滤波器频域响应G(s)；
S8、对S7步骤生成的平滑后的通道补偿滤波器频域响应G(s)进行快速傅里叶逆变换，生成通道补偿滤波器时域冲激响应g(n)；
S9、用S8步骤生成的通道补偿滤波器时域冲激响应g(n)作为滤波器系数，对S3步骤生成的IQ数据序列y(n)进行滤波，得到通道均衡后的IQ数据。
2.如权利要求1所述的一种基于频域参数估计的矢量信号分析仪通道补偿方法，其特征在于，
所述的矢量信号分析仪接收IQ数据中，设x(n)序列为输入符号序列，发送端成形滤波器的传输特性为GT(ω)，传输通道的传输特性为C(ω)，接收端匹配滤波器的传输特性为GR(ω)，则基带传输系统的总传输特性为：H(ω)=GT(ω)C(ω)GR(ω)；
另由信号与系统中系统函数特性可知：H(ω)=Y(ω)/X(ω)；
所述的y(n)是IQ数据经过符号同步和载波同步后得到的，y(n)再经过抽样判决后可得x’(n)，x(n)=x’(n)；
所述的Y(ω)、X(ω)是对y(n)、x’(n)分别进行快速傅里叶变换后的频域数据；
根据求出的基带传输系统的传输特性H(ω)可得到通道补偿滤波器频域响应G(ω)=1/H(ω)=X(ω)/Y(ω)；
对通道补偿滤波器频域响应G(ω)进行平滑滤波后,再求快速傅里叶逆变换，即得到通道补偿滤波器冲激响应系数g(n)，用其对y(n)序列进行滤波即实现了通道均衡。
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