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1、(10)申请公布号 CN 102916753 A(43)申请公布日 2013.02.06CN102916753A*CN102916753A*(21)申请号 201210280650.7(22)申请日 2012.08.08H04B 17/00(2006.01)(71)申请人工业和信息化部通信计量中心地址 100086 北京市海淀区花园北路52号(72)发明人周峰 张睿 王南 卢民牛陆冰松 周镒 郭隆庆 冉志强赵晓昕 孙景禄 张媛媛(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司 11401代理人皋吉甫(54) 发明名称一种数字调制误差测量计算的方法(57) 摘要本发明是一种数字调制误差测量计。
2、算的方法，该方法通过使矢量信号分析仪端的参考正交基带波形V3(t)直接从导入的被测发射端的信息比特序列BT1产生，避免被测信号V2(t)和参考信号V3(t)对应的BIT序列都是接收判决比特序列BT2，致使接收端发生了误码的现象。另外还可以通过测量误码率，通过对传统EvmRms参量的修正，正确反映信号失真。本发明解决了传统的VSA测量结构在测量深度失真信号时的缺陷。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书7页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 5 页1/1页21.一种数字调制误差测量计算的方法，其特征在于，通过使正交基带。
3、波形V3(t)直接从导入的被测发射端的信息比特序列BT1产生，避免被测信号V2(t)和参考信号V3(t)对应的BIT序列都是BT2，致使接收端发生了误码的现象，同时通过对EvmRms参量的修正，正确反映信号失真。2.根据权利要求1所述的数字调制误差测量计算的方法，其特征在于，所述正交基带波形V3(t)的产生是在矢量信号分析模块中增加一个接口,所述的接口导入被测发射端的信息比特序列BT1，然后从BT1来产生参考基带波形V3(t)。3.考根据权利要求2所述的数字调制误差测量计算的方法，其特征在于，所述参考基带波形V3(t)是通过导出发射端映射符号序列生成，或者导出发射端基带正交波形V1(t)，经处。
4、理得到的。4.根据权利要求1所述的数字调制误差测量计算的方法，其特征在于，所述对EvmRms参量的修正是利用BER修正传统的EVM参量，以得到一个能更真实反映数字调制信号失真的参量Modified EvmRms，其修正公式为：通过Modified EvmRms搭建测试系统，避免传统EvmRms的饱和现象造成的误导，真实地评估数字调制信号的失真.。5.根据权利要求4所述的数字调制误差测量计算的方法，其特征在于，所述EvmRms参量的修正是基于函数或者数值对照表形式使用误比特率、误符号率指标对传统EVM值进行修正。 权 利 要 求 书CN 102916753 A1/7页3一种数字调制误差测量计算的。
5、方法 技术领域0001 本发明涉及信息传输技术，尤其是涉及对数字调制信号的数字调制误差测量计算的方法。 背景技术0002 传统矢量信号分析仪原理存在缺陷，数字调制信号是现代信息传输的重要载体，已成为信息社会的基石之一，比如移动通信系统使用的QPSK信号和数字有线电视使用的QAM信号等。其中数字调制误差参量包括：矢量误差幅度（EVM）、幅度误差（Magnitude Error）等。测量数字调制误差的主要工具是矢量信号分析仪（VSA），VSA测量的主要原理如图1所示：图1是传统VSA的测量原理框图。 0003 发明人的实验证明了对传统VSA缺陷的理论分析。在实验中，标准的64QAM数字调制信号通过。
6、一个射频功率放大器，然后不断增加信号的功率，使得功率放大器逐步进入非线性状态，使用某型号的VSA测量EvmRms参量。然后基于传统VSA结构建立数值仿真模型，得到仿真值。测量和仿真结果如下图2所示： 0004 图2是功放非线性失真造成的EvmRms值的测量结果。如图2椭圆中标注的测量结果，随着功率输入功率的增加，非线性失真在加剧，但EvmRms测量值几乎不再变化，这说明：目前VSA的原理架构下的测得的EvmRms是不能正确反映信号的深度失真的，这不是某一个型号的VSA的问题，而是目前VSA通用架构的问题。进一步的仿真表明，在EvmRms曲线“饱和区”，信号接收端解调判决出现了较大的误码率。具体。
7、来说是： 0005 1，图1所示结构中，在失真较大的情况下，解调恢复得到的bit序 列BT2和初始发射的bit序列BT1是有可能不同的。真实的信号误差实际上是相对初始信息比特流BT1而言的，但是参考信号V3(t)实际上是从BT2恢复出来的，在解调误码发生时，BT2和BT1是有可能不同的。 0006 2，被测信号V2(t)和参考信号V3(t)对应的BIT序列都是BT2，这样即使接收端发生了误码，V2(t)和V3(t)就会有一定的相似性，即：传统的EVM测量原理不可能正确反映已经发生误码的那部分信号的失真，严格来说，传统的EVM指标只有在误码率为0时或者非常小时才是有意义的。 0007 这种缺陷给。
