CN112217579B - 一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生及装置，解决现有方法和装置产误差矢量幅度不可设的问题。所述方法，包含：对二进制数据串并转换、电平转换和星座图映射产生I路和Q路映射数据；设置误差矢量幅度期望值计算信噪比，在I路和Q路映射数据中加入该信噪比的高斯白噪声，成型滤波，上变频和相位调制，再数模转换上变频后输出射频矢量信号；测量射频矢量信号的EVM，若该值与误差矢量幅度期望值差的绝对值不小于设置容差，则进行预失真处理得到更新中频数字矢量信号代替中频数字矢量信号，重复进行数模转换、上变频，直到误差矢量幅度测量值小于设置容差。所述装置使用所述方法。本发明实现了EVM可设的矢量信号生成。

Description

一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生及装置

技术领域

本发明涉及宽带矢量信号产生领域，尤其涉及一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生及装置。

背景技术

通信系统对通信信号的要求日益增高，宽带矢量信号因具有传输速率快、调制阶数高、带宽大等优点，被广泛应用到5G通信、星间链路通信等众多领域之中。在通信链路性能极限测试以及矢量信号分析仪全量程误差矢量幅度校准等领域中，需要宽带矢量信号的误差矢量幅度是可变的，而传统的宽带矢量信号产生装置所产生的信号误差矢量幅度是固定的，这限制了相关通信系统的设计、开发与验证。因此，本专利提出一种误差矢量幅度可调的宽带矢量信号产生装置及方法，可提供误差矢量幅度连续可调的宽带矢量信号，满足宽带通信领域相关技术的发展需求。

发明内容

本发明提供一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生及装置，解决现有方法和装置产生的矢量信号误差矢量幅度不可设的问题。

为解决上述问题，本发明是这样实现的：

本发明实施例提出一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法，包含以下步骤：先对二进制数据串并转换产生二进制I路和二进制Q路数据，再进行电平转换变换为具有多电平的多进制I路数据和多进制Q路数据，再进行星座图映射产生I路映射数据和Q路映射数据；设置误差矢量幅度期望值，根据所述误差矢量幅度期望值计算信噪比得到预设信噪比后，在所述I路映射数据和Q路映射数据中均加入所述预设信噪比的高斯白噪声，然后进行成型滤波，上变频和相位调制后生成中频数字矢量信号；将所述中频数字矢量信号数模转换后生成中频模拟矢量信号，上变频后输出射频矢量信号；通过高速示波器测量所述射频矢量信号的误差矢量幅度值，确定输出的矢量信号：若误差矢量幅度测量值与所述误差矢量幅度期望值之差的绝对值小于设置容差，则所述射频矢量信号为输出的矢量信号；否则，对所述射频矢量信号进行预失真处理，得到更新中频数字矢量信号代替所述中频数字矢量信号后，再次进行数模转换、上变频和测量误差矢量幅度值，直到误差矢量幅度测量值小于所述设置容差，确定出对应的射频矢量信号为输出的矢量信号。

优选地，所述对所述射频矢量信号进行预失真处理的步骤，进一步包含：计算所述中频数字矢量信号的频率，测量所述射频矢量信号的频谱，计算系统响应为H_e(f)＝Y_m(f)/Y_i(f)；计算所述更新中频数字矢量信号的频谱为X_r(f)＝Y_ideal(f)/H_e(f)，对所述更新中频数字矢量信号的频谱进行逆傅里叶变换，得到所述更新中频数字矢量信号；其中，H_e(f)为所述系统响应，Y_m(f)为所述射频矢量信号的频谱，Y_i(f)为所述中频数字矢量信号的频谱，X_r(f)为所述更新中频数字矢量信号的频谱，Y_ideal(f)为理想中频数字矢量信号的频谱。

优选地，所述通过高速示波器测量射频矢量信号的误差矢量幅度值的方法，进一步包含：先修正高速示波器测量误差，再对修正测量误差后的射频矢量信号与两路相位相差90°的本地载波相乘，得到两路基带矢量信号，对所述两路基带矢量信号匹配滤波和定时恢复，得到I路和Q路最佳估计值；根据所述I路和Q路最佳估计值得到所述射频矢量信号的星座图，修正相位旋转后计算得到所述误差矢量幅度测量值。

