關(guān)于測(cè)量CDMA2000中Rho值和EVM值的問題

關(guān)于測(cè)量CDMA2000中Rho值和EVM值的問題

劉君榮  謝少鋒

    近幾年，國家非常重視數(shù)字通信測(cè)量測(cè)試儀器的量傳以及校準(zhǔn)方法的規(guī)范，組織編制了3個(gè)相關(guān)的規(guī)范，分別是JJF1131-2005《TDMA-GSM數(shù)字移動(dòng)通信綜合測(cè)試儀校準(zhǔn)規(guī)范》、JJF1128-2004《矢量信號(hào)分析儀校準(zhǔn)規(guī)范》和JJF1174-2007《數(shù)字信號(hào)發(fā)生器校準(zhǔn)規(guī)范》。但這些規(guī)范對(duì)CDMA技術(shù)中的特殊參量沒有研究，例如表征信號(hào)質(zhì)量的波形質(zhì)量因數(shù)Rho和碼域功率等。
   
一、調(diào)制參數(shù)定義
    數(shù)字信號(hào)發(fā)生器主要由基帶信號(hào)發(fā)生模塊、I/Q調(diào)制模塊、射頻信號(hào)本振模塊、射頻變換模塊和穩(wěn)幅檢波輸出模塊組成。數(shù)字信號(hào)發(fā)生器采用VCO及單環(huán)路頻率合成器實(shí)現(xiàn)頻率合成，DDS技術(shù)有效地實(shí)現(xiàn)了小數(shù)分頻，提高了頻率準(zhǔn)確度，并且利用分頻、倍頻、混頻方案實(shí)現(xiàn)了頻率覆蓋。內(nèi)置基帶信號(hào)發(fā)生器和I/Q調(diào)制器實(shí)現(xiàn)全頻段的數(shù)字調(diào)制。定向耦合檢波組件的作用是檢測(cè)實(shí)際輸出功率。模擬調(diào)制的調(diào)頻、調(diào)相功能在主振驅(qū)動(dòng)和頻率合成電路中實(shí)現(xiàn)，或者在DDS上實(shí)現(xiàn)窄帶調(diào)頻和調(diào)相，同時(shí)配合鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)寬帶調(diào)頻和調(diào)相。調(diào)幅功能在穩(wěn)幅調(diào)制電路中實(shí)現(xiàn)，其中線性調(diào)幅可以在穩(wěn)幅閉環(huán)條件下實(shí)現(xiàn)，深度調(diào)幅則受制于環(huán)路動(dòng)態(tài)范圍而需要由調(diào)制器本身特性實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)幅調(diào)制電路的另一個(gè)作用是控制調(diào)制組件實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅輸出。同時(shí)，多種形式的對(duì)外接口方便軟件控制，實(shí)現(xiàn)功能升級(jí)。
    數(shù)字信號(hào)共有兩種傳輸方式:(1)基帶傳輸:數(shù)字信號(hào)直接傳送的方式。(2)頻帶傳輸:用數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制載波后的傳送方式。
    所謂調(diào)制，是用基帶信號(hào)對(duì)載波波形的某些參數(shù)進(jìn)行控制，使載波的這些參數(shù)隨基帶信號(hào)的變化而變化。將信號(hào)源發(fā)出的信息碼經(jīng)碼型變換及濾波形成后直接傳送至接收端，雖然碼型變換及濾波成形可使其頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生某些變化，但分布的范圍仍然在基帶范圍內(nèi)。
    從對(duì)載波參數(shù)的改變方式上可把調(diào)制方式分成4種類型:ASK、FSK(MSK)、QAM和PSK。每種類型又有多種不同的形式。如在ASK中有正交載波調(diào)制技術(shù)、單邊帶技術(shù)、殘留邊帶技術(shù)和部分響應(yīng)技術(shù)等。FSK中有連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)等，PSK中有2PSK、4PSK等。在這些調(diào)制技術(shù)中，常用的是多相相移鍵控技術(shù)、正交幅度鍵控技術(shù)和連續(xù)相位的頻率鍵控技術(shù)。
    CDMA數(shù)字調(diào)制參數(shù)，包括波形質(zhì)量因數(shù)Rho、誤差矢量幅度、信道功率、鄰道功率比、碼域功率、頻率誤差，是CDMA數(shù)字信號(hào)發(fā)生器參數(shù)中表征信號(hào)質(zhì)量的重要參數(shù)，其中波形質(zhì)量因數(shù)Rho、碼域功率兩參數(shù)是有別于TDMA制式的特有參數(shù)。
    波形質(zhì)量因數(shù)Rho是應(yīng)用于CDMA系統(tǒng)中的度量參數(shù)，它是相關(guān)功率對(duì)總功率的比值；相關(guān)功率通常是由測(cè)得的信號(hào)與一個(gè)已知編碼的作為參考的基帶信號(hào)之間的相關(guān)計(jì)算得到的。波形質(zhì)量因數(shù)Rho是統(tǒng)計(jì)平均值，其定義公式為
   
