一種evm分析的參考信號恢復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種EVM分析的參考信號恢復(fù)方法，特征是包括以下步驟：a如果測量信號的符號率是未知的，則用小波變換粗略估計符號率，然后執(zhí)行步驟b；如果符號率已知，則直接執(zhí)行步驟b；b用小波變換提取測量信號的碼元跳變點，然后執(zhí)行步驟c；c根據(jù)提取的碼元跳變點求出參考信號。本發(fā)明通過采用小波對齊來檢測信號的符號跳變點，使參考信號碼元與測量信號碼元在時域上實現(xiàn)精準(zhǔn)對齊，計算跳變間距并估計符號長度，從而取其倒數(shù)精確得到符號率；然后以極值點作為符號切換點，對兩個跳變點間的相位均值進行判決作為跳變間的相位值，從而恢復(fù)參考信號。本方法能消除初始符號率估計不精確造成的累積誤差影響，具有很高的準(zhǔn)確性和抗噪性。
【專利說明】—種EVM分析的參考信號恢復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種EVM分析的參考信號恢復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在通信系統(tǒng)中，衡量調(diào)制信號質(zhì)量的一個重要參數(shù)是誤差矢量幅度（EVM:err0rvector magnitude),不用使用多個參數(shù)即可對發(fā)射機發(fā)射信號的調(diào)制質(zhì)量進行評估。EVM表征了測量信號同參考信號的誤差矢量，通過計算來測量信號的調(diào)制精度。通常采用ー個或多個時隙內(nèi)的碼片或者符號的誤差矢量均方值計算EVM，EVM值越小，說明發(fā)射信號調(diào)制質(zhì)量越好，反之，說明調(diào)制質(zhì)量越差。EVM的計算對象也會根據(jù)調(diào)制方式的不同而異。如通信系統(tǒng)中采用的QPSK (四相相移鍵控）調(diào)制，它是ー種恒包絡(luò)調(diào)制，由于其在幅度上也存在誤差，相位誤差和頻差已不足以反應(yīng)其調(diào)制精度，因此，需要一種可以全面衡量信號幅度誤差和相位誤差的指標(biāo)。在星座圖上，誤差矢量能清楚地反映信號的損傷程度，于是可以通過計算幅度的誤差得到EVM。而像GMSK(高斯最小鍵控）調(diào)制的信號，信號變化只體現(xiàn)在角度變化中，因此EVM通過星座圖上角度誤差得到。測量信號Z(t)就是接機實際測量到的信號，參考信號R(t)是對測量信號Z(t)經(jīng)過解調(diào)的結(jié)果再進行理想調(diào)制得到的。結(jié)合參考圖3，該圖中表示了它們與EVM的關(guān)系。
[0003]要實現(xiàn)對信號的EVM分析，必須根據(jù)解調(diào)的碼元恢復(fù)參考信號，傳統(tǒng)上的EVM測量方法一般通過接收、調(diào)制、計算等步驟測量EVM。首先，接收信號發(fā)射機發(fā)送的信號，根據(jù)接收信號確定待測信號。然后，從待測信號確定調(diào)制前的信號，通過調(diào)制，得到參考矢量信號。最后，利用待測信號及參考矢量信號，計算發(fā)射機的誤差矢量幅度指標(biāo)?？偟膩碇v，都是根據(jù)測量信號的符號率、幅值等 參數(shù)信息再進行理想調(diào)制得到參考信號。
[0004]傳統(tǒng)的EVM分析，是根據(jù)測量信號的符號率、幅值等信息進行理想調(diào)制得到參考信號。目前，估計符號率的算法大致可分為：包絡(luò)平方譜法，小波變換法，循環(huán)相關(guān)法以及這些方法的變形及組合等。但是，無論哪種方法都需要更精確的估計符號率，而且，在非協(xié)作通信下，任何方法如果用估計的不夠精確符號率進行參考信號恢復(fù)，時域上的誤差都會隨時間而積累，嚴(yán)重影響EVM的分析精度，甚至得到錯誤的分析結(jié)果。目前進行EVM分析基本上都是カ爭提高估計符號率的準(zhǔn)確度，進而恢復(fù)參考信號。估計符號率的方法主要有：
[0005](I)基于瞬時幅度的PSK信號符號速率估計方法。一般的ASK、PSK等信號，因為成型濾波的影響，包絡(luò)隨時間變化，包含了符號率分量。把中頻信號正交下變頻，獲取基帶的同相分量和正交分量，并計算信號包絡(luò)平方，加窗后計算頻譜。一般情況下，根據(jù)最大的交流分量對應(yīng)的頻率就能估計符號率?；谒矔r幅度的方法，其利用Hilbert變換提取信號的瞬時幅度，利用瞬時幅度的FFT來估計PSK信號的符號率。雖然這種方法運算量較低，但是其抗噪性能不好，實用性不強。