优选地，所述误差矢量幅度期望值为小于1％。

优选地，所述设置容差小于所述误差矢量幅度期望值的0.1倍。

优选地，所述进行电平转换变换为具有多电平的多进制I路数据和多进制Q路数据的方式为16QAM。

优选地，所述进行星座图映射产生I路映射数据和Q路映射数据的方式为格雷映射。

本发明实施例还提出一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生装置，使用任一项所述方法，包含：计算机，用于生成具有误差矢量幅度期望值的中频数字矢量信号，还用于接收高速示波器输出的射频矢量信号的幅度测量值，进行预失真处理；任意波形发生器，用于接收所述中频数字矢量信号，数模变换后生成中频模拟矢量信号；上变频器，用于接收所述中频模拟矢量信号，上变频后生成射频矢量信号；高速示波器，用于接收所述射频矢量信号，进行幅度测量，输出所述幅度测量值；时钟模块，用于为所述任意波形发生器、上变频器和高速示波器提供相参的时钟信号。

本发明有益效果包括：本发明提供的矢量信号产生方法和装置，产生的矢量信号EVM(误差矢量幅度)可根据需求设定，可提供误差矢量幅度连续可调的矢量信号，该矢量信号可以为宽带信号，可为通信链路性能极限测试以及矢量信号分析仪全量程误差矢量幅度校准等应用提供误差矢量幅度连续可调的宽带矢量信号，满足宽带通信领域相关技术的发展需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法流程实施例；

图2为中频数字矢量信号生成方法实施例；

图3为包含预失真处理的矢量信号产生方法流程实施例；

图4为一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生装置实施例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明创新点如下：第一，现有技术的矢量信号的EVM为固定值不可更改和设定，而本发明通过可计算机产生EVM值可设的中频数字矢量信号，模数转换上变频后输出为满足需求的射频矢量信号；第二，本发明可通过高速示波器采集射频矢量信号幅度进行预失真处理，可保证产生的射频矢量信号的EVM值完全满足需求。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

图1为一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法流程实施例，可用于产生本发明射频矢量信号，作为本发明实施例，一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法，具体包含以下步骤：

步骤101，先对二进制数据串并转换产生二进制I路和二进制Q路数据，再进行电平转换变换为具有多电平的多进制I路数据和多进制Q路数据，再进行星座图映射产生I路映射数据和Q路映射数据。

在步骤101中，计算机对二进制数据进行串并变换，将数据分为I路、Q路，串并转换可以提高数据传输速率，二进制数据为通过软件生成的可用于产生矢量信号的数据。

在步骤101中，根据具体调制方式，对二进制I路和Q路数据分别进电平转换，将二进制数据变换为具有多电平的多进制数据，例如生成16QAM宽带矢量信号时，需要将二进制数据转化为分别具有4电平的四进制I、Q数据。

在步骤101中，多进制数据按照具体需求，选择不同映射规则进行星座图映射，例如格雷映射。需要说明的是，还可以采用其他映射方式生成I路映射数据和Q路映射数据，这里不做特别限定。

步骤102，设置误差矢量幅度期望值，根据所述误差矢量幅度期望值计算信噪比得到预设信噪比后，在所述I路映射数据和Q路映射数据中均加入所述预设信噪比的高斯白噪声，然后进行成型滤波，上变频和相位调制后生成中频数字矢量信号。

在步骤102中，所述误差矢量幅度期望值为可设定的数值，例如1％，也可以设定为其他需要的数值，这里不做特别限定。需要说明的是，现有技术中不可以对所述误差矢量幅度期望值进行设定，一般为某一固定数值，例如1.2％。

在步骤102中，根据所述误差矢量幅度期望值计算信噪比得到预设信噪比为：SNR＝-20×log10(EVM_q)，其中EVM_q为所述误差矢量幅度期望值，SNR为所述预设信噪比，单位dB，若EVM_q＝1％，则预设信噪比为40dB。

在步骤102中，成型滤波的目的是把无限带宽的理想信号变为可实现的有限带宽的信号。

在步骤102中，上变频和相位调制是指将中频载波分别与成型滤波后的I路和Q路信号进行相乘，其中与I路与Q路相乘的中频载波相位相差90°，将加入中频载波的I路和Q路信号相加，得到具有所述误差矢量幅度期望值的矢量信号波形，即所述中频数字矢量信号。

步骤103，将所述中频数字矢量信号数模转换后生成中频模拟矢量信号，上变频后输出射频矢量信号。

在步骤103中，计算机将所述中频数字矢量信号上传至任意波形发生器，任意波形发生器将所述中频数字矢量信号数模转换后生成中频模拟矢量信号，上变频器将所述中频模拟矢量信号上变频后输出所述射频矢量信号。

