CN107276694A - 一种误差向量幅度测量的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种误差向量幅度测量的装置和方法，包括：1)对获得的接收星座点，进行星座点判决，确定所述接收星座点对应的理想星座点；2)将所述理想星座点和所述接收星座点进行矢量相除，获得信道估计纠正值；3)重复步骤1)和2)，之后，针对一个子载波，对所有的所述信道估计纠正值进行平均，获得一个子载波的信道估计纠正值的平均值；4)重复步骤1)、2)和3)，获得所有子载波各自所对应的信道估计纠正值的平均值；5)将所述步骤1)中的所述接收星座点与所述对应的信道估计纠正值的平均值进行矢量相乘，获得纠正的接收星座点；6)通过所述理想星座点和所述纠正的接收星座点进行误差向量幅度计算。本发明提出的基于反馈判决的误差向量幅度(EVM)测量方法，可以克服信道估计不准确对EVM测量带来的影响，提高EVM测量的准确性。

Description

一种误差向量幅度测量的装置和方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别是涉及一种误差向量幅度测量的装置和方法。

背景技术

在现代无线通信系统中，由于调制器的调制误差、射频器件质量不可能达到理想情况、锁相环噪声、高斯白噪声和系统设计方案甚至环境温度的变化，接收端实际接收到的数字调制信号与理想信号在幅度、相位以及频率上都存在着一定差异，这些差异在I/Q平面上表现为测量信号与标准星座点在幅度和相位上的差异。

误差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)，表征的是调制精度，是衡量无线通信系统中数字调制质量的一项关键指标。误差向量(包括幅度和相位的矢量)是在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，如图1所示，它能全面衡量调制信号的幅度误差和相位误差。

EVM定义为误差矢量信号平均功率的均方根值与理想信号平均功率的均方根值之比，并以百分比或dB的形式表示。EVM越大说明发送信号质量越差，反之则信号质量高。EVM的计算公式如下式：

其中S_i,j ^*是理想信号，S_i,j’是实际信号，M表示每个符号中的子载波数，N表示系统中的符号数。

EVM的测量为无线通信系统发射机的重要指标之一。如何准确测量EVM也成为无线测试仪器的关键技术之一，许多相关论文与专利对此进行了研究。

在现有EVM的测量中，信号首先经过调制、频偏纠正、信道估计、均衡之后获得接收星座点位置，再经过星座点判决得到上述信号的理想星座点位置(包括幅度和相位信息)，通过上述EVM计算公式计算出信号中每个星座点的EVM，进行平均后，获得平均EVM。

但是，在信道估计中，一般是针对有限数目的导频信号实现的，难以实现准确的信道估计。信道估计的不准确，将对均衡后星座点的位置产生误差，进而影响EVM测量的准确性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种误差向量幅度测量的装置和方法，用于解决现有技术中信道估计不准确导致的EVM测量结果不准确的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种误差向量幅度测量的方法，所述方法至少包括：

1)对获得的接收星座点，进行星座点判决，确定所述接收星座点对应的理想星座点；

2)将所述理想星座点和所述接收星座点进行矢量相除，获得信道估计纠正值；

3)针对一个子载波，重复步骤1)和2)，之后对所有的所述信道估计纠正值进行平均，获得这一个子载波的信道估计纠正值的平均值；

4)重复步骤1)、2)和3)，获得所有子载波各自所对应的信道估计纠正值的平均值；

5)将所述步骤1)中的所述接收星座点与对应的所述信道估计纠正值的平均值进行矢量相乘，获得纠正的接收星座点；

6)通过所述理想星座点和所述纠正的接收星座点进行误差向量幅度计算。

作为本发明误差向量幅度测量的方法的一种优化的方案，所述步骤1)中，依次通过频偏纠正、信道估计与均衡步骤后，获得发送信号的接收星座点S_i,j，其中，若在多载波系统中，i表示子载波序号，j表示符号序号；若在单载波系统中，i则恒定为0，j表示符号序号。

作为本发明误差向量幅度测量的方法的一种优化的方案，所述步骤1)中，根据星座调制方式进行星座点判决，确定所述接收星座点对应的理想星座点S_i,j*。

作为本发明误差向量幅度测量的方法的一种优化的方案，所述步骤2)中，所述信道估计纠正值R_i,j＝S_i,j*/S_i,j，获得的所述信道估计纠正值为复数。

作为本发明误差向量幅度测量的方法的一种优化的方案，所述步骤3)中获得的第i个子载波的信道估计纠正值的平均值，用R_i表示，用于第i个子载波中所有星座点的EVM计算。

