CN1812295A - 一种3g终端的射频一致性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3G终端EVM指标的一致性测试方法，在该方法中，在终端进入12.2kbps呼叫的回环测试模式后，将接收到的解调之前的终端数据根据不同采样时刻分为L组，对每组数据进行频偏估计和初始相位估计，并根据各组数据分别计算EVM测量值，其中最小的EVM值即为终端的EVM指标，同时最小EVM值对应的那组数据计算得到的频偏和初始相位为系统的测试输出。根据本发明的方法，可以得到精确的频偏结果，并且降低了计算复杂度。

Description

一种3G终端的射频一致性测试方法

技术领域

本发明涉及码分多址(CDMA)移动通信技术领域，具体地说涉及3G终端射频一致性测试领域。

背景技术

一致性测试是近年来国际通信行业非常关注的研究领域，随着3G网络运营日期的临近，3G终端标准的研究和终端测试成为了当务之急。作为终端射频一致性测试的重要内容，EVM测试在终端设备研发、生产线测试以及射频故障定位等方面发挥着不可替代的作用。由于EVM测试客观上要求高速率的数据采样，同时需要精确地恢复参考信号，因此测试速度较慢、参考信号恢复困难以及测试精度不高一直是困扰EVM测试的难题，快速、准确、易于实现的EVM测试方法成为3G终端一致性测试领域的研究热点。

一致性测试是为了验证设备实现与相应协议标准的一致性，从而在相同的外部条件下进行相同的动作、输出相同的结果。在终端EVM指标一致性测试中，终端和测试仪表采用射频电缆的连接方式，应首先利用协议模拟器或基站与终端建立12.2kbps的呼叫，配置其进入回环测试模式。终端使用单码进行传输，闭环功率控制步进为1dB，其输出功率保持在-20dBm到-19dBm之间。信号的采样应从一个时隙的起始点开始直到该时隙结束，不包括该时隙的保护间隔。采样数据要经过与码片速率带宽相等的滚降系数为0.22的根升余弦滤波器，应选择频点、绝对相位、绝对幅度和采样时刻，使得误差矢量幅度最小，此时计算得到终端发射机的EVM指标。通过上述步骤的测试，符合协议要求的终端EVM指标应不超过17.5％。FDD模式终端和TDD模式终端在EVM测试规范和方法实现上没有本质区别，为了便于说明，以码片速率为1.28Mcps的TD-SCDMA终端为例做相关说明。

对于一致性测试规定的12.2Kbps测试信道，WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三种3G主流标准的终端均采用QPSK调制方式，因此EVM指标测试的对象是单码道的QPSK(四相移相键控)调制信号。

发明内容

本发明提供了一种3G终端EVM指标的一致性测试方法，在该方法中，在终端进入12.2kbps呼叫的回环测试模式后，将接收到的解调之前的终端数据根据不同采样时刻分为L组，对每组数据进行频偏估计和初始相位估计，并根据各组数据分别计算EVM测量值，其中最小的EVM值即为终端的EVM指标，同时最小EVM值对应的那组数据计算得到的频偏和初始相位为系统的测试输出。

根据本发明的技术方案，提供了一种3G终端的射频一致性测试方法，包括步骤：

(1)以采样速率Rs对终端接收到的信号数据进行采样，并且根据不同的采样时刻将采样后的信号数据分为L组数据，其中Rs＝LRc，Rc为数据的码片速率；

(2)对每组数据进行频偏估计，并且根据频偏估计得到每组数据的初始相位估计；

(3)通过以下公式计算各组数据的矢量误差幅度(EVM)，从所计算出的多个EVM中得到最小的EVM作为终端的EVM，并且将与最小EVM对应的数据组的频偏和初始相位为系统的测试输出：

其中Δf(i)、Δ(i)、A(i)分别为第i组数据的频偏、初始相位和幅度增益因子，EVMi为第i组数据计算得到的EVM指标，EVM、Δf和Δ分别为系统测试得到的终端的EVM指标、频偏和初始相位，R(n)为参考矢量，M(n)为测量矢量，i为数据分组的编号，k为某组数据的第k个采样点，ts为采样时间间隔，Nc为一个时隙的码片数。

本发明的射频一致性测试方法具有以下的技术优点：

(1)采用高倍速采样、数据分组的方式，以尽可能逼近最佳采样点，从而在工程上解决了最佳采样点判定的问题。在本发明中，将高倍速采样数据分组，每组分别进行频偏、初始相位估计，计算该组数据的EVM指标。由于最佳采样点的波形调制质量最好，因而最佳采样点对应数据组的EVM值也最小，将该组数据的EVM值作为测试得到的系统EVM指标，同时该组的频偏和初始相位也作为测试输出。