需要说明的是，所述射频矢量信号的中心频率可以为毫米波段，或者太赫兹波段，这里不做特别限定。

还需说明的是，所述射频矢量信号可以为宽带信号或者窄带信号，这里不做特别限定。

步骤104，通过高速示波器测量所述射频矢量信号的误差矢量幅度值，确定输出的矢量信号。

在步骤104中，高速示波器测量所述射频矢量信号的误差矢量幅度值的具体步骤为以下104A～104B：

步骤104A，先修正高速示波器测量误差，再对修正测量误差后的射频矢量信号与两路相位相差90°的本地载波相乘，得到两路基带矢量信号，对所述两路基带矢量信号匹配滤波和定时恢复，得到I路和Q路最佳估计值。

在步骤104A中，修正高速示波器测量误差，包括修正高速示波器时间误差、测量噪声、自身响应以及高速示波器与上变频器之间阻抗失配。

在步骤104A中，将修正测量误差后的矢量信号波形与两路相位相差90°的本地载波相乘，将两路信号分别进行匹配滤波，得到两路基带信号，对两路基带信号进行定时恢复，得到I路、Q路信号的最佳估计值。

步骤104B，根据所述I路和Q路最佳估计值得到所述射频矢量信号的星座图，修正相位旋转后计算得到所述误差矢量幅度测量值。

在步骤104B中，根据I路和Q路信号的最佳估计值，可以得到测得信号星座图，修正测得星座图的相位旋转，根据修正相位旋转的星座图，可计算测得所述射频矢量信号的误差矢量幅度。

在步骤104中，若误差矢量幅度测量值与所述误差矢量幅度期望值之差的绝对值小于设置容差，则所述射频矢量信号为输出的矢量信号；否则，对所述射频矢量信号进行预失真处理，得到更新中频数字矢量信号代替所述中频数字矢量信号后，再次进行数模转换、上变频和测量误差矢量幅度值，直到误差矢量幅度测量值小于所述设置容差，确定出对应的射频矢量信号为输出的矢量信号。

优选地，所述设置容差小于所述误差矢量幅度期望值的0.1倍，需要说明的是，所述设置容差还可以其他数值，这里不做特别限定。

在步骤104中，所述对所述射频矢量信号进行预失真处理的步骤，进一步包含以下104C～104D：

步骤104C，计算所述中频数字矢量信号的频率，测量所述射频矢量信号的频谱，计算系统响应为H_e(f)＝Y_m(f)/Y_i(f)。

其中，H_e(f)为所述系统响应，Y_m(f)为所述射频矢量信号的频谱，Y_i(f)为所述中频数字矢量信号的频谱。

步骤104D，计算所述更新中频数字矢量信号的频谱为X_r(f)＝Y_ideal(f)/H_e(f)，对所述更新中频数字矢量信号的频谱进行逆傅里叶变换，得到所述更新中频数字矢量信号。

在步骤104D中，X_r(f)为所述更新中频数字矢量信号的频谱，Y_ideal(f)为理想中频数字矢量信号的频谱，为第一次通过步骤102产生的中频数字矢量信号，也就是说第一次使用本方法产生的中频数字矢量信号即为所述理想中频数字矢量信号，通过迭代不断更新中频数字矢量信号。

在步骤104中，用所述更新中频数字矢量信号代替原有的所述中频数字矢量信号，继续步骤103中的数模转换和上变频后，用高速示波器采集信号的误差矢量幅度，直到采集的误差矢量幅度测量值小于所述设置容差，否则不断进行预失真处理。

需要说明的是，由于数模转换、上变频和高速示波器采集误差矢量幅度测量值的过程存在系统固定或随机误差，因此使得产生的射频矢量信号的EVM与所述误差矢量幅度期望值存在偏差，需要进行预失真处理。

本发明实施例提供的误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法，产生的射频矢量信号的EVM值可根据需求设定，可为通信链路性能极限测试以及矢量信号分析仪全量程误差矢量幅度校准等应用提供误差矢量幅度连续可调的宽带矢量信号，满足宽带通信领域相关技术的发展需求。

图2为中频数字矢量信号生成方法实施例，可用于生成本发明需要的中频数字矢量信号，具体地，

计算机先对二进制数据进行串并变换，将数据分为二进制I路数据和二进制Q路数据，根据具体调制方式，对二进制I路数据和二进制Q路数据分别进电平转换，将二进制数据变换为具有多电平的多进制数据，即多进制I路数据和多进制Q路数据，多进制I路数据和多进制Q路数据按照具体需求，选择不同映射规则进行星座图映射，产生I路映射数据和Q路映射数据。