8、工程测量带来的问题是：在深度失真的情况下，信号的实际失真在加剧，但是通过EvmRms等参量无法正确反映这种失真，导致工程师误以为信号质量仍然是好的，这容易造成信息和通信设备的潜在质量问题。 0008 而造成这种缺点的原因在图1结构中表现为：参考正交基带波形V3(t)是从BT2恢复出来的，所以必须着手在这一点开始改进。 发明内容0009 本发明的目的是提出新的VSA测量结构和新的数字调制误差计算方法，改进矢量信号分析仪（VSA）的固有缺陷。 说 明 书CN 102916753 A2/7页40010 为了实现本发明的目的，提出一种数字调制误差测量计算的方法，该方法通过使正交基带波形V3(t)直接从。
9、导入的被测发射端的信息比特序列BT1产生，避免被测信号V2(t)和参考信号V3(t)对应的BIT序列都是BT2，致使接收端发生了误码的现象，同时通过对EvmRms参量的修正，正确反映信号失真。 0011 所述正交基带波形V3(t)的产生是在矢量信号分析模块中增加一个接口,所述的接口导入被测发射端的信息比特序列BT1，然后从BT1来产生参考基带波形V3(t)。 0012 所述参考基带波形V3(t)还可以通过导出发射端映射符号序列生成，或者导出发射端基带正交波形V1(t)，经处理得到的。 0013 所述对EvmRms参量的修正是利用BER修正传统的EVM参量，以得到一个能更真实反映数字调制信号失真。
10、的参量Modified EvmRms，其修正公式为： 0014 0015 通过Modified EvmRms搭建测试系统，避免传统EvmRms的饱和现象造成的误导，真实地评估数字调制信号的失真. 0016 所述EvmRms参量的修正还可以基于函数或者数值对照表形式使用误比特率、误符号率指标对传统EVM值进行修正。 附图说明0017 图1为传统VSA的测量原理框图； 0018 图2是功放非线性失真造成的EvmRms值的测量结果； 0019 图3是本发明提出的新的VSA测量原理框图； 0020 图4像是星座图上的符号点和x的概率密度分布； 0021 图5是函数k(SER)的折线模型； 0022 图。
11、6本技术方案的测量和仿真验证（A组）； 0023 图7本技术方案的仿真验证（B组）。 具体实施方式0024 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。 0025 本发明首先提出一种新的VSA测量结构，从物理概念进行分析，如图1所示，真实的信号误差实际上是相对初始信息比特流BT1而言的,那么可以考虑对传统VSA结构进行这样的改进：直接从发射端导出发射bit序列BT1，从BT1直接生成参考信号V3(t),改进后的结构如图3所示。图3是本发明提出的新的VSA测量原理框图。 0026 比较图1和图3可知新方案的改进主要在于：不再使用解调接收模块恢复出来的。
12、信息比特序列来生成参考基带波形V3(t)，而直接使用发 射端初始的信息BIT序列BT1来产生参考基带波形V3(t)。这就需要新的VSA增加一个初始信息bit序列的输入接口，这是容易实现的，而且，目前大多数被测发射端的初始信息BIT序列也是可以导出的。图3所示新结构可以作为传统VSA的一个附加功能模块。我们称图3结构测量得到的EvmRms值为Initialized EvmPms. 说 明 书CN 102916753 A3/7页50027 下面对图3所示新VSA的测量框图进行详述： 0028 如图,“发射端”经过“多种失真因素”后的数字调制信号是被测信号。发射端内部有：发射信息比特序列BT1经过“。
13、发射基带正交波形”生成模块以后产生基带波形V1(t)，V1(t)经过“调制”模块以后，产生射频调制信号，射频调制信号经过“多种失真因素”后就是被测信号。“多种失真因素”可以是干扰因素、功率放大器造成的非线性失真因素、通道频率响应失真等等，在工程中，有时失真较严重，有时失真非常轻微。 被测信号输入到“新型矢量信号分析模块”后，经过“解调”模块进行正交解调后，就生成了解调基带波形V2(t)。在矢量信号分析模块中设置“接口B”,接口B的功能是导入被测发射端的信息比特序列BT1，然后在“新型矢量信号分析模块”内部，BT1经过“参考基带正交波形生成”来产生参考基带波形V3(t)。 V3(t)和解调接收得。