[0006](2)利用小波變換方法估計符號率，如基于Harr小波變換的符號率估計。對信號的跳變沿進行檢測，進行尺度不同的Haar小波變換，在符號周期中間，小波變換后的幅度基本相等，在接收信號的符號周期邊沿上都能夠產(chǎn)生尖脈沖，而且尖脈沖的位置相同，把這些不同尺度小波變換后的幅度平方后疊加，再計算功率譜，檢測譜能量，然后估計符號率。該方法在信噪比較高時有很好的性能，但在低信噪比環(huán)境下受噪聲影響很大。而且這種方法不適用于采用升余弦成形的信號，對不同類型的信號，小波變換尺度的自動選取一直是一個難題。
[0007](3)基于循環(huán)譜的符號率估計方法。但是循環(huán)譜的計算量比較大，而且對應(yīng)于符號率的譜線往往不是全局最大值。而一種抑制背景噪聲的非線性濾波方法對循環(huán)譜進行濾波，該方法能夠使對應(yīng)于符號率的譜線突出出來，成為全局最大值，有利于符號率的估計。而對于帶限信道來說，通常要求自相關(guān)Y >50，它的運算量太大，難以實用。并且算法并未改變基本算法的固有缺點，即當(dāng)信噪比較低時符號率譜線有可能低于低頻譜線，因此同樣需要輔助手段限定符號率的范圍，以提高正確估計率。
[0008](4)利用帶通信號平方譜估計符號率的方法。利用平方譜估計m-PSK信號的符號率，平方譜的運算量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于循環(huán)譜。針對信號采用升余弦成形時平方譜中對應(yīng)于符號率的譜線將變得不太明顯的情況，使用一組濾波器對平方譜進行濾波，再進行綜合判決的方法。這種方法能夠提高符號率估計的性能，但是增加了運算復(fù)雜度。一種利用中頻信號的平方譜估計符號率的方法來解決降低運算復(fù)雜度的問題，但同時卻降低了抗噪性能。
[0009]上述例舉方法都是以符號率的準(zhǔn)確估計為前提，作為EVM分析的先決條件。雖然或多或少提高了估計符號率的準(zhǔn)確度，但是這些估計符號率的方法都有局限性，而且符號率估計抗噪性能也較低。因此，無論用哪種方法進行恢復(fù)參考信號，頻偏估計誤差，將導(dǎo)致得到的基帶信號存在相位漂移，符號率誤差將導(dǎo)致參考信號與測量信號無法同步。時域上的誤差也會隨時間而積累，嚴(yán)重影響EVM的分析精度，甚至得到錯誤的分析結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種新的EVM分析的參考信號恢復(fù)方法，其使用一種小波對齊的方法，用小波進行符號率估計，然后利用小波檢測符號跳變點，使參考信號碼元與測量信號碼元在時域上實現(xiàn)精準(zhǔn)對齊，然后對跳變間距進行統(tǒng)計計算，并估計符號長度，取其倒數(shù)能精確得出符號率。從而消除了符號率的估計不精確帶來的影響。
[0011]其技術(shù)解決方案是：
[0012]一種EVM分析的參考信號恢復(fù)方法，包括以下步驟：
[0013]a如果測量信號的符號率是未知的，則用小波變換求符號率，然后執(zhí)行步驟b;如果測量信號的符號率是已知的，則直接執(zhí)行步驟b，
[0014]b用小波變換的方法提取測量信號的碼元跳變點；然后執(zhí)行步驟C，
[0015]c根據(jù)提取的碼元跳變點求出參考信號。
[0016]上述步驟b中，對測量信號進行小波變換，變換值會在符號跳變點產(chǎn)生極大值，極大值的間距為符號周期的整數(shù)倍，針對此特性，結(jié)合帶寬估計的小波變換檢測方法，利用小波的奇異性檢測特性，檢測到的碼元跳變點，對跳變間距進行統(tǒng)計計算，估計符號長度，取其倒數(shù)從而得出信號符號率的估值。
[0017]上述步驟b具體包括如下步驟：
[0018]bl對測量信號進行小波變換
[0019]設(shè)跳頻信號時隙內(nèi)信號解析表達(dá)式為：[0020]x(l) = s(t) + n(t) = J⑴ e取,+#f> + n(t)
[0021]其中，x(t)為時隙內(nèi)的復(fù)信號，s(t)為已調(diào)復(fù)信號，n(t)為加性高斯白噪聲，
為時隙載頻角頻率，e。為時隙載頻初始相位，.ル》為基帶信號；
[0022]對于m-PSK數(shù)字信號可以表示為：
[0023]^in = A E—11 )
[0024]其中，A為信號幅值，4>n為信號的第n個元素的相位,u(t)為單位階躍函數(shù),1；為符號長度；
[0025]采用連續(xù)小波變換：
[0026]CWT(IKT) = -J=|.v(/)r *(--、dt
[0027]其中，s(t)為待測信號，V⑴為母小波函數(shù)，*表示共軛，a為尺度，T為位移；
[0028]上述小波選用haar小波，其表達(dá)如下：
[0030]對m-PSK數(shù)字信 號的小波變換吋，分為在相位連續(xù)區(qū)間的變換和在相位不連續(xù)區(qū)間的變換兩種情況，即
[0031]在相位連續(xù)區(qū)間時：
[0032]I CW,Ha,r) I= —— sin2 j
[0033]在相位不連續(xù)區(qū)間，％，分別為PSK第n個和n+1個碼元的相位，并且變在d處（d < 0)時:
