使用单台矢量信号分析器同时测试多台正交频分复用发射机的设备和方法

专利名称：使用单台矢量信号分析器同时测试多台正交频分复用发射机的设备和方法
技术领域：
本发明涉及正交频分复用(OFDM)发射机的测试，尤其涉及使 用矢量信号分析器(VSA)测试OFDM发射机。技术背景众所周知，多输入多输出(MIMO)通信系统使用多台发射机和 接收机以增强通信链路的可靠性和信号容量。每台发射机的测试通常 是通过将每单台发射机连接到VSA，并针对每台发射机连续重复测量 来完成。可选地，另外一种方法是将每台发射机连接到其自己的VSA 上并同时执行测试。因此，第一种方法仅要求一台VSA，但是显然需 要更多时间；而第二种方法要求多个VSA系统，但是显然需要较少 的时间。无线装置的常规测试包括在某个时刻测试一台活动的发射机。即 使该装置提供了多台发射机，它们通常并不能并行操作。然而，人们 一直试图提高数据速率。在过去已经通过使用更为复杂的调制和更高 的带宽实现了这个目标。这些方法使用了单独的一台发射机，因此能 够使用单独的 一 台输入测试仪器执行测量。随着MIMO技术的引入，通过利用相同的频率和带宽用于传输 使得单个的发射机承载分离的信息，多台并行的发射机被用于提高给 定带宽内的允许的数据速率。在正常的操作过程中，系统要求多个路径用于通过相同的带宽同时可靠地传输并行的数据流。该系统依靠先 进的信号处理方法以在所要求的多个接收机内分离不同的传输信号。 接收机分离并抽取通过多台发射机发送的数据。因此，需要多台并行的接收机来完整地分析一个真实的MIMO信号，而谁也不能够再使 用单独一台输入测试仪器来完整地分析所传输的信号。在有人需要得到关于在测试中的装置(DUT )尽可能多的信息的 研究和开发(R&D)测试中尤其如此。然而，为了进行产品测试，有 人可能不需要如此多的信息，因为实际上他是在测试确定DUT是否 已经正确装配，以及所有组件是否功能完好。假设所有的主要组件(例 如，芯片)已经得到了测试，并且如果装配完整并且正确的话，所生 成的设计证实为正确运转，从而就避免了类似详细测试安装的需求。从产品的观点看，有人期望有满足完全覆盖所要求测试的尽可能 低的测试成本。产品测试通常不但包括产品检验，常常还包括更为重 要的产品校准。在产品校准过程中，设备的性能将被调整到满足所希 望的性能。产品中测试的最优成本包括以合理定价的测试设备确保尽可能 快的测试时间。测试MIMO发射机会预示着有人能够利用并行测试 设备，以便能够并行测试每台发射机。与传统的装置相比较，这几乎 不会增加测试时间，但是将使测试安装的成本加倍，由此增加了总的 测试成本。由于现代测试设备提供明显更强的信号处理能力，除了简单地并 行进行所有测试之外，的确存在其他的选择。正如所指出的，生产中 可能并不是必须要测量DUT的所有参数；经常是有人可以简单地测 量生产设备中预期会改变的参数。这包括识别故障组件和装配问题， 以及将单台发射机的性能校准到接近于最优的能力。发明内容根据本发明，提供了 一种用于测量复合信号内的多个正交频分复 用(OFDM)信号中的一个或多个单独的OFDM信号的信号压缩水平的信号分析器和方法。根据本发明的一个实施例，一种用于测量复合信号内的多个正交频分复用(OFDM)信号中的一个或多个单个OFDM信号的信号压 缩水平的信号分析器，包括用于检测经由信号通信路径接收的、包含至少第一和第二 OFDM信号的复合数据信号的第一信号检测器装置，以便提供与所述 复合数据信号的包络相对应的第一检测数据信号，其中源自一个远程信号源的所述复合数据信号具有多个与之相关的 信号传输过程，并且所述远程信号源包括多个数据分组，每个数据分 组都包含多个传输数据的相应部分，以及所述多个传输数据的每个相应部分相对于所述多个信号传输过 程的相应的一个以及信号通信路径，对应于多个已知数据的相应部分；用于至少部分地根据至少基本上类似于所述多个信号传输过程 的多个过程，处理复合数据信号和所述多个已知数据，以便分别提供 对应于所述多个已知数据的至少第一和第二部分的至少第一和第二参考信号的信号处理装置；用于检测所述至少第 一和第二参考信号以便分别提供至少第一 和第二控制信号的第二信号检测器装置；以及用于响应所述至少第 一和第二控制信号，分析所述第 一检测数据 信号以便分别提供指示所述至少第一和第二 OFDM信号的至少第一 和第二功率特性的至少第一和第二分析信号的信号分析器装置。