14、到的基带波形V2(t)在“数字调制误差分析计算”模块进行对比分析和计算，就可以得出EVM等数字调制误差指标。“数字调制误差分析计算”模块和传统的VSA是一致的，其中误差矢量幅度（EVM）的定义也是一致的。本专利方案强调的是不同的参考信号产生方式。 1、经过“多种失真因素”后的数字调制信号是被测信号。被测信号经过“解调”模块进行正交解调后，就生成了基带波形V2(t)。 0029 2，本方案的提出的改进结构是：在矢量信号分析模块中增加“接口B”,接口B的功能是导入被测发射端的信息比特序列BT1，然后从BT1来产生参考基带波形V3(t)。 0030 3，V3(t)和解调接收得到的基带波形V2(t)在。
15、“数字调制误差分析计算”模块进行，“数字调制误差分析计算”模块和传统的VSA是一致的，其中误差矢量幅度（EVM）的定义也是一致的，本方案强调的是改进了参考基带正交波形的生成方式。这种改进是在通过大量新实验发现传统VSA结构的缺点后，通过大量的仿真、计算和分析提出的。 0031 考虑到信息比特序列BT1一般是以数字逻辑信号电平信号的方式输出，有时被测模块并不具备这样的输出条件，可以采取变通的方式：比如导出发射端映射符号序列生成参考波形，或者导出发射端基带正交波形V1(t)来处理得到参考波形。 0032 凡是使用发射端初始的信息BIT序列BT1来产生参考基带波形V3(t)，或者导出发射端映射符号序。
16、列生成参考波形，或者导出发射端基带正交波形V1(t)来处理得到参考波形的技术方案，都属于本技术方案的范围。 0033 本发明还提出一种新的数字调制误差计算方法，考虑到传统的VSA已经得到了广泛的应用，如果在已有的VSA基础上对测量结果进行修正 计算，将降低仪表使用者的投资，且给工程应用提供方便。分析表明即使接收端发生误码，测量信号和参考信号对应的bit序列是一致的，这样传统EVM参量就不能有效的反映发生误码的那部分信号的失真.那么解决的思路就是：利用BER修正传统的EVM参量，以得到一个能更真实反映数字调制信号失真的参量，我们将修正后的参量称为Modified EvmRms。以下通过数学分析得。
17、到一个修正公式。 0034 图4(a)显示了星座图上相邻的两个符号点，在误码率不是特别大的情况下来分析星座图上符号的误判决，假设点A对应初始发射的符号点，经过失真因素的作用，实际解调接收矢量点落在了C点，C点位于星座点B的判决区域。图4显示星座图上的符号点和x的概率密度分布。 说 明 书CN 102916753 A4/7页60035 一般在星座图上A和B相邻，按照格雷码的编码规则，A点和B点均对应L位的比特序列，则A和B对应的bit序列相差一位，其中L的定义如式(1)所示，其中M是指星座图上的符号点数，比如对于64QAM,M=64,L=6. 0036 L=log2M (1) 0037 A和B相。
18、邻，那么可以用式(2)估计得到误符号率(SER). 0038 SER=LxBER (2) 0039 从图4(a)可知，实际的误差矢量幅度是|AC|,但是在传统的VSA结构中计入EvmRms的分量是|BC|,传统EvmRms的定义如式(3)所示. 0040 0041 式(3)中的Si是接收信号每个符号对应的抽样判矢量，Ri是参考信号每个符号对应的抽样判矢量，为了便于分析，我们将Si和Ri都对应在标准星座图上.我们可以将式(3)改写为式(4). 0042 0043 式(4)中的 对应没有发生误判的符号，而 对应发生了误判的符号，显然有Nr+Ne=N，且有式(5). 0044 0045 从图4(a)。
19、可知，|BC|=|Sn-Rn|,则可式(4)可以改写为式(6). 0046 0047 另一方面，以发射端比特序列BT1对应的理想信号为参考的Initialized EvmRms可以通过式(7)表示. 0048 0049 式(6)(7)联立可得式(8)： 说 明 书CN 102916753 A5/7页70050 0051 就16QAM/64QAM/256QAM等标准星座图，两个相邻的星座点A和B之间的矢量距离是2，所以建立图4(a)所示坐标系，设A点坐标是(-1,0),B点坐标是(1,0),得式(9)。 0052 |AC|2-|BC|2=4x (9) 0053 设x的概率分布密度函数是f(x),。
20、综合式(5)(9),通过式(10)求数学期望. 0054 0055 其中容易求得式(10)中分母的数学期望，如式(11)所示. 0056 0057 式(11)中M是指某种调制标准星座图上符号的个数，Vj是指每个符号对应的矢量，显然对于某种调制，CM是一个常量,比如对于64QAM调制,M=64,CM42，然后我们假设x为正态分布，即有式(12),如图4(b)所示. 0058 0059 对于式(12)中的,可以有式(13)这样的表述. 0060 0061 其中式(13)中的函数k(SER)可以用图5所述的简单折线模型来描述,其物理意义是：当symbol error rate(SER)较大的时候,表。
