一种高精度的5G大带宽信号测试方法技术

本发明专利技术公开了高精度的5G大带宽信号测试方法，由高精度测试信号解调算法和基于射频直接带通采样的多级抽取软件无线电接收流程机体系结构两部分组成，解调算法主要利用解调参考信号实现5G信号的时间同步、频率同步和信道估计，基于射频直接带通采样的多级抽取软件无线电接收机体系结构流程利用带通采样定理、数字混频正交变换和多级抽取结构实现数字化测试，提高方法的灵活性和适应性。本方法可以精确测量5G大带宽信号的误差矢量幅度和相邻信道泄露比，有效测试发射机的发射信号质量和非期望辐射，设计复杂度低，适用于各种5G通信设备的测试。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的5G大带宽信号测试方法
本专利技术属于无线通信
，涉及无线通信系统的基站一致性测试，更为具体来说，是一种基于射频直接带通采样的高精度5G大带宽信号测试方法。
技术介绍
伴随着无线通信系统的快速演进与迅猛发展，第五代移动通信系统(5G)开始进入商用阶段。服务质量和稳定程度是衡量移动通信系统建设是否成功的标准，为了确保通信设备可以进入市场、交付客户和正常使用，制造商除了要做好产品的设计和开发以外，还需要进行完备的性能测试。移动通信系统在不断演进，5G时代的通信设备设计更加复杂，这对测试方法提出了新的要求和挑战。基站一致性测试的发射机测试包括发射信号质量和非期望辐射等项目。发射信号质量中最重要的测试指标是误差矢量幅度(EVM)，它从信号星座图的角度衡量发射信号和理想信号之间的偏差；非期望辐射中最具有代表性的测试指标是相邻信道泄露比(ACLR)，它表示分配信道内的发射功率和相邻信道内的泄露功率的比值。通过测量发射信号的EVM和ACLR，可以有效测试发射机的发射信号质量和非期望辐射，快速判断其性能是否满足要求。现阶段，已有测试方法多是针对4G及以前的无线信号设计，无法利用新特性解调5G测试信号。同时它们使用传统模拟结构作为接收机体系结构，灵活性低，适应性差，难以适配具有多种参数的大带宽5G信号。目前，尚缺乏针对5G大带宽信号的数字化测试方法。
技术实现思路
专利技术目的：为解决上述问题，本专利技术针对基站一致性测试的发射机测试场景，提供了一种高精度的5G大带宽信号测试方法，使用高精度测试信号解调算法正确快速解调5G测试信号，同时在软件无线电理论基础的指导下，设计了一种基于射频直接带通采样的多级抽取软件无线电接收流程，实现数字化测试，支持测试多种参数的5G大带宽信号。技术方案：一种高精度的5G大带宽信号测试方法，通过测量误差矢量幅度和相邻信道泄露比，测试发射信号质量和非期望辐射，判断发射机的性能是否满足要求，具体包括如下步骤：步骤1，测试仪表对待测设备发射的测试信号进行接收，根据测试使用的测试模型确定解调参考信号即DMRS的初始参数，按照标准生成DMRS的原始序列，将原始序列调制后映射到时频栅格的指定位置，得到频域理想信号；步骤2，使用基于射频直接带通采样的多级抽取软件无线电接收流程对测试信号进行采样变频，将测试信号从射频模拟信号变换为基带数字信号；步骤3，使用基于DMRS的符号定时偏差估计算法对步骤2得到的基带数字信号进行时间同步；步骤4，使用基于循环前缀(CP)的小数载波频率偏差估计算法、基于DMRS的整数频率偏差估计算法和基于DMRS的残留频率偏差估计算法对步骤3中经过时间同步的的信号进行频率同步；步骤5，使用双符号最小二乘信道估计算法对步骤4中经过频率同步的信号进行信道估计，使用单抽头均衡器进行信道均衡，得到测试信号星座图，测量误差矢量幅度；步骤6，使用经典功率谱估计法对步骤4中经过频率同步的信号进行功率谱估计，得到测试信号功率谱，测量相邻信道泄露比。进一步地，所述步骤1中测试信号的特征具体包括：根据3GPP标准规定的测试模型生成，子载波间隔由参数集μ表示；以帧为单位，每个帧分为多个时隙，每个时隙包括14个正交频分复用即OFDM符号；每个时隙有两个符号携带有数据和DMRS，其余符号只携带有数据。进一步地，所述步骤2中多级抽取软件无线电接收机流程具体包括：根据带通采样定理对射频模拟信号进行带通采样，提高数字信号处理的占比；通过数字混频正交变换进行下变频；利用多级抽取结构进行抽取和滤波。