根据本发明的另 一个实施例， 一种用于测量复合信号内的多个正 交频分复用(OFDM)信号中的一个或多个单个OFDM信号的信号 压缩水平的方法，包括检测经由信号通信路径接收的、包含至少第一和第二 OFDM信 号的复合数据信号，以便提供对应于所述复合数据信号的包络的第一 检测数据信号，其中源自远程信号源的所述复合数据信号具有多个与之相关的信号传输过程，并且所述远程信号源包括多个数据分組，每个数据分组都 包含多个传输数据的相应部分，以及所述多个传输数据的每个所述相应部分相对于所述多个信号传 输过程的相应的一个以及所述信号通信路径，对应于多个已知数据的相应部分；至少部分根据至少基本上类似于所述多个信号传输过程的多个 过程，处理所述复合数据信号和所述多个已知数据，以便分别提供对 应于所述多个已知数据的至少第一和第二部分的至少第一和第二参考信号；检测所述至少第 一和第二参考信号以便分别提供至少第 一和第二控制信号；以及响应所述至少第一和第二控制信号，分析所述第一检测数据信号 以便分别提供指示所述至少第一和第二 OFDM信号的至少第一和第 二功率特性的至少第一和第二分析信号。


图1是描述适用于与根据本发明的一个实施例的方法一同使用 的典型的MIMO OFDM信号突发配置的信号图；图2是描述用于实践根据本发明一个实施例的方法的接收机系 统的框图；图3是图2的接收机子系统的框图；图4A和4B是描述图2的接口/计算机的可选实施例的框图； 图5是描述根据本发明的一个实施例的多台将被测试的OFDM 发射机的框图；图5A是描述图5的发射处理阶段的一个示例实施例的框图； 图6是描述涉及实践根据本发明的不同实施例的测试方法的过 程的框图；图6A和6B描述了图6中在其的时域和频域内识别出的所选择 的信号；图7是描述用于特征化导致信号压缩的非线性行为的技术的框图；图8A-8C是描述用于实践本发明的测试设备配置的框图； 图9A-9B图形化描述了信号EVM测量的结果； 图10A-10B图形化描述了信号相关测量的结果； 图11A-11B图形化描述了 CCDF曲线；图12A-12B, 13A-13B，14A-14C以及15A-15D图形化描述了各 种未压缩的、压缩的以及复合的MIMO信号；以及图16是描述根据本发明的一个方面用于比较测量的和参考信号 的技术的框图。
具体实施方式
以下的详细描述是参考附图的本发明的示例性实施例。这些描述 是出于示例的目的，并非是限制本发明的范围。对这些实施例进行了 充分详细的描述以使本领域的普通技术人员能够实践本发明，并且应 当理解，可以以一些变化来实践其它的实施例而不会偏离本发明的精 神或范围。遍历本公开内容，缺少与上下文相反的明显指示，应当理解，所 描迷的单个电路元件可能在数量上为一个或多个。例如，术语"电路，， 和"线路，，可能包括单个组件或多个组件，其可能是有源和/或无源的， 并连接或否则耦合在一起(例如，作为一个或多个集成电路芯片)以 提供所描述的功能。此外，术语"信号"可能代指一个或多个电流，一 个或多个电压，或数据信号。在附图中，相同或相关的元素会具有相 同或相关的字母、数字或字母数字的标志符。根据本发明的测试方法提供用于使用单台VSA同时测试两台或 多台OFDM发射机。这种方法利用了以下事实典型MIMOOFDM 发射机在突发内发射其输出信号，在突发的开始即前置码期间具有特 定信息，这有利于信号突发的剩余部分的可靠接收和解调。参考图1，根据本发明的一个实施例，当测试两台发射机时所使用的一组信号的一个实例包括两个信号突发，如图所示。在这个实例中，使用了三个前置码，每一个都具有其自己的循环移位(cs)。除 了循环移位之外，第二台发射机的前置码与第一台发射机的前置码相同。例如，前置码l、 2和3的循环移位分别是400、 3100和1600纳 秒。然而应当理解，为MIMO运行设计其它的前置码也是可能的。参考图2，适用于实践本发明的系统的一个实施例200包括接收 机202，控制器204，以及可能包括计算机的接口 206。输入射频(RF) 信号201 (下面更详细地讨论)由接收机202根据来自控制器204的 控制信号205进行处理。结果采样的数据矢量203被提供给接口 206。 如果接口 206包括计算机，则采样的数据矢量203能够在本地得到处 理。否则，采样的数据矢量203可能被延迟，例如，经由网络(如以 太网)接口 209到外部计算机上处理。随着在网络接口 209上接收， 控制数据207或者由接口 206的内部计算机或者由外部计算机经由接 口 206提供给控制器204。参考图3,接收机202的一个示例性实施例202a包括许多的以 传统方式连接的常规元器件，基本如图所示。输入RF信号201根据 来自控制器204的控制信号205a由可变增益放大器302放大。结果 信号303使用由受控于来自控制器204的控制信号205b的第一 LO 304提供的本机振荡器(LO)信号在混频器306内向下变频。产生的 下变频信号307由带通滤波器308滤波。滤波后的信号309根据来自 控制器204的控制信号205c利用另 一个可变增益放大器310放大。