[0034]I CtVTla, r) \= -j￡-- I' 2 ) + D(2 - — e,V 2 ) |
[0035]當(dāng)d > 0時有相似的結(jié)果；
[0036]在ー個周期內(nèi)或者碼元相同的周期內(nèi)，小波系數(shù)的模值|CWT(a，x)為ー個常數(shù)，當(dāng)符號發(fā)生跳變時，|CWT(a，x)也會隨之改變，并且在跳變點處，CffT (a, x)會產(chǎn)生ー個極大值；
[0037]b2選擇小波尺度和提取極值點
[0038]考慮到信號的符號率R與其帶寬Bw的關(guān)系為R = kBw, (I < k < 2)，在對信號進行小波變換前，先對信號進行帶寬估計，選取《 = c/Sw, (0.4 <c<l)作為小波變換尺度，其中氧,為帶寬的估計值；
[0039]為了消除噪聲和包絡(luò)起伏引起的偽極值點，提取模極大值，選取ー個閾值門限Th對CffT (a, x)進行去噪，對于BPSK信號，選取Th = max (I CWT (a，t ) |)/2作為去噪門限，
通過門限去噪后的信號小波系數(shù)模值丨可表示為：
rrwmi U-WTl\\CWT(a,r)\ \CWT(a,r)t> Tll
[0040]I (?, h-丨 0\CWJ{a,r)\< I),[0041]以0. 5/Bw為窗ロ長度對川提取局部極大值即可定位出符號跳變點Pi, (I
<i < N), i表示跳變點的序號，N表示跳變點的個數(shù)；
[0042]b3估計信號符號率
[0043]記相鄰跳變點間長度Li = (Pw-Pi), (I < i < N-DjLi為第i段相鄰跳變點間的長度，在理想狀態(tài)下，Li為符號長度Ts的整數(shù)倍=Li = kTs(k = I，2，3…）；第一個跳變點到
最后ー個跳變點總的符號個數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種EVM分析的參考信號恢復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟： a如果測量信號的符號率是未知的，則用小波變換求符號率，然后執(zhí)行步驟b ;如果測量信號的符號率是已知的，則直接執(zhí)行步驟b， b用小波變換的方法提取測量信號的碼元跳變點；然后執(zhí)行步驟C， c根據(jù)提取的碼元跳變點求出參考信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種EVM分析的參考信號恢復(fù)方法，其特征在于：上述步驟b中，對測量信號進行小波變換，變換值會在符號跳變點產(chǎn)生極大值，極大值的間距為符號周期的整數(shù)倍，針對此特性，結(jié)合帶寬估計的小波變換檢測方法，利用小波的奇異性檢測特性，檢測到的碼元跳變點，對跳變間距進行統(tǒng)計計算，估計符號長度，取其倒數(shù)從而得出信號符號率的估值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種EVM分析的參考信號恢復(fù)方法，其特征在于：所述步驟b具體包括如下步驟： bl對測量信號進行小波變換 設(shè)跳頻信號時隙內(nèi)信號解析表達(dá)式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種EVM分析的參考信號恢復(fù)方法，其特征在于：上步驟c包括：以極值點作為符號切換點，對兩個跳變點間的相位均值進行判決作為跳變間的相位值，以信號的幅值均值作為幅值，得到參考信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種EVM分析的參考信號恢復(fù)方法，其特征在于：上述步驟b3,還包括如下具體步驟： b31對信號求帶寬Bw，頻偏F。，去頻偏，得到基帶信號； b32以a= c/Bw,(0.4<c<1)為尺度對基帶信號進行連續(xù)小波變換并取模得到|CWT (a, t) | ； b33對|CWT(a，t) I做門限去噪處理，得到新的模值序列KHlm I; b34對Kf+nr--,r)丨以0. 5/\為窗口寬度定位小波模極大值，得到符號跳變點Pi, (I < i<N)； b35求每兩個相鄰跳變點間的距離Li = (Pw-Pi), (I < i < N-1)，對跳變點間距Li求直方圖，以直方圖最大值對應(yīng)的Li作為符號長度粗估計值之； b36選取長度小于47'的Li統(tǒng)計總的符號個數(shù)及其持續(xù)時間
【文檔編號】H04L27/00GK103490824SQ201310397509
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】丑振東, 韓民, 戰(zhàn)云, 張超 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所