设置误差矢量幅度期望值，例如1％，根据所述误差矢量幅度期望值计算信噪比得到预设信噪比，在所述I路映射数据和Q路映射数据中均加入所述预设信噪比的高斯白噪声。

对加入高斯白噪声后的I路和Q路数据分别进行成型滤波，减小传输时的码间干扰；将中频载波与成型滤波后的I路和Q路信号进行相乘，其中与I路相乘的中频载波和与Q路相乘的中频载波相位相差90°。

将加入中频载波的I路和Q路信号相加，得到具有期望EVM的矢量信号波形，即所述中频数字矢量信号。

图3为包含预失真处理的矢量信号产生方法流程实施例，为本发明产生射频矢量信号的具体过程，作为本发明实施例，一种矢量信号产生方法，包含以下步骤：

步骤201，确定设置容差的数值。

在步骤201中，首先确定所述设置容差的数值，所述设置容差用于判断上变频器输出的射频矢量信号EVM值是否满足期望。

步骤202，将生成的具有差矢量幅度期望值的中频数字矢量信号波形上传至任意波形发生器产生中频模拟矢量信号。

在步骤202中，计算机将生成的具有期望EVM的中频数字矢量信号波形上传至任意波形发生器，任意波形发生器将上传的矢量信号波形转化为中频模拟矢量信号输出。

步骤203，通过上变频器对所述中频模拟矢量信号上变频得到射频矢量信号。

在步骤203中，上变频器改变中频模拟矢量信号载波频率，扩展矢量信号载波频率范围。

步骤204，通过高速示波器测量所述射频矢量信号的误差矢量幅度值。

在步骤204中，所述通过高速示波器测量所述射频矢量信号的误差矢量幅度值的具体方法已在第一实施例中介绍，这里不重复论述。

步骤205，对误差矢量幅度测量值进行判断，若所述误差矢量幅度测量值与所述误差矢量幅度期望值之差的绝对值小于容差，则产生的射频矢量信号满足要求，否则，若所述误差矢量幅度测量值与所述误差矢量幅度期望值之差的绝对值大于等于容差，则对所述射频矢量信号进行预失真处理。

步骤206，计算所述中频数字矢量信号的频谱Y_i(f)。

步骤207，计算高速示波器输出的射频矢量信号的幅度值的频谱Y_m(f)。

在步骤207中，测得射频矢量信号即为高速示波器测量得到的射频矢量信号的幅度值。

步骤208，计算系统响应H_e(f)＝Y_m(f)/Y_i(f)。

步骤209，计算更新中频数字矢量信号的频谱X_r(f)＝Y_ideal(f)/H_e(f)。

步骤210，计算更新中频数字矢量信号的时域波形，并代替原有的所述中频数字矢量信号，继续步骤202。

在步骤210中，计算更新中频数字矢量信号的时域波形的方式可以为快速逆傅里叶变换，即x_r(t)＝ifft(X_r(f))。

在步骤210中，完成中频数字矢量信号更新后重新进入步骤202，直到所述误差矢量幅度测量值与所述误差矢量幅度期望值之差的绝对值小于容差。

本发明实施例提供的方法可测量太赫兹宽带调制信号，可广泛应用于通信领域。

图4为一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生装置实施例，可使用本发明任意一个方法实施例，作为本发明实施例，误差矢量幅度可调的矢量信号产生装置，包含：计算机1，任意波形发生器2，上变频器3，时钟模块4，高速示波器5。

所述计算机，用于生成具有误差矢量幅度期望值的中频数字矢量信号，还用于接收高速示波器输出的射频矢量信号的幅度测量值，进行预失真处理；所述任意波形发生器，用于接收所述中频数字矢量信号，数模变换后生成中频模拟矢量信号；所述上变频器，用于接收所述中频模拟矢量信号，上变频后生成射频矢量信号；所述高速示波器，用于接收所述射频矢量信号，进行幅度测量，输出所述幅度测量值；所述时钟模块，用于为所述任意波形发生器、上变频器和高速示波器提供相参的时钟信号。

在本实施例中，所述计算机利用信号产生算法生成误差矢量可调的中频数字矢量信号波形，上传生成信号至任意波形发生器；任意波形发生器将中频数字矢量信号波形转化为模拟信号输出中频模拟矢量信号至上变频器，上变频器改变中频模拟矢量信号的载波频率输出射频矢量信号；高速示波器对射频矢量信号进行测量，上位机结合上传至任意波形发生器的中频数字矢量信号波形，进行预失真处理，更新上传至任意波形发生器的中频数字矢量信号波形。上位机重复预失真处理，直到经高速示波器定标后的射频矢量信号的误差矢量幅度测量值满足要求，实现误差矢量幅度可调的射频矢量信号产生；时钟模块产生相参的参考时钟，为任意波形发生器、上变频器及高速示波器提供参考时钟信号，保证系统同步。