下变频和滤波后的信号311在混频器314i、 314q利用来自受控 于来自控制器204的控制信号205d的第二 LO 312的正交LO信号 313i、 313q进一步下变频。产生的基带正交信号315i、 315q使用低 通滤波器316i、 316q滤波。(应当理解，可以执行单次下变频，例如， 其中输入RF信号201由一个可变增益放大器310放大，而第二LO312 以适当的频率为低通滤波器316i、316q提供正交LO信号313i、313q。)滤波后的信号317i、 317q是模拟形式的正交数据信号，它们通 过受控于来自控制器204的控制信号205e、205f的模-数转换器(ADC )318i、 318q被转换为数字数据信号319i、 319q。这些数据信号319i、 319q根据来自控制器204的控制信号205g被存储在存储器320中， 作为如同相321i和正交相位321q数据信号的可用性。参考图4A，接口 206的一个实施例206a包括利用测量软件402 和控制软件404编程的计算机。用户的操作通过图形用户界面406执 行，该图形用户界面通过数据40和控制信息405与测量软件402及 控制软件404通信。参考图4B，当使用外部计算机时，这种计算机400包括接口 440， 通过该接口测量软件402和控制软件404经由网络连接209与本地接 口 206交互。数据信息441m和控制信息441c在接口 440和测量软件 402及控制软件404之间转换。参考图5，要使用根据本发明一个实施例的方法进行测试的RF 信号201是两个或多个(本实例中为两个)来自相同数量的发射机的 传输信号的组合。在本实例中，要进行测试的发射机组500包括两个 信号传输系统。要发送的数据501a、 501b按照发送过程502a、 502b 进行处理。生成的信号503a、 503b通过放大器504a、 504b放大以便 产生时域数据信号505a、 505b，该信号由滤波器506a、 506b滤波以 生成用于传输的时域数据信号507a、 507b。滤波器506a、 506b提供 线形畸变的模拟，而其他形式的畸变(例如，放大器噪声，非线性放 大器和混频器畸变，I/Q不平衡，相位噪声等)由经由信号组合器552a、 552b引入的附加的误差信号551a、 551b模拟。结果的信号553a、 553b 在信号组合器554中相加以生成RF信号201。参考图5A，可以如下描述发射过程502a、 502b的一个示例性实 施例。输入数据501a、 501b由处理器510进行初步处理，在510内， 输入数据被编码、隔行扫描、从串行转换为并行格式、并根据正交幅 度调制(QAM)映射。产生的正交信号Ul (k) 511i、 511q按照快 速傅里叶逆变换(IFFT) 512进行处理，随后产生的信号513i、 513q 在转换处理514中从并行转换为串行格式。结果串行信号515i、 515q 具有在下一过程516中添加的循环前缀，从而生成用于传输的正交数据信号517i、 517q。前置码生成器518生成正交前置码信号519i、 519q。数据517i、 517q和前置码519i、 519q信号被提供给信号路由器，例如，转换器 520。根据控制信号521c，路由器520选择后面跟有数据信号517i、 517q的前置码信号519i、 519q。所选择的信号521i、 521q在进入到 緩沖放大器522i、 522q中緩存，并在信号混合器524i、 524q中与正 交转换信号531i、 531q混合之前，通过数-模转换器(DAC) 532i、 532q转换为模拟信号533i、 533q (以下将详细讨论)，随着结果信号 525i、 525q在信号组合器526中相加，生成输出信号503a、 503b。本机振荡器电路528提供正交本机振荡器信号529i、 529q,它们 在信号混合器530i、530q中与用于模拟信号传输路径的正交不平衡的 正交信号531a、531b混合，由此生成正交本机振荡器信号531i、 531q。 緩冲放大器522i、 522q的信号增益Gi、 Gq用于模拟正交信号传输路 径的幅度不平衡。参考图6，根据本发明的一个实施例，测量软件402可以如工艺 流程600所示执行许多测试和操作。输入采样数据矢量321i/321q在 包括频镨计算602、匹配滤波检测604和频率校正606的多个过程中 使用。频i普计算602通过例如平均快速傅里叶变换(FFT)处理的结 果来提供表示组合的信号的功率镨的数据603。匹配滤波检测过程604为输入信号321i、 321q检测信号的开始、 符号边界和频率误差。频率误差信息605a被提供给频率校正过程606, 而信号开始605b和符号边界605c信息被提供给并行转换过程608。输入信号321i/321q具有其根据频率误差信息605a在频率校正 过程606中校正的标称频率。