(2)频偏估计的精度直接影响了最终EVM估计的精度，同时计算的复杂度是工程中必须考虑的问题。本发明提出的频偏估计方法在高精度频偏估计效果的前提下大大节省了计算复杂度。

传统的频偏估计方法一般是在采样数据后补0，进行FFT运算。这种方法的计算量随着采样点数的增加和频偏精度要求的提高而成指数增长，同时其估计精度受限于FFT方法本身。本方法的频偏估计摒弃了一次估计的方法，而是采用先FFT后CZT的2次联合估计的方法，不仅可以满足频偏估计的精度要求，同时大大降低了计算复杂度。先采用较短长度的FFT的方法估计出频偏的粗略范围，方法是将采样数据序列末尾加0补齐到8192点，然后进行快速傅立叶变换(FFT)，得到8192点的计算结果，找出结果中的最大值及其编号，那么频偏的大概范围就是序号乘以156.25Hz。

然后用CZT在已经估计出的策略范围内进行CZT变换，具体方法是在先将采样数据末尾加0补齐到1000点，根据FFT已经估计出的粗略频偏在单位圆上在其±0.140625度上做CZT变换，此时频偏估计精度为1Hz。同样找出CZT结果中的最大值，将FFT粗略估计结果用CZT结果进行修正即得到精确估计的频率误差。

在得到精确频偏估计的前提下，本发明的方法能够得到精确的初始相位估计以及参考矢量。具体地说，根据频偏估计的结果将采样数据进行频偏校正(将数据对应项乘以e^-jktc2πΔf)，然后将变换后的数据相位减去 的整数倍从而映射到

的区域内，各点数据相位的均值就是初始相位的估计值。

参考矢量并不是实际存在的矢量，而是为了满足EVM求解条件(最小均方误差)的数学上的表达量。传统的做法是用标准的星座点逐步逼近测量矢量(M(n))，本方法是将测量矢量逐步逼近标准星座点。标准星座点只可能是1，j，-1，-j中的一个。测量矢量和标准星座点的差别表现在相位和幅度上的差异，通过频偏估计和初始相位估计，可以校正相位上的差异，通过功率增益因子(A)的估计可以校正幅度上的差异。各标准星座点的区别是其相位差为

的整数倍，将所有去除频偏、初始相位和功率增益影响的采样矢量统一映射到 的区域内与标准星座点1进行比较，得到误差矢量，从而计算出各组的EVM指标。

附图说明

图1示出了参考矢量与误差矢量之间的关系；

图2示出了实现本发明的测试方法的方框图；

图3示出了根据本发明的精确估计频偏的示意图。

具体实施方式

下面结合附图来描述本发明的终端一致性测试方法。

实际的数字调制信号与理想信号在幅度、相位以及频率上存在着一定差异，这些差异可以用I/Q平面上的误差矢量来表示，如附图1所示。EVM(Error Vector Magnitude)，即矢量误差幅度，定义了时域上数字调制信号与理想信号的精度误差，它在误差矢量e(n)和参考矢量r(n)之间建立关系，其结果表示为误差矢量幅度相对参考矢量幅度的百分比，EVM指标可以由(1)式计算得出。

$\mathrm{EVM}=\sqrt{\frac{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{|\stackrel{\→}{r\left(n\right)}-\stackrel{\→}{m\left(n\right)}|}^2}{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\stackrel{\→}{r\left(n\right)}\right|}^2}}*100\%=\sqrt{\frac{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\stackrel{\→}{e\left(n\right)}\right|}^2}{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\stackrel{\→}{r\left(n\right)}\right|}^2}}*100\%---\left(1\right)$

发射机调制波形质量、误差矢量幅度、EVM指标和信号星座图有着密切的关系。如果发射机调制波形质量恶化，那么误差矢量幅度将变大，同时必然导致EVM值的增大和星座图最佳采样点位置的发散。此时星座图的错误空间变小，将更容易引起临近符号的错误判决，从而导致传输误码增多。对于线性无记忆调制信号，系统的EVM值与调制方式无关，且近似等于系统SNR值平方根的倒数，因此可以用EVM指标来衡量系统的性能，判定端到端的传输特性。

根据终端EVM指标一致性测试要求，当且仅当终端频偏、初始相位、采样时刻以及各码道增益取值使得误差矢量幅度最小时才能得到终端的EVM指标。因此，考虑到频偏、初始相位、采样时刻对采样信号的影响以及单码传输情况，任意时刻的测量矢量M(n)可以表示为：

M(n)＝A(n)[R(n)+E(n)]e^{jΔ(n)+jn2πΔf(n)}n＝mt_s    (2)

其中m＝1，2，3......Ns，Ns为一个时隙总采样点数量，ts为采样时间间隔，是数据采样速率Rs的倒数，A(n)是接收信号的幅度增益因子，Δ(n)是接收信号的附加初始相位，Δf(n)为频率误差，R(n)为参考矢量，E(n)为误差矢量。因此，E(n)可以表示为：