进一步地，所述步骤3中基于DMRS的符号定时偏差估计算法具体包括如下步骤：对步骤1得到的频域理想信号进行OFDM调制，得到时域理想信号；计算测试信号与时域理想信号的互相关函数；寻找互相关函数峰值，峰值索引为符号定时偏差估计值；从符号定时偏差估计值开始取一帧的数据，至此完成时间同步，符号定时偏差估计值表示为：其中表示符号定时偏差估计值，y[n]表示测试信号，x[n]表示时域理想信号，表示两个信号的互相关函数，Nframe表示帧长。进一步地，所述步骤4中基于CP的小数载波频率偏差估计算法具体包括如下步骤：将OFDM符号的CP部分和对应的数据部分共轭相乘；对相乘后的结果取角度，除以2π，得到单个符号的小数载波频率偏差估计值；对整个帧所有符号的估计值求平均，得到整个帧的小数载波频率偏差估计值，单个符号的小数载波频率偏差估计值表示为：其中，表示小数载波频率偏差估计值，arg{·}表示取角运算，Ncp表示CP长度，NFFT表示快速傅里叶变换(FFT)点数。进一步地，所述步骤4中基于DMRS的整数载波频率偏差估计算法具体包括如下步骤：将步骤1得到的频域理想信号进行循环移位，移位大小依次为1到快速傅里叶变换(即FFT点数；对测试信号进行FFT运算，将其变换到频域；以时隙为单位，计算测试信号与不同循环移位后的频域理想信号的互相关函数；寻找让互相关函数取最大值的循环移位数，得到整数载波频率偏差估计值，整数载波频率偏差估计值表示为：其中，表示整数载波频率偏差估计值，表示每个帧的时隙数，Nd表示DMRS占据的子载波数，Yl,d,1[k]和Yl,d,2[k]分别表示测试信号第l个时隙携带有DMRS的第一个符号和第二个符号，Xl,d,1[k]和Xl,d,2[k]分别表示频域理想信号第l个时隙携带有DMRS的第一个符号和第二个符号，*表示共轭。进一步地，所述步骤4中基于DMRS的残留载波频率偏差估计算法具体包括如下步骤：取测试信号携带有DMRS的OFDM符号；将上述符号以时隙为单位，和步骤1得到的频域理想信号的对应符号共轭相乘；对相乘后的结果取角度，除以符号间隔，得到单个时隙的残留载波频率偏差估计值；对所有时隙的估计值求平均，得到整个帧的残留载波频率偏差估计值，残留频率偏差估计值表示为：其中，表示残留载波频率偏差估计值，Δl表示每个时隙携带有DMRS的两个符号之间的索引差，α＝Ncp/NFFT。进一步地，所述步骤4需要依次补偿整数载波频率偏差、小数载波频率偏差和残留载波频率偏差，补偿方法为将测试信号乘以其中ε依次设为和至此完成频率同步。进一步地，所述步骤5中双符号最小二乘信道估计算法具体包括如下步骤：取测试信号携带有DMRS的OFDM符号；将上述符号以时隙为单位，和步骤1得到的频域理想信号的对应符号相除，得到单个时隙的信道估计结果；对所有时隙的估计结果求平均，得到整个帧的信道估计结果，单个时隙的信道估计结果表示为其中，表示信道估计值，X表示频域理想信号，Y表示测试信号，所有符号使用向量表示；所述步骤5中的单抽头均衡器以OFDM符号为单位，将测试信号直接除以信道估计结果，得到测试信号星座图，用以测量误差矢量幅度。进一步地，所述步骤6中的经典功率谱估计法具体包括如下步骤：对步骤4中经过频率同步的信号进行5倍带宽的FFT运算，得到频域信号；取频域信号的幅值，除以5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度的5G大带宽信号测试方法，其特征在于：具体包括如下步骤：/n步骤1，测试仪表对待测设备发射的测试信号进行接收，根据测试使用的测试模型确定解调参考信号即DMRS的初始参数，按照标准生成DMRS的原始序列，将原始序列调制后映射到时频栅格的指定位置，得到频域理想信号；/n步骤2，使用基于射频直接带通采样的多级抽取软件无线电接收流程对测试信号进行采样变频，将测试信号从射频模拟信号变换为基带数字信号；/n步骤3，使用基于DMRS的符号定时偏差估计算法对步骤2得到的基带数字信号进行时间同步；/n步骤4，使用基于循环前缀(CP)的小数载波频率偏差估计算法、基于DMRS的整数频率偏差估计算法和基于DMRS的残留频率偏差估计算法对步骤3中经过时间同步的的信号进行频率同步；/n步骤5，使用双符号最小二乘信道估计算法对步骤4中经过频率同步的信号进行信道估计，使用单抽头均衡器进行信道均衡，得到测试信号星座图，测量误差矢量幅度；/n步骤6，使用经典功率谱估计法对步骤4中经过频率同步的信号进行功率谱估计，得到测试信号功率谱，测量相邻信道泄露比。/n