根据信号开始605b和符号边界605c信 息，校正的信号信息607通过并行转换处理608被转换为并行信号信 息。并4亍信号信息609 ^L利用FFT过程610处理以生成对应于原始 数据传输信号201的频域信息Yl (k) *+Y2 (K) * 611。该信息611 被提供给前置码处理过程612 (下面讨论)。此外，相加过程616通过减去参考信号信息615 (下面讨论)以在频域617内生成原始数据 传输信号201内出现的误差信号来进一步处理该信息611。前置码处理过程612为滤波过程506aa、 506ba生成控制数据 613a、 613b(下面讨论)。此外，它生成代表每个数据传输信号553a、 553b的功率电平的数据613c，代表每台发射机的I和Q数据信号之 间的不平衡的数据(例如，上图5A中所讨论的相位和幅度)，以及 每个数据传输信号的频镨平直度(数据传输信号553a、 553b中每个 OFDM载波的幅度)。出于测试的目的，由测试中的传输系统500发送的原始数据是已 知的，并在测量软件402内作为已知数据501aa、 501ba提供给双传 输过程502aa、 502ba。生成的双频域数据信号Ul (k) *503aa、 U2 (k) A503ba根据滤波器控制数据613a、 613b由意欲仿真传输系统 500的原始滤波器506a、 506b的滤波过程506aa、 506ba滤波。结果 滤波数据S1 (k) *507aa、 S2 ( k ) *507ba在组合过程614中相加以产 生重构的理想传输信号615,信号615被从所接收信号的611中减掉 以产生复合误差信号E1 (k) *+E2 (k) *617。利用标准公式，能够根 据这个复合的误差信号617计算得到EVM。应当理解，已知数据501aa、 501ba可能已经在发射机组500内 通过扰频器(例如，在发送过程502a、 502b内)使用一个未知的初 始状态进行了处理。这种不确定性可以在接收机600内利用将从输入 信号321i/321q重新获取的数据相对所有可能的扰频器初始状态进行 校正的过程得到解决。基于前述讨论，如图6所描述，信号测量可以概括如下例如利 用与前置码匹配的滤波器检测输入信号的开始和符号边界。匹配的滤 波器的输出用于导出信号载波频率偏移，根据信号载波频率偏移可以 计算出适当的频率校正并在时域内应用。(应当理解，也可以使用其 它已知的技术实现这些功能，例如功率包络检测或自动校正)。利用快速傅里叶变换(FFT)处理输入信号的剩余部分，例如前 置码后面的数据，每个FFT输出代表一个符号。每个FFT输出具有N个值，这些值的一个子集Nl表示包含信息的正交频分复用(OFDM) 信号载波。通常，值N具有2的幂，而Nl约等于N-lO。用于M台 发射机的MIMO前置码结构允许为在所传输的信号Yl ( k) 、 Y2 ( k) 中出现的每个OFDM栽波Nl建立M公式，M未知。求解这些公式 为这些信号Yl (k) 、 Y2 (k)中传输的每个栽波提供了幅度和相位 响应Hl、 H2的估计。信道平直度由滤波器的幅度响应Hl、 H2决定， 而功率电平通过将所传输信号Yl (k) 、 Y2 (k)中的每个栽波的功 率相加来确定，I/Q不平衡通过估算每个传输信号Yl (k) 、 Y2 (k) 的中间频率周围的正和负栽波之间的相关性来计算得出。由于前置码的内容是先验已知的，并且因为输入前置码具有明显 的循环移位，来自各个发射机的信号就能够对每个载波信号分离。使 用不同的多输入多输出(MIMO)实现，则可以使用不同的前置码， 这种前置码被设计为至少基本正交。如果原始数据已知，则发射机500 能够以实现了扰频来操作，由于扰频器设置能够使用匹配滤波器导 出，并且如果扰频器设置已知的话，就能够导出所希望的参考信号。作为前述的结果，能够建立来自每个发射机的每个栽波信号的功 率电平，从中能够确定来自每个发射机的有用功率，以及频谱平直度， 即，穿过频镨的信号功率的均匀性。用于每台发射机的每个载波信号 的功率和相位代表每台发射机的信道响应，正如在滤波器处理506aa、506ba中所才莫拟的。通过比较这些分离的发射机信号，能够导出每台发射机的正交 (I/Q)不平衡。如果数据内容是已知的，正如在测试条件期间所希望那样(同时 考虑扰频器不确定性，如上所述)，误差矢量值(EVM)能够通过将 FFT过程的输出与信道校正应用之后的理想FFT输出相比较而计算 得出。相位噪声的计算能够以类似的方式执行。通过平均FFT输出，能够计算出组合的信号的功率谱。相对定时能够根据匹配滤波器604的输出峰值的位置确定。 参考图6A和6B，利用频域数据信号Ul (k) *503aa为例，信号之间的时域和频域关系能够如下所述。参考图6A，信号Ul (k) 是列矢量的序列，每个具有数量为N的FFT元素，每个列都代表频 域内的分组的一个符号。