由上式可知，如果在测量矢量的基础上消除频率误差、初始相位和幅度增益因子对信号的影响(在数学上是将M(n)除以A(n)e^{jΔ(n)+jn2πΔf(n)})，然后与参考矢量做差即可得到误差矢量。为了便于数字信号的处理，采样速率一般为信号码片速率的整数倍，若码片速率为Rc，采样速率Rs为码片速率Rc的L倍，E(n)进一步表示为：

其中i＝1，2，......L，k＝1，2，......Nc，Nc为一个时隙的码片数，L与Nc的积即等于Ns。信号的最佳采样点无码间干扰，抵御噪声的能力最强，因而其星座图最为集中，误差矢量幅度也最小。因此可以采用高速采样(或对采样数据进行理想内插)以尽可能逼近最佳采样时刻的方法，在不解调的前提下得到终端的EVM指标。EVM测试方法的方框图如附图2所示，首先根据不同的采样时刻((4)式中i的不同取值)将数据分为L组，可以认为各组数据的频偏、初始相位和幅度增益因子为常数。对每组数据进行频偏估计和初始相位估计，并根据各组数据分别计算EVM测量值。由于最佳采样点数据在星座图上最为集中，在各组数据中调制质量最好，故该组数据计算出来的EVM应为各组计算出EVM中的最小值，这一命题等价于此组数据的矢量误差幅度最小。因此应将各组数据计算得到的最小EVM值作为终端的EVM指标，同时把该组数据计算得到的频偏和初始相位作为系统的测试输出。

EVM测试方法的计算过程可以由(5)式表达出来，其中Δf(i)、Δ(i)、A(i)分别为第i组数据的频偏、初始相位和幅度增益因子，EVMi为第i组数据计算得到的EVM指标，EVM、Δf和Δ分别为系统测试得到的终端的EVM指标、频率偏差和初始相位。

频率偏差估计方法是EVM测试的基础，它的精度决定了最终EVM测试的精度。频偏估计要考虑待测系统的信号特点，特别是系统采用的调制方式，以尽可能减少方法的复杂度。终端射频一致性测试协议要求终端频偏不得超过±0.1ppm，假设系统载波为2GHz，则终端频偏不应超过+200Hz。因此对于终端EVM一致性测试方法，应至少可以估计±1KHz的频偏，频率偏差测量精度应至少达到±10Hz。

仍然以TD-SCDMA终端为例，在射频一致性测试条件下可以认为传播环境为AWGN信道，TD-SCDMA一个时隙码片数为848，因此数据分组后的任意一组数据可以表示为(X1，X2，......X848)，相邻2个采样点(第n+1个采样点和第n个采样点)之间的相位变化Δ_n+1，n为：

Δ_n+1，n＝_n+1-_n＝2πΔf*t_c+Δ_con+Δ_noise    (6)

其中_n+1和_n为第n+1和第n个采样点的相位，t_c为码片时间间隔，2πΔf*t_c是由于频率偏差导致的相位变化，Δ_con为由于QPSK数据相位突变产生的相位变化，Δ_noise为噪声产生的相位变化。在采样点足够多的前提下，可以认为噪声产生的随机初始相位统计上均值为0。为了去除QPSK数据相位突变的影响，将各采样点相位转化为角度制并作如下变换：

将₁′～₈₄₈′作为对应序号数据的相位，得到新的数据序列(X1’，X2’，......X848’)，该组数据相位去除了QPSK数据相位突变产生的相位变化Δ_con，各点数据相位变化仅包含频率偏差和噪声的信息。将新的数据序列末尾加0补齐到8192点，然后进行快速傅立叶变换(FFT)，得到8192点的计算结果(A0～A8191)，此时频率分辨率为156.25Hz。如图3所示。若

An＝max(A0，A1......，A8191)             (8)

对(X1’，X2’，......X848’)末尾加0补齐到1000点，在单位圆上从[n*0.0439453125-0.140625]度到[n*0.0439453125+0.140625]度做夹角为0.28125度的线性调频Z变换(CZT)，得到1000点的CZT计算结果(B0～B999)，这时频率分辨率为1Hz。如果

Bm＝max(B0，B1......，B999)              (9)

那么由该组数据计算得到的频率偏差由下式给出：

$\mathrm{\Δf}=\begin{array}{c}\left\{\begin{array}{cc}[n*156.25+m-500]\mathrm{Hz}& n\≤4095\\ -[(4095-n)*156.25-m+500]\mathrm{Hz}& n>4095\end{array}\right.---\left(10\right)\end{array}$