作为本发明误差向量幅度测量的方法的一种优化的方案，所述步骤5)中所述纠正的接收星座点用S_i,j’表示，S_i,j’＝S_i,j×R_i。作为本发明误差向量幅度测量的方法的一种优化的方案，所述步骤6)中，通过如下公式进行误差向量幅度计算：

其中S_i,j ^*为理想星座点，S_i,j’为接收星座点，M表示每个符号中的子载波数，N表示系统中的符号数。

本发明还提供一种实现上述方法的误差向量幅度测量的装置，所述装置至少包括：

星座点判决模块，进行星座点判决，确定所述接收星座点对应的理想星座点；

信道估计纠正值计算模块，根据所述理想星座点和所述接收星座点计算生成信道估计纠正值，并对一个子载波中的所有信道估计纠正值进行平均，输出所述信道估计纠正值的平均值；

星座点纠正模块，根据所述接收星座点与对应的所述信道估计纠正值的平均值计算生成纠正的接收星座点；

EVM计算模块，根据所述理想星座点和所述纠正的接收星座点生成并输出EVM测量结果。

如上所述，本发明的误差向量幅度测量的装置和方法，包括：1)对获得的发送信号的接收星座点，进行星座点判决，确定所述接收星座点对应的理想星座点；2)将所述理想星座点和所述接收星座点进行矢量相除，获得信道估计纠正值；3)重复步骤1)和2)，之后对所有的所述信道估计纠正值进行平均，获得一个子载波的信道估计纠正值的平均值；4)将所述步骤1)中的所述接收星座点与所述信道估计纠正值的平均值进行矢量相乘，获得纠正的接收星座点；5)通过所述理想星座点和所述纠正的接收星座点进行误差向量幅度计算。本专利提出的方法在均衡步骤之后加入反馈判决模块，可以克服信道估计不准确对EVM测量带来的影响，提高EVM测量的准确性。另外本专利可应用于单载波系统、多载波系统(OFDM)等通信系统中的EVM测量，应用范围广，且简单易行。

附图说明

图1为EVM定义图。

图2为本发明误差向量幅度测量的方法流程图。

图3为本发明误差向量幅度测量的方法的另一流程图。

图4为本发明误差向量幅度测量的装置示意图。

图5为现有技术中测量方法均衡后获得的星座点。

图6为现有技术中测量方法均衡后获得的子载波的星座点的幅值变化图。

图7为本发明中测量方法均衡后经过反馈判决纠正获得的星座点。

图8为本发明中测量方法均衡后经过反馈判决纠正获得的子载波的星座点的幅值变化图。

元件标号说明

S1～S5 步骤

101 星座点判决模块

102 信道估计纠正值计算模块

103 星座点纠正模块

104 EVM计算模块，

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

误差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)表征的是调制精度，是衡量无线通信系统中，数字调制质量的一项关键指标。在EVM测量中，首先需要对射频信号进行信道估计与均衡处理，然后进行EVM的测量。由于信道估计一般是针对少数的导频信号来实现的，因此可能会存在少许误差。信道估计的少许误差，将给均衡后的星座点带来误差，进而影响EVM测量的准确度。

本发明提供一种误差向量幅度(EVM)测量的装置和方法，该方法是基于反馈判决来进行的，即在信号经过频偏估计、信道估计、均衡获得接收星座点之后，进行反馈判决，根据反馈判决的结果，获得信道估计纠正值(信道估计值乘以信道估计纠正值后，可以认为是准确的信道估计值)，对均衡后星座点进行纠正，获得准确的星座点。通过对纠正后星座点进行EVM的测量，提升EVM测量的准确度。