例如，对于IEEE802.11a/g信号，数值N典 型地为64而IFFT和FFT功能使用64个矢量元输入来执行。信号 Ul (k)是用于分组中第k个符号的列矢量。参考图6B，信号ul (t) 为对应于U1 (k)的时域信号(前置码的长度不成比例)。例如，频 域矢量U1 (2)对应于时间间隔t之上的时域信号ul (t)，如下 r0 + rCT + 2.7; " < r0 + 3.7;频域信号U1 (k)能够根据时域信号ul (t)如下导出其中？=附7;。—w;+r。+rCTo>=27rfc， fc为本地振荡器信号529i、 529q的频率1^=1/数-模转换器的采样时钟频率T^符号持续时间，包括循环前缀To-前置码后第一个符号的开始Tc产循环前缀的持续时间k-符号数111=采样数(例如，对于IEEE 802.11a/g m=0:63 ) 如上所讨论，MIMO发射机能够以并行方式测试，其中单台发 射机的输出例如经由功率组合器组合以将组合的信号馈送给能够完 成真实信号分析的信号测试仪器。通过使用先进的信号处理算法，许 多单个的参数都能够利用组合的信号针对每台个体发射机提取出。这 种分析基于知道被发送的数据，以及MIMO数据分组的固定部分(例 如，数据分组标题)。这种能力在生产系统内具有很大的优势，因为 它允许仅使用单台测试仪器执行MIMO发送系统的并行测试，因此 提供了较快的测试速度和较低的成本，从而满足了尽可能低的生产成 本的要求。一种期望的测试将是测量MIMO系统中所使用的不同发射机的 单机的压缩以及为每台发射机指配质量测量。当发射机压缩所传输的信号时，这样就降低了信号的质量，这能够经由作为测量所传输的信号与理想信号的差别有多大的EVM表现出来。对于OFDM信号， EVM表示为每个栽波的星座图和理想星座图之间的差别，例如，如 IEEE 802.11a/g标准的EVM要求中所陈述的。将压缩水平与单个发 送链路相关联的一种方法是通过测量互补累积分布函数(CCDF)， 该功能是众所周知的特征(以下将更加详细地讨论该方法)。参考图7，另一种方法是特征化将导致压缩的非线性行为。来自 诸如功率放大器的非线性元件的输出x (t)可以如下根据其的输入信 号y (t)表示其中33和as是决定第三和第五阶响应的功率的非线性系数。可 以从来自复合信号的每台发射机的压缩特性，即系数a3和as，导出依 照其EVM的每台发射机的信号质量。复合误差信号617,第一个本地生成的理想发射机信号507aa， 以及第二个本地生成的理想发射机信号507ba都是在频域内，通过相 应的IFFT过程702a、 704a、 704b每次一个符号地被转换到时域。第 一个发射机时域信号705a根据第三706a和第五708a阶非线性过程 处理。结果的707a、 709a使用复合误差信号703 (t) Ve2 (t) *相 关。第一相关器输出711a 513是对第一个发射机对每个符号的项33的 估计，而第二相关器输出711b 515是对第一个发射机的对每个符号的 项as的估计。类似地，第三相关器输出711c ^是对第二台发射机对 每个符号的项a3的估计，而第四相关器输出711b ^5是对第二台发射 机对每个符号的项as的估计。EVM计算过程712将平均分组上的这 些估计，通过将所平均的估计用于寻址查询表以便确定发射机和基于 压缩的EVM估计713b、 713c之间的EVM差值713a。参考图8A，测试配置800a包括具有多个(例如，两个)发射机 804a、 804b的DUT 802，信号组合器806, VSA 808，以及计算机810。 计算机810包含并运行经由接口 813提供指令和数据给DUT 802以及 从DUT 802接收数据的DUT控制软件812，以及相互之间以及经由另一个接口 815与VSA 808交换数据和指令的VSA控制软件814和 分析软件816。参考图8B,在一个可选测试配置800b中，在发射机804a、 804b 和信号组合器806之间放入转换器820a、 820b,并受控于来自VSA 和计算机810中的切换控制软件814b的指令。参考图8C,在一个可选配置800c中，去除了信号组合器806, 而且每台发射机输出805a、 805b直接由其自己的VSA 808a、 808b 来测量。再次参考图8A，根据一个测试配置，第一台发射机804a以固定 输出信号805a压缩运转，从而产生32dB的EVM，而第二台发射机 804b的压缩是变化的。利用单个VSA 808测量第二台发射机804b的 EVM。为了得到EVM参考值，利用仅连接到第二台发射机804b的 VSA 808直接测量来自第二台发射机804b的EVM，即没有增加第一 台发射才几804a的信号805a。参考图9A和9B，可以比较两个测量的EVM。