关于测量CDMA2000中Rho值和EVM值的问题

关于测量CDMA2000中Rho值和EVM值的问题

刘君荣  谢少锋

    近几年，国家非常重视数字通信测量测试仪器的量传以及校准方法的规范，组织编制了3个相关的规范，分别是JJF1131-2005《TDMA-GSM数字移动通信综合测试仪校准规范》、JJF1128-2004《矢量信号分析仪校准规范》和JJF1174-2007《数字信号发生器校准规范》。但这些规范对CDMA技术中的特殊参量没有研究，例如表征信号质量的波形质量因数Rho和码域功率等。
   
一、调制参数定义
    数字信号发生器主要由基带信号发生模块、I/Q调制模块、射频信号本振模块、射频变换模块和稳幅检波输出模块组成。数字信号发生器采用VCO及单环路频率合成器实现频率合成，DDS技术有效地实现了小数分频，提高了频率准确度，并且利用分频、倍频、混频方案实现了频率覆盖。内置基带信号发生器和I/Q调制器实现全频段的数字调制。定向耦合检波组件的作用是检测实际输出功率。模拟调制的调频、调相功能在主振驱动和频率合成电路中实现，或者在DDS上实现窄带调频和调相，同时配合锁相环实现宽带调频和调相。调幅功能在稳幅调制电路中实现，其中线性调幅可以在稳幅闭环条件下实现，深度调幅则受制于环路动态范围而需要由调制器本身特性实现。稳幅调制电路的另一个作用是控制调制组件实现稳幅输出。同时，多种形式的对外接口方便软件控制，实现功能升级。
    数字信号共有两种传输方式:(1)基带传输:数字信号直接传送的方式。(2)频带传输:用数字基带信号调制载波后的传送方式。
    所谓调制，是用基带信号对载波波形的某些参数进行控制，使载波的这些参数随基带信号的变化而变化。将信号源发出的信息码经码型变换及滤波形成后直接传送至接收端，虽然码型变换及滤波成形可使其频谱结构发生某些变化，但分布的范围仍然在基带范围内。
    从对载波参数的改变方式上可把调制方式分成4种类型:ASK、FSK(MSK)、QAM和PSK。每种类型又有多种不同的形式。如在ASK中有正交载波调制技术、单边带技术、残留边带技术和部分响应技术等。FSK中有连续相位调制技术等，PSK中有2PSK、4PSK等。在这些调制技术中，常用的是多相相移键控技术、正交幅度键控技术和连续相位的频率键控技术。
    CDMA数字调制参数，包括波形质量因数Rho、误差矢量幅度、信道功率、邻道功率比、码域功率、频率误差，是CDMA数字信号发生器参数中表征信号质量的重要参数，其中波形质量因数Rho、码域功率两参数是有别于TDMA制式的特有参数。
    波形质量因数Rho是应用于CDMA系统中的度量参数，它是相关功率对总功率的比值；相关功率通常是由测得的信号与一个已知编码的作为参考的基带信号之间的相关计算得到的。波形质量因数Rho是统计平均值，其定义公式为
   
    式中:Ij和Qj——理想符号点的坐标；δIj和δQj——接收到的数据点的矢量误差；N——测量取样的数据点数；Smax——星座图最外面位置矢量的大小。
    码域功率是码分多址CDMA系统中的重要参数，正如在频分多址FDMA系统中测量频域功率、在时分多址TDMA系统中测量时域功率一样，为了了解码分多址CDMA系统中每个通信信道的功率分布状况，必须测量码域功率。然而和所有第二代系统不同的是，第三代系统每个通信信道所承载的是不同位元速率的信息，同时代表每个通信信道的沃什码长度也可能不同。
   
二、实验测试部分
    在进行CDMA2000测量时，主要针对波形质量因数Rho和误差矢量幅度EVM两个参数。针对这两个参量，现在给出的校准方案主要是校准零点，在进行较小误差测量时，信号源输出标准信号测量出来的结果基本一致，但仅仅进行较小误差测量是不够的。假设信号源输出一个极小误差的单载波信号，目前一些较好的仪器当中都存在补偿电路，能对小误差进行补偿，还原出测试信号。这时，我们并不能对它下合格结论，有可能该仪器在产生大误差而检测仪器无法进行补偿时，测试出的结果就不正确。所以，我们也应该对它进行测量，这样才能全面地对一个信号进行测试。
    在进行实验时，利用信号源本身自带的I/Q调制功能，分别改变I/Q Gain Balance、I/Q offset和Quadrature Angle Adjustment 3个参数来产生较大误差信号，用矢量信号分析仪进行解调。测量所用到的信号源和分析仪主要使用Agilent和R&S公司的，经过大量实验发现，单独改变I/Q offset以及Quadrature Angle Adjustment时，不同公司仪器之间测量出来的Rho和EVM相差很大，但改变I/Q Gain Balance这一项时，结果却是一致的。测量结果如表1所示。
   

    表1  测量结果表

    从表1中可以看到，在(0～0.05)dB之间，可以看做较小误差范围，Rho值基本没变，EVM变化也非常小，说明就算有较小的误差也并不影响测试的结果。不断改变测试参数，测量结果发生较大变化，这时可以看做是较大误差信号测试。在0.5dB以上，确保仪器无原理性缺陷前提下，可以忽略其影响。不同公司的仪器相互测试，EVM值基本一样。在测试的过程中，R&S公司的SMU200系列的I/Q Gain Balance改变量只有1dB，无法进行统一比较，就没给出具体数据，但在(0.5～1)dB范围内测试出来的数据还是很吻合。还有用其他参数作为改变量时，不同公司的信号源及同公司不同型号的信号源等测试的结果完全不一样，无法进行统一比较。
   
三、结束语
    现在，对于CDMA2000的Rho值仅仅是对标准信号进行校准，通过比对的方法得到最高标准，再进行量值溯源。如果文中所提到的参数能作为标准参数，可能解决最高标准溯源问题，同样可以对较大误差进行校准，这样才能对CDMA2000制式中的数字参数进行全面校准。
    作者单位【刘君荣  广东工业大学信息工程学院、谢少锋  信息产业部电子第五研究所】
   
链接  数字通信测试仪器
    随着通信技术的迅猛发展，数字通信测试仪器被广泛应用在GSM及CDMA通信设备的设计、生产中。数字信号发生器在一个信号发生器内完全整合了数字、模拟调制功能，提供了全面的调制能力，包括各种数字标准GSM、PHS、IS-95 CDMA、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等，各种数字调制FSK、PSK、QAM等，模拟调制AM、FM、PM，以及外部IQ调制。对于多种数字调制类型的实现，数字信号发生器主要通过一个双通道任意波形发生器来实现，同时通过运用内插值计算和过采样技术保证波形精确，并采用深存储深度方式存储样本。数字信号发生器的适量调制带宽高达几十兆，可以满足现今的无限数字通信系统的测试要求。