在本实施例中，计算机可采集高速示波器测量数据、运行宽带矢量信号波形产生算法、将波形上传至任意波形发生器、运行预失真算法以及波形解调算法。

本发明实施例提供的装置可产生太赫兹宽带调制信号，满足宽带通信领域相关技术的发展需求。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法，其特征在于，包含以下步骤：

先对二进制数据串并转换产生二进制I路和二进制Q路数据，再进行电平转换变换为具有多电平的多进制I路数据和多进制Q路数据，再进行星座图映射产生I路映射数据和Q路映射数据；

设置误差矢量幅度期望值，根据所述误差矢量幅度期望值计算信噪比得到预设信噪比后，在所述I路映射数据和Q路映射数据中均加入所述预设信噪比的高斯白噪声，然后进行成型滤波，上变频和相位调制后生成中频数字矢量信号；

将所述中频数字矢量信号数模转换后生成中频模拟矢量信号，上变频后输出射频矢量信号；

通过高速示波器测量所述射频矢量信号的误差矢量幅度值，确定输出的矢量信号：

若误差矢量幅度测量值与所述误差矢量幅度期望值之差的绝对值小于设置容差，则所述射频矢量信号为输出的矢量信号；

否则，对所述射频矢量信号进行预失真处理，得到更新中频数字矢量信号代替所述中频数字矢量信号后，再次进行数模转换、上变频和测量误差矢量幅度值，直到误差矢量幅度测量值小于所述设置容差，确定出对应的射频矢量信号为输出的矢量信号。

2.如权利要求1所述的误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法，其特征在于，所述对所述射频矢量信号进行预失真处理的步骤，进一步包含：

计算所述中频数字矢量信号的频率，测量所述射频矢量信号的频谱，计算系统响应为H_e(f)＝Y_m(f)/Y_i(f)；

计算所述更新中频数字矢量信号的频谱为X_r(f)＝Y_ideal(f)/H_e(f)，对所述更新中频数字矢量信号的频谱进行逆傅里叶变换，得到所述更新中频数字矢量信号；

其中，H_e(f)为所述系统响应，Y_m(f)为所述射频矢量信号的频谱，Y_i(f)为所述中频数字矢量信号的频谱，X_r(f)为所述更新中频数字矢量信号的频谱，Y_ideal(f)为理想中频数字矢量信号的频谱。

3.如权利要求1所述的误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法，其特征在于，所述通过高速示波器测量射频矢量信号的误差矢量幅度值的方法，进一步包含：

先修正高速示波器测量误差，再对修正测量误差后的射频矢量信号与两路相位相差90°的本地载波相乘，得到两路基带矢量信号，对所述两路基带矢量信号匹配滤波和定时恢复，得到I路和Q路最佳估计值；

根据所述I路和Q路最佳估计值得到所述射频矢量信号的星座图，修正相位旋转后计算得到所述误差矢量幅度测量值。

4.如权利要求1所述的误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法，其特征在于，所述误差矢量幅度期望值为小于1％。

5.如权利要求1所述的误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法，其特征在于，所述设置容差小于所述误差矢量幅度期望值的0.1倍。

6.如权利要求1所述的误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法，其特征在于，所述进行电平转换变换为具有多电平的多进制I路数据和多进制Q路数据的方式为16QAM。

7.如权利要求1所述的误差矢量幅度可调的矢量信号产生方法，其特征在于，所述进行星座图映射产生I路映射数据和Q路映射数据的方式为格雷映射。

8.一种误差矢量幅度可调的矢量信号产生装置，使用权利要求1～7任一项所述方法，其特征在于，包含：

计算机，用于生成具有误差矢量幅度期望值的中频数字矢量信号，还用于接收高速示波器输出的射频矢量信号的幅度测量值，进行预失真处理；

任意波形发生器，用于接收所述中频数字矢量信号，数模变换后生成中频模拟矢量信号；

上变频器，用于接收所述中频模拟矢量信号，上变频后生成射频矢量信号；

高速示波器，用于接收所述射频矢量信号，进行幅度测量，输出所述幅度测量值；

时钟模块，用于为所述任意波形发生器、上变频器和高速示波器提供相参的时钟信号。

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