将数据(X1，X2，......X848)对应项乘以e^-jktc2πΔf(k＝1，2......，848)，即得到没有频率偏差的数据(Y1，Y2，......Y848)。在固定初始相位的前提下，(Y1，Y2，......Y848)与标准星座图相比旋转了一个固定的角度，且幅度归一化的TD-SCDMA星座图4点分别在1、j、-1和-j上，则该组数据初始相位Δ可以由下式计算得到：

其中_i为(Y1，Y2，......Y848)中对应序号数据的相位。将(Y1，Y2，......Y848)每项数据乘以e^-jΔ即可得到无频偏和初始相位的数据(Z1，Z2，.....Z848)。

EVM的计算的前提是恢复参考矢量R(n)，R(n)并不是实际存在的信号，而是满足E(n)均方根值取极小值的数学上的参考向量。数据(Z1，Z2，......Z848)已不存在频偏、初始相位的影响，因此对应的参考信号必定为A、Aj、-A和-Aj，A即为参考信号的幅度，A的取值要使E(n)均方根值最小。为简化计算，将数据表示为极坐标的形式(R₁₁，R₂₂，......，R₈₄₈₈₄₈)，其中Ri为第i个数据的矢量幅度，_i为对应的相角。将各向量相角由_i变为_i′，_i′与_i的映射关系由(12)式定义：

这样，所有向量在I/Q平面上的位置集中于相角为±π/4的区域内。此时，各样点的数据变为(R₁₁′，R₂₂′，......，R₈₄₈₈₄₈′)，由几何关系，该组数据的矢量误差幅度的均方根值可以表示为：

为保证(13)式的值最小，A的取值应为：

将A值带入(1)，由该组数据计算得到的EVM值为：

比较各组数据的EVM值，将其中的最小值作为终端的EVM指标，同时将该组的频偏、初始相位测量结果输出作为系统的频偏和初始相位。

本发明是将采样的3G终端数据根据不同采样时刻分为组，对每组数据进行频偏估计和初始相位估计，并根据各组数据分别计算EVM测量值，其中最小的EVM值即为终端的EVM指标，同时最小EVM值对应的那组数据计算得到的频偏和初始相位为系统的测试输出。凡在本发明的上述精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进均包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1、一种3G终端的射频一致性测试方法，包括步骤：

(1)以采样速率Rs对终端接收到的信号数据进行采样，并且根据不同的采样时刻将采样后的信号数据分为L组数据，其中Rs＝LRc，Rc为数据的码片速率；

(2)对每组数据进行频偏估计，并且根据频偏估计得到每组数据的初始相位估计；

(3)通过以下公式计算各组数据的矢量误差幅度(EVM)，从所计算出的多个EVM中得到最小的EVM作为终端的EVM，并且将与最小EVM对应的数据组的频偏和初始相位为系统的测试输出：

其中Δf(i)、Δ(i)、A(i)分别为第i组数据的频偏、初始相位和幅度增益因子，EVMi为第i组数据计算得到的EVM指标，EVM、Δf和Δ分别为系统测试得到的终端的EVM指标、频偏和初始相位，R(n)为参考矢量，M(n)为测量矢量，i为数据分组的编号，k为某组数据的第k个采样点，ts为采样时间间隔，Nc为一个时隙的码片数。

2、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)中的频偏估计步骤还包括：

(1)将采样数据序列的末尾加0补齐到8192点，然后进行快速傅立叶变换，得到8192点的计算结果，找出结果中的最大值及其编号，频偏的粗略范围等于最大值的编号乘以156.25Hz；

(2)将采样数据末尾加0补齐到1000点，根据所述估计出的粗略频偏范围在单位圆上，在其±0.140625度上做线形调频Z变换(CZT)，其中频偏估计精度为1Hz，得到的CZT变换结果，并且利用CZT变换结果的最大值修正所述频偏的粗略范围，从而得到精确的频偏估计。

3、根据权利要求2所述的方法，其中步骤(2)中的初始相位估计步骤还包括：

根据所述得到的精确频偏估计，对采样数据进行频偏校正，将数据对应项乘以e^-jktc2πΔf，然后将变换后的数据相位减去

的整数倍，从而映射到 的区域内，所得到的各点数据相位的均值就是初始相位估计。

4、根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3)中包括步骤：

(1)通过所述频偏估计和所述初始相位估计，校正测量矢量和标准星座点的相位上的差异，并且通过功率增益因子(A)的估计校正测量矢量和标准星座点的幅度上的差异；

(2)将所有去除频偏、初始相位和功率增益影响的采样矢量统一映射到 的区域内与标准星座点1进行比较，得到误差矢量，从而计算出各组的EVM指标。

5、根据权利要求1所述的方法，其中所述信号是单码道的QPSK调制信号。

6、根据权利要求1所述的方法，其中所述终端是码片速率为1.28Mcps的TD-SCDMA终端。

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