本方法简单实用，克服了信道估计不准确对EVM测量带来的影响，有效提升EVM测量的准确度。

下面对本发明的误差向量幅度测量的方法做进一步描述。

如图2所示，本发明提供一种误差向量幅度测量的方法，所述方法至少包括如下步骤：

首先执行步骤S1，对获得的发送信号的接收星座点，进行星座点判决，确定所述接收星座点对应的理想星座点。

本步骤中，如图3所示，对接收到的信号，依次通过频偏纠正、信道估计与均衡步骤后，获得发送信号的接收星座点，该接收星座点用S_i,j表示，其中，若在多载波系统(例如OFDM系统)中，i表示子载波序号，j表示OFDM符号序号；若在单载波系统中，i则恒定为0，j表示符号序号。所述频偏纠正、信道估计与均衡采用现有常规方法进行即可，所述信道估计是为了获得每一个子载波上的信道估计值。所述均衡是将每一个子载波的接收数据除以信道估计值，即为本发明的接收星座点。若一个子载波上的信道估计值存在偏差，则本步骤获得接收星座点数据也就存在偏差，需要补偿纠正。

获得接收星座点之后，根据已知的星座调制方式，确定所述接收星座点对应的理想星座点。

如图3所示，获得的理想星座点用S_i,j*表示，星座点包含了幅度和相位信息。

然后执行步骤S2，将所述理想星座点和所述接收星座点进行矢量相除，获得信道估计纠正值。

如图3所示，将均衡后得到的接收星座点S_i,j，与经过星座点判决得到的理想星座点S_i,j*进行比较，得到均衡后接收星座点S_i,j与理想星座点S_i,j*关于幅度和相位上的比例系数，即将2个星座点进行矢量相除，获得一个复数，分别表示幅度与相位的比例系数，以此为此星座点的信道估计纠正值R_i,j，R_i,j＝S_i,j*/S_i,j。

接着执行步骤S3，针对一个子载波，重复步骤S1和S2，之后对所有的所述信道估计纠正值进行平均，获得这一个子载波的信道估计纠正值的平均值。

进行一次步骤S1和S2，则获得一个子载波上的一个星座点的信道估计纠正值，然后重复步骤S1和S2，则可以获得这一子载波上的所有信道估计纠正值，进行平均后，得到这一子载波(例如第i个子载波)上的信道估计纠正值的平均值R_i(如图3所示)，这个信道估计纠正值的平均值R_i将用于这一子载波上所有接收星座点的数据补偿纠正。

接着执行步骤S4，重复步骤1)、2)和3)，获得所有子载波各自所对应的信道估计纠正值的平均值。

接着执行步骤S5，将所述步骤S1中的所述接收星座点与对应的所述信道估计纠正值的平均值进行矢量相乘，获得纠正的接收星座点。

本步骤中，使用上述得到的信道估计纠正值的平均值R_i，对经过信道估计、均衡后的接收星座点S_i,j’进行纠正，即将接收星座点S_i,j’与信道估计纠正值的平均值R_i进行矢量相乘，分别纠正信道估计不准确导致的幅度与相位的误差，从而获得准确的纠正后的接收星座点S_i,j’，S_i,j’＝S_i,j×R_i。

纠正完一个子载波的星座点后，根据上述方法，可以继续纠正下一子载波的星座点数据，直至获得所有的接收星座点的纠正值。

最后执行步骤S6，通过所述理想星座点和所述纠正的接收星座点进行误差向量幅度计算。

具体地，本步骤通过如下公式进行误差向量幅度计算：

其中S_i,j ^*为理想星座点，S_i,j’为接收星座点，M表示每个符号中的子载波数，N表示系统中的符号数。

本发明针对信道估计不准确导致的信号接收星座点位置产生的误差，提出一种基于反馈判决的EVM测量方法，通过反馈判决方式获得信道估计纠正值，使用信道估计纠正值对星座点进行纠正，可以有效提高信道估计的准确性，从而获得更加准确的EVM测量结果。

如图4所示，本发明还提供一种误差向量幅度测量的装置，利用该装置可以实现上述误差向量幅度测量的方法，所述装置至少包括：

星座点判决模块101，进行星座点判决，确定所述接收星座点对应的理想星座点；

信道估计纠正值计算模块102，根据所述理想星座点和所述接收星座点计算生成信道估计纠正值，并对生成的所有的信道估计纠正值进行平均，输出一个子载波的所述信道估计纠正值的平均值；

星座点纠正模块103，根据所述接收星座点与对应的所述信道估计纠正值的平均值计算生成纠正的接收星座点；

EVM计算模块104，根据所述理想星座点和所述纠正的接收星座点生成并输出EVM测量结果。

下面为本发明一个具体实施例：

无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN)利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号。作为传统布线网络的一种替代方案或延伸，无线局域网把个人从办公桌边解放了出来，使他们可以随时随地获取信息，提高了员工的办公效率。