21、明x的离散性较大,则正态分布的标准差变大，在k3的时候，大约有99%的x分布在0,2区间内;k2的时候，大约有95%的x分布在0,2内。图5显示函数k(SER)的折线模型。 0062 将式(2)和式(11)式(13)带入式(10),得到式(14). 0063 说 明 书CN 102916753 A6/7页80064 0065 式(14)和式(8)联立,可以定义一个新的参量Modified EvmRms，见式(15). 0066 0067 显然Modified EvmRms是Initialized EvmRms的近似值.Modified EvmRms有利于工程师利用手头现有的VSA和误码率测试仪。
22、，搭建新的测试系统，通过修正计算公式，在调制信号失真严重的情况下避免传统EvmRms的饱和现象造成的误导，以便更真实地评估数字调制信号的失真. 0068 凡是基于函数或者数值对照表形式使用误比特率、误符号率等指标对传统EVM值进行修正的技术方案，不论是否使用（15）式，都属于本技术方案的范围。 0069 VSA测试装置能够测得新的Initislized EvmRms指标，也可以使用误码率指标去修正传统的EvmRms值，以得到一个Initialized EmRms的近似值即Modified EvmRms。后一技术方案实际上是前一个的替代简化的技术，其理论基础都是基于这样的逻辑：1，传统VSA在深。
23、度误差下的误码率有可能造成数字调制误差EVM的测量缺陷。2，从物理概念出发，测量失真的参考对象应该是初始发射信息。 0070 专利方案的仿真和测量验证 0071 发明人对本发明技术方案进行了实际测量和数值仿真验证。共设计 了A、B两组验证方案。 0072 A组验证 0073 在验证中，标准的64QAM数字调制信号通过一个射频功率放大器，该射频功率放大器的行为模型已知，可以在数值仿真中模拟出来，在数值仿真模型中模拟方案1和方案2的测量结构，在仿真中不断增加信号的功率，使得功率放大器逐步进入非线性状态。 0074 为了和传统的测量结果进行比对，还搭建了实物的测量验证系统，使用传统VSA测量的Evm。
24、Rms值，这些仿真和测量的结果反映在图6中。图6显示本技术方案的测量和仿真验证（A组）。从图6可以得到的结论是： 0075 1,本专利的技术方案定义的Initislized EvmRms和Modified EvmRms两个参量克服传统EvmRms的饱和现象，在失真严重的情况下，能更真实地评估数字调制信号的失真. 0076 2,Modified EvmRms和Initialized EvmRms曲线是非常接近的，这说明本专利方案中的数学分析是基本正确的. 0077 3,出现较大的BER的时候，传统EvmRms曲线开始饱和且与Initialized EvmRms曲线相分离，考虑到对于高阶调制64Q。
25、AM/256QAM等调制方式信号失真更容易造成误码，同时随着WLAN、LTE等系统高速数据业务使用较多的64QAM等高阶调制，所以对于这些系统的EVM测试，本专利技术方案有着更大的优越性. 0078 B组验证 0079 图7显示本方案的仿真验证（B组）。发明人建立了数值仿真模型进行验证，在仿说 明 书CN 102916753 A7/7页9真中产生一个符号速率是0.2M baud的64QAM数字调制信号，采用RRC基带成型滤波器，=0.35，设定的分析符号个数是8192.然后加入宽带高斯白噪声，不断增加白噪声功率使得解调抽样端的噪声信号比N/S从-30dB以2dB的步进增加到-10dB.基于仿真。
26、模型得到了传 统EvmRms，Initialized,EvmRms和Modified EvmRms三个参量值，如图7(a)所示，在仿真中还可以得到不同失真状态下的误比特率BER,如图7(b)所示 0080 从图7可以得到的结论是： 0081 1,传统EvmRms也出现了饱和现象，这说明这种缺陷不是非线性失真所特有的，本专利提出的问题具有通用性，本专利技术定义的Initialized EvmRms和Modified EvmRms两个参量克服Traditional EvmRms的饱和现象，在失真严重的情况下，能更真实地评估数字调制信号的失真. 0082 2,Modified EvmRms和Init。
27、ialized EvmRms曲线是非常接近的，这说明本专利方案的数学分析是基本正确的. 0083 3,出现较大的BER的时候，传统EvmRms曲线开始饱和且与Initialized EvmRms曲线相分离，考虑到对于高阶调制64QAM/256QAM等调制方式信号失真更容易造成误码，同时WLAN、LTE等系统高速数据业务使用较多的64QAM等高阶调制，所以对于这些系统的EVM测试，本专利技术方案的优势将更加显著. 0084 总体而言，该发明解决了传统的VSA测量结构在测量深度失真信号时的缺陷。 0085 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书CN 102916753 A1/5页10图1图2说 明 书 附 图CN 102916753 A10。