横轴显示了当使 用基准软件进行分析时第二台发射机804b的EVM。纵轴显示了当使 用复合测量技术时EVM中的误差(以dB为单位)。针对这个特定 的测试，假如使用IEEE 802.11a/g系统，当可接受限度的最高数据率 为-25dB时，特别感兴趣的EVM的范围是在-24和-27dB之间。图 示意了两台发射机被设置为以相同的功率发送的情况(预压缩)，而 图9B示意了第一台发射机804a处于比第二台发射机804b高出一分 贝的水平的情况。在所感兴趣的范围内，由于图9A具有+AldB的误 差范围，而图9B具有+Z-1.5dB的误差范围，误差显示出一个小的正 偏压。这些测试是使用相对较短的仅有24个符号的分组完成的。增 大分组的长度将提高准确度。参考图10A和IOB，每台发射机804a、 804b的EVM都可能受 到其它的损害源的影响。通过比较来自不同传输链路的相关程度，可 以监控每台发射机的压缩。横轴为第三阶相关系数的比率的函数(=)，而纵轴为发射机804a、 804b之间的EVM中的差值，图10A示意了其中发射机输出信号805a、 805b在压 缩(不是非线性的)之前的功率相等的情况，而图10B示意了其中第 一台发射机804a处于比第二台发射机804b高出一分贝的水平的情 况。另一个希望的测试是测量MIMO系统中所使用的不同发射机的 单个的压缩。压缩经常以具有较高峰对平均比率的信号中的CCDF的 形式来测量，例如OFDM信号，并且提供有助于检验发射机的性能 的重要信息。在设计良好的系统中，所发射信号的功率被调整到一定 的压缩水平以便能够满足发射质量要求。降低输出信号功率将导致增 大电源电流消耗，但是增大功率将会把系统带入更深的输出信号压缩 从而导致发射质量降级到系统性能可能受较差传输质量的限制的点 上。参考图11A， IEEE 802.11a/g ( OFDM )发射机的典型CCDF曲 线显示了信号相对平均功率具有X-dB或更高的瞬间功率的概率。曲 线1102代表典型的设计良好的发射机的测量的CCDF,而曲线1104 代表如果没有信号压缩的理论CCDF。横轴是相对于平均功率的偏移， 而纵轴为概率。压缩的CCDF曲线的终点1106可代表压缩水平，因 为它指示了输入信号的最高峰值的压缩程度。在本实例中，输出信号 相对于理论信号压缩了大约3dB。终点1106可随着更短的数据分组 有一些变化，因为分组内容(未压缩的)可能由于达到这个水平的峰 值的相对较低的概率而不会正好沿着理论曲线1104。因此，终点1106 虽然经常用于实际标识压缩，也应当仅看作是压缩的指示。CCDF本身是推导相对简单的函数。问题是在产品安装中，某人 通常会寻找例如，由坏掉的电路组件引起的具有较高压缩的信号。在 单发射机系统中，某人将轻易做到在较高的曲率指示压缩的地方识别 出压缩(图11A)。信号能够展示出相对于绝对功率直到10dB的峰 值功率，但是测量的发射机输出可能仅显示大约7dB的峰值；因此， 发射机将压缩最高峰值至大约7dB。由于这些峰值水平相对稀少，这 种压缩总的来说不会过分影响发射机性能到阻碍所发送的数据基于正常的性能范围和误差校正的恢复的程度。如果两台发射机显示出相同的压缩，则这对于MIMO系统也是如此。然而，具有存在故障的发射机的MIMO系统可能既产生压缩信 号又产生非压缩信号，从而显示出不同的信号传输特性。如果信号峰 值不相关，诸如对于多信号流MIMO信号，则通过查看组合的信号 来测量压缩可能比较困难。如果两种信号均显示未压缩，则绝对峰值 将会高出每个信号的峰值3dB。然而，RMS功率也高出3dB，因此维 持了最大10dB的峰对平均值。如果一个信号显示没有压缩而另一个 显示有一些压缩，例如如上所讨论的7dB的最大峰值(CCDF会停止 在7dB)，当组合该两个信号时，CCDF将显示峰值上大约1.3dB的 降低(对于相等的RMS信号功率)。如果压缩增大到5dB，则复合 CCDF将仅显示相对于理论信号1.8dB的压缩，而且如果进一步降低 到3dB的峰值，则CCDF将显示相对于理论信号2.2dB的压缩。通 常，压缩将限制发射机的性能到6.5dB和7dB之间的峰值范围，并且 如果两台发射机的其中之一发生了故障，整个MIMO系统就变得故 障。参考图11B,图11B为双发射机MIMO信号的复合CCDF曲线 和单个CCDF曲线之间的比较。曲线1108是MIMO OFDM信号的 理论曲线，而曲线1110为复合(組合的)CCDF。两台MIMO发射 机的其中之一的未压缩的输入的曲线实际上和理论曲线1108 —致。曲线1112是针对其它的MIMO发射机的，并且指示接近用于最优校 准的发射机的曲线的显著的压缩。由此可明显看出，在组合的信号上 使用CCDF测量提供了非常少的信息。某人几乎不能将组合的信号与 理论信号区分开，而同时其中的一个发射机针对一个良好的系统压缩 到了最大程度。