【技术特征摘要】
1.一种高精度的5G大带宽信号测试方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，测试仪表对待测设备发射的测试信号进行接收，根据测试使用的测试模型确定解调参考信号即DMRS的初始参数，按照标准生成DMRS的原始序列，将原始序列调制后映射到时频栅格的指定位置，得到频域理想信号；
步骤2，使用基于射频直接带通采样的多级抽取软件无线电接收流程对测试信号进行采样变频，将测试信号从射频模拟信号变换为基带数字信号；
步骤3，使用基于DMRS的符号定时偏差估计算法对步骤2得到的基带数字信号进行时间同步；
步骤4，使用基于循环前缀(CP)的小数载波频率偏差估计算法、基于DMRS的整数频率偏差估计算法和基于DMRS的残留频率偏差估计算法对步骤3中经过时间同步的的信号进行频率同步；
步骤5，使用双符号最小二乘信道估计算法对步骤4中经过频率同步的信号进行信道估计，使用单抽头均衡器进行信道均衡，得到测试信号星座图，测量误差矢量幅度；
步骤6，使用经典功率谱估计法对步骤4中经过频率同步的信号进行功率谱估计，得到测试信号功率谱，测量相邻信道泄露比。


2.根据权利要求1所述的高精度的5G大带宽信号测试方法，其特征在于，所述步骤1中测试信号的特征具体包括：根据3GPP标准规定的测试模型生成，子载波间隔由参数集μ表示；以帧为单位，每个帧分为多个时隙，每个时隙包括14个正交频分复用即OFDM符号；每个时隙有两个符号携带有数据和DMRS，其余符号只携带有数据。


3.根据权利要求1所述的高精度的5G大带宽信号测试方法，其特征在于，所述步骤2中多级抽取软件无线电接收机流程具体包括：根据带通采样定理对射频模拟信号进行带通采样，提高数字信号处理的占比；通过数字混频正交变换进行下变频；利用多级抽取结构进行抽取和滤波。


4.根据权利要求1所述的高精度的5G大带宽信号测试方法，其特征在于，所述步骤3中基于DMRS的符号定时偏差估计算法具体包括如下步骤：对步骤1得到的频域理想信号进行OFDM调制，得到时域理想信号；计算测试信号与时域理想信号的互相关函数；寻找互相关函数峰值，峰值索引为符号定时偏差估计值；从符号定时偏差估计值开始取一帧的数据，至此完成时间同步，符号定时偏差估计值表示为：



其中，表示符号定时偏差估计值，y[n]表示测试信号，叭n]表示时域理想信号，表示两个信号的互相关函数，Nframe表示帧长。


5.根据权利要求1所述的高精度的5G大带宽信号测试方法，其特征在于，所述步骤4中基于CP的小数载波频率偏差估计算法具体包括如下步骤：将OFDM符号的CP部分和对应的数据部分共轭相乘；对相乘后的结果取角度，除以2π，得到单个符号的小数载波频率偏差估计值；对整个帧所有符号的估计值求平均，得到整个帧的小数载波频率偏差估计值。单个符号的小数载波频率偏差估计值表示为：



其中，表示小数载波频率偏差估计值，arg{·}表示取角运算，Ncp表示CP长度，NFFT表示快速傅里叶变换(FFT)点数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张在琛，李弈文，吴亮，党建，刘鹏，刘银，桂仁杰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32