IEEE 802.11ac作为第五代无线局域网标准，于2013年底正式颁布。它采用了多种先进的技术，如高带宽、高阶调制、MU-MIMO技术等，将最高吞吐量提升至6.93Gbps。因此，针对IEEE 802.11ac的EVM测试成为当前无线测试技术的重点。

下面是针对IEEE 802.11ac的对比测试。针对80MHz带宽、MCS为1、QPSK调制方式的场景进行EVM测量。

当利用现有技术的测量方法时，可以在图5看到，经过均衡后星座点略微有些散乱；图6中横坐标表示子载波序号，纵坐标表示星座点的幅值。可以看出，针对一个特定的子载波，幅值总体上尚存在一定的偏差，这是由于信道估计的不准确性造成的。针对图5的星座点，EVM测量的结果为-39.9812dB。

当应用本发明提出的方法后，应用反馈判决，对均衡后的星座点进行纠正。从图7可以看到，经过纠正后星座点集中度提升了；从图8的每个子载波的幅值来看，针对一个特定子载波，幅值上并没有看出存在整体的偏差。EVM测量的结果为-43.0780dB。提升约3.1dB的性能。

通过以上实测数据的对比，可以看出，本专利提出的方法通过对信道估计，进行一次反馈判决，根据反馈判决的结果，获得信道估计纠正值，再对均衡后星座点进行纠正，获得准确的星座点。通过对准确星座点进行EVM计算，提升EVM测量的准确度。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种误差向量幅度测量的方法，其特征在于，所述方法至少包括：

1)对获得的接收星座点，进行星座点判决，确定所述接收星座点对应的理想星座点；

2)将所述理想星座点和所述接收星座点进行矢量相除，获得信道估计纠正值；

3)针对一个子载波，重复步骤1)和2)，之后对所有的所述信道估计纠正值进行平均，获得这一个子载波的信道估计纠正值的平均值；

4)重复步骤1)、2)和3)，获得所有子载波各自所对应的信道估计纠正值的平均值；

5)将所述接收星座点与对应的所述信道估计纠正值的平均值进行矢量相乘，获得纠正的接收星座点；

6)通过所述理想星座点和所述纠正的接收星座点进行误差向量幅度计算。

2.根据权利要求1所述的误差向量幅度测量的方法，其特征在于：所述步骤1)中，依次通过频偏纠正、信道估计与均衡步骤后，获得接收星座点S_i,j，其中，若在多载波系统中，i表示子载波序号，j表示符号序号；若在单载波系统中，i则恒定为0，j表示符号序号。

3.根据权利要求2所述的误差向量幅度测量的方法，其特征在于：所述步骤1)中，根据星座调制方式进行星座点判决，确定所述接收星座点对应的理想星座点S_i,j ^*。

4.根据权利要求3所述的误差向量幅度测量的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述信道估计纠正值R_i,j＝S_i,j ^*/S_i,j，获得的所述信道估计纠正值为复数。

5.根据权利要求4所述的误差向量幅度测量的方法，其特征在于：所述步骤3)中获得第i个子载波的信道估计纠正值的平均值，用R_i表示，这一平均值用于第i个子载波中所有星座点的EVM计算。

6.根据权利要求5所述的误差向量幅度测量的方法，其特征在于：所述步骤5)中所述纠正的接收星座点用S_i,j’表示，S_i,j’＝S_i,j×R_i。

7.根据权利要求6所述的误差向量幅度测量的方法，其特征在于：所述步骤6)中，通过如下公式进行误差向量幅度计算：

其中S_i,j ^*为理想星座点，S_i,j’为接收星座点，M表示每个符号中的子载波数，N表示系统中的符号数。

8.一种实现权利要求1～7任一项所述方法的误差向量幅度测量的装置，其特征在于，所述装置至少包括：

星座点判决模块，进行星座点判决，确定所述接收星座点对应的理想星座点；

信道估计纠正值计算模块，根据所述理想星座点和所述接收星座点计算生成信道估计纠正值，并对一个子载波中的所有信道估计纠正值进行平均，输出所述信道估计纠正值的平均值；

星座点纠正模块，根据所述接收星座点与对应的所述信道估计纠正值的平均值计算生成纠正的接收星座点；

EVM计算模块，根据所述理想星座点和所述纠正的接收星座点生成并输出EVM测量结果。