    式中:Ij和Qj——理想符號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)；δIj和δQj——接收到的數(shù)據(jù)點(diǎn)的矢量誤差；N——測(cè)量取樣的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)；Smax——星座圖最外面位置矢量的大小。
    碼域功率是碼分多址CDMA系統(tǒng)中的重要參數(shù)，正如在頻分多址FDMA系統(tǒng)中測(cè)量頻域功率、在時(shí)分多址TDMA系統(tǒng)中測(cè)量時(shí)域功率一樣，為了了解碼分多址CDMA系統(tǒng)中每個(gè)通信信道的功率分布狀況，必須測(cè)量碼域功率。然而和所有第二代系統(tǒng)不同的是，第三代系統(tǒng)每個(gè)通信信道所承載的是不同位元速率的信息，同時(shí)代表每個(gè)通信信道的沃什碼長度也可能不同。
   
二、實(shí)驗(yàn)測(cè)試部分
    在進(jìn)行CDMA2000測(cè)量時(shí)，主要針對(duì)波形質(zhì)量因數(shù)Rho和誤差矢量幅度EVM兩個(gè)參數(shù)。針對(duì)這兩個(gè)參量，現(xiàn)在給出的校準(zhǔn)方案主要是校準(zhǔn)零點(diǎn)，在進(jìn)行較小誤差測(cè)量時(shí)，信號(hào)源輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)測(cè)量出來的結(jié)果基本一致，但僅僅進(jìn)行較小誤差測(cè)量是不夠的。假設(shè)信號(hào)源輸出一個(gè)極小誤差的單載波信號(hào)，目前一些較好的儀器當(dāng)中都存在補(bǔ)償電路，能對(duì)小誤差進(jìn)行補(bǔ)償，還原出測(cè)試信號(hào)。這時(shí)，我們并不能對(duì)它下合格結(jié)論，有可能該儀器在產(chǎn)生大誤差而檢測(cè)儀器無法進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，測(cè)試出的結(jié)果就不正確。所以，我們也應(yīng)該對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，這樣才能全面地對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。
    在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用信號(hào)源本身自帶的I/Q調(diào)制功能，分別改變I/Q Gain Balance、I/Q offset和Quadrature Angle Adjustment 3個(gè)參數(shù)來產(chǎn)生較大誤差信號(hào)，用矢量信號(hào)分析儀進(jìn)行解調(diào)。測(cè)量所用到的信號(hào)源和分析儀主要使用Agilent和R&S公司的，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)改變I/Q offset以及Quadrature Angle Adjustment時(shí)，不同公司儀器之間測(cè)量出來的Rho和EVM相差很大，但改變I/Q Gain Balance這一項(xiàng)時(shí)，結(jié)果卻是一致的。測(cè)量結(jié)果如表1所示。
   

    表1  測(cè)量結(jié)果表

    從表1中可以看到，在(0～0.05)dB之間，可以看做較小誤差范圍，Rho值基本沒變，EVM變化也非常小，說明就算有較小的誤差也并不影響測(cè)試的結(jié)果。不斷改變測(cè)試參數(shù)，測(cè)量結(jié)果發(fā)生較大變化，這時(shí)可以看做是較大誤差信號(hào)測(cè)試。在0.5dB以上，確保儀器無原理性缺陷前提下，可以忽略其影響。不同公司的儀器相互測(cè)試，EVM值基本一樣。在測(cè)試的過程中，R&S公司的SMU200系列的I/Q Gain Balance改變量只有1dB，無法進(jìn)行統(tǒng)一比較，就沒給出具體數(shù)據(jù)，但在(0.5～1)dB范圍內(nèi)測(cè)試出來的數(shù)據(jù)還是很吻合。還有用其他參數(shù)作為改變量時(shí)，不同公司的信號(hào)源及同公司不同型號(hào)的信號(hào)源等測(cè)試的結(jié)果完全不一樣，無法進(jìn)行統(tǒng)一比較。
   
三、結(jié)束語
    現(xiàn)在，對(duì)于CDMA2000的Rho值僅僅是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，通過比對(duì)的方法得到最高標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行量值溯源。如果文中所提到的參數(shù)能作為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，可能解決最高標(biāo)準(zhǔn)溯源問題，同樣可以對(duì)較大誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣才能對(duì)CDMA2000制式中的數(shù)字參數(shù)進(jìn)行全面校準(zhǔn)。
    作者單位【劉君榮  廣東工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院、謝少鋒  信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所】
   
鏈接  數(shù)字通信測(cè)試儀器
    隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字通信測(cè)試儀器被廣泛應(yīng)用在GSM及CDMA通信設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中。數(shù)字信號(hào)發(fā)生器在一個(gè)信號(hào)發(fā)生器內(nèi)完全整合了數(shù)字、模擬調(diào)制功能，提供了全面的調(diào)制能力，包括各種數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)GSM、PHS、IS-95 CDMA、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等，各種數(shù)字調(diào)制FSK、PSK、QAM等，模擬調(diào)制AM、FM、PM，以及外部IQ調(diào)制。對(duì)于多種數(shù)字調(diào)制類型的實(shí)現(xiàn)，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器主要通過一個(gè)雙通道任意波形發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過運(yùn)用內(nèi)插值計(jì)算和過采樣技術(shù)保證波形精確，并采用深存儲(chǔ)深度方式存儲(chǔ)樣本。數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的適量調(diào)制帶寬高達(dá)幾十兆，可以滿足現(xiàn)今的無限數(shù)字通信系統(tǒng)的測(cè)試要求。