因此，某人很可能不能够使用单台能够测量CCDF的 传统仪器来充分测量CCDF，因为经常要求产品测试安装。然而， CCDF是能够经常有助于提高产品测试速度的所希望的分析工具，因 为它是简单的分析并且提供了对信号成分的重要的洞察力。通过测量复合信号EVM，可以识别复合EVM的其它组成部分，到那时也知道了压缩特性，其可以确定evm组成部分对于不同的信 号传输路径是否类似，或一个信号传输路径的影响是否控制了复合 evm。参考图12a和图12b，时域内理想的未压缩信号(图12a)的时 间采样和相同时间采样的压缩版本(图12b)的比较将揭示类似于图 11a的曲线1102的ccdf特性，以及压缩并不影响峰值位置，以及 对较大峰值的衰减大于对较小峰值的衰减的事实。参考图13a和13b，对于两个mimo信号的复合信号，图13a 描述了当两个信号都未被压缩时的结果，而图13b描述了当两个信号 的其中之一被压缩到如图ha的1102所示的水平时的结果。从这看出在某些情况下压缩是可以被看到的，而在其它情况下信号继续显示 完整的峰值。如所希望那样，压缩信号(图13b)峰值减少，但是没 有与参考未压缩的信号比较时不容易识别出压缩(图13a)。参考图14a-14c,两个单独传输的信号(图14a和14b)产生 了复合信号(图14c),其中可以看出在一些实例中一个信号在峰值 中占优势，在其它实例中其它信号占优势，而在另外一个实例中两个 信号峰值同时发生从而导致复合信号对峰值更大。参考图15a-15d,图中示出了相同的单独传输的信号(图15a 和15b)，但是一个信号压缩了 (图15a)，而另一个信号没有压缩 (图15b),产生另一个复合信号(图15c)。为了比较，没有进行 信号压缩，还产生了另一个复合信号(图15d)。如上所讨论的，如果经由mimo信号发送的数据是已知的，有可能估计理想复合信号并根据它估计evm。该过程提取出所接收的信号，在频率和时间内与理想参考信号对准，并将其与参考信号比较，所提取的信号和参考信号分别类似于图15c和15d中描述的信号。 从单个信号测量可以看出存在两个单独的参考信号，因此也存在单独的信号。因此，能够识别出两个信号的不同峰值点，以及它们是如何与复合(组合的)信号相关的。利用这些知识就可能在作为占优势组 成部分的其中一个信号在功率上支配其它信号的该点上分析复合信号，理想的复合信号在该点上可以与实际测量的信号相比较，并且可 以确定占优势信号的压缩。参考图16，如图所示，用于获取测量的信号并将其与参考信号 比较的电路1600的一个实例包括信号包络检测电路1602、 1614a、 1614b， IFFT电路1612a、 1612b，阈值比较电路1616a、 1616b，开 关电路1604a、 1604b，功率计算电路1606a、 1606b，以及直方图计 算电路1608a、 1608b。检测到包络输入采样的数据矢量信号 321i/321q,并且如根据控制信号1617a、 1617b确定的做到可用于切 换(下面讨论)。使用用于为每台发射机计算CCDF曲线的结果信号 功率数据1607a、 1607b来确定开关信号1605a、 1605b的功率电平。本地生成的频域内的理想发射机信号507aa、 507ba通过它们相 应的IFFT过程1612a、 1612b净皮发送到时域。发射4几时域信号1613a、 1613b的包络被测试并与各自的阈值相比较以确定发射机信号的较低 功率点。结果控制信号1617a、 1617b被用于如上所述转换或实现所 检测的复合信号包络1603的包络。可选的技术包括针对相应的发射机使用迭代方法和CCDF曲线 实际推导的其它变化，所有的这些都基于比较不同的信号来了解信号 的相对功率，然后将该结果与所测量的复合CCDF曲线相比较的基本 方法。对于本领域的技术人员显见的是本发明的结构和方法内的各种 各样的其它的修改和替代而不偏离本发明的范围和精神。尽管已经结 合了特定的优选实施例描述了本发明，应当理解的是，正如所要求的 那样，本发明不应当过度地受限于这样的特定实施例。以下权利要求 意图定义本发明的范围，并因此意图覆盖这些权利要求和它们的等同 物的范围内的结构和方法。
权利要求
1.一种设备，包括用于测量复合信号内的多个正交频分复用(OFDM)信号中的一个或多个单独的OFDM信号的信号压缩水平的信号分析器，包括用于检测经由信号通信路径接收的、包含至少第一和第二OFDM信号的复合数据信号的第一信号检测器装置，以便提供与所述复合数据信号的包络相对应的第一检测数据信号，其中源自远程信号源的所述复合数据信号具有多个与之相关的信号传输过程，远程信号源包括多个数据分组，每个数据分组都包含多个传输数据的相应部分，以及所述多个传输数据的每个所述相应部分相对于所述多个信号传输过程的相应的一个以及所述信号通信路径，对应于多个已知数据的相应部分；用于至少部分地根据至少基本上类似于所述多个信号传输过程的多个过程，处理所述复合数据信号和所述多个已知数据，以便分别提供对应于所述多个已知数据的至少第一和第二部分的至少第一和第二参考信号的信号处理装置；用于检测所述至少第一和第二参考信号，以便分别提供至少第一和第二控制信号的第二信号检测器装置；以及用于响应于所述至少第一和第二控制信号，分析所述第一检测数据信号，以便分别提供指示所述至少第一和第二OFDM信号的至少第一和第二功率特性的至少第一和第二分析信号的信号分析器装置。
2. 根据权利要求l的设备，其中所述至少第一和第二功率特性 的至少其中之一包括互补累积分布函数(CCDF)。
3. 根据权利要求l的设备，其中所述多个数据分组中的每一个 还包括多个前置码数据的相应部分，并且所述信号处理装置包括用于处理所述多个前置码数据的至少所述相应部分，以便提供至少多个控制数据的前置码处理装置；以及用于接收所述多个已知数据和所述多个控制数据，以及响应于 此，根据所述多个过程处理所述多个已知数据，以便提供所述至少第 一和第二参考信号的数据处理装置。
4. 根据权利要求1的设备，其中所述第二信号检测器装置包括 用于检测所述至少第一和第二参考信号，以便分别提供与所述第一和第二参考信号的相应包络相对应的至少第二和第三检测数据信号的信号包络检测器装置；以及用于检测所述至少第二和第三检测数据信号，以便分别提供所述 至少第一和第二控制信号的信号阈值检测器装置。
5. 根据权利要求l的设备，其中所述信号分析器装置包括 用于响应于所述至少第一和第二控制信号，选择所述第一检测数据信号的至少部分时间区分的部分，以便提供至少第一和第二选择的 信号的转换器装置；用于为所述至少第一和第二选择的信号检测相应的功率电平，以 便分别提供至少第 一和第二功率信号的功率检测器装置；以及用于处理所述至少第一和第二功率信号，以便分别提供所述至少 第一和第二分析信号的处理器装置。
6. —种用于测量复合信号内的多个正交频分复用(OFDM)信 号中的一个或多个单独的OFDM信号的信号压缩水平的方法，包括检测经由信号通信路径接收的、包含至少第一和第二 OFDM信 号的复合数据信号，以便提供对应于所述复合数据信号的包络的第一 检测数据信号，其中源自远程信号源的所述复合数据信号具有多个与之相关的信号 传输过程，并且所述远程信号源包括多个数据分组，每个数据分组都包含多个传输数据的相应部分，以及所述多个传输数据的每个所述相应部分相对于所述多个信号传 输过程的相应的 一个以及所述信号通信路径，对应于多个已知数据的相应部分；至少部分地根据至少基本上类似于所述多个信号传输过程的多 个过程，处理所述复合数据信号和所述多个已知数据，以便分别提供 对应于所述多个已知数据的至少第一和第二部分的至少第一和第二参考信号；检测所述至少第一和第二参考信号，以便分别提供至少第一和第二控制信号；以及响应于所述至少第一和第二控制信号，分析所述第一检测数据信号，以便分别提供指示所述至少第一和第二 OFDM信号的至少第一 和第二功率特性的至少第一和第二分析信号。
7. 根据权利要求6的方法，其中所述至少第一和第二功率特性 的至少其中之一包括互补累积分布函数(CCDF)。
8. 根据权利要求6的方法，其中所述多个数据分组中的每一个 还包括多个前置码数据的相应部分，并且所述处理包括处理所述多个前置码数据的至少所述相应部分，以便提供至少多 个控制数据；以及接收所述多个已知数据和所述多个控制数据，以及响应于此，根据所述多个过程，处理所述多个已知数据，以便提供所述至少第一和 第二参考信号。
9. 根据权利要求6的方法，其中检测所述至少第一和第二参考 信号包括检测所述至少第一和第二参考信号，以便分别提供对应于所述第 一和第二参考信号的相应包络的至少第二和第三检测数据信号；以及检测所述至少第二和第三检测数据信号，以便分别提供所述至少 第一和第二控制信号。
10.根据权利要求6的方法，其中所述分析包括 响应于所述至少第 一和第二控制信号，选择所述第 一检测数据信 号的至少部分时间区分的部分，以便提供至少第一和第二选择的信号；为所述至少第一和第二选择的信号检测相应的功率电平，以便分别提供至少第一和第二功率信号；以及处理所述至少第一和第二功率信号，以便分别提供所述至少第一 和第二分析信号。
全文摘要
一种用于测量复合信号内的多个正交频分复用(OFDM)信号中的一个或多个单独的OFDM信号的信号压缩水平的信号分析器和方法。
文档编号H04J1/00GK101273566SQ200680035028
公开日2008年9月24日 申请日期2006年9月22日 优先权日2005年9月23日
发明者C·奥格瑞德, D·沃韦斯, S·贝内特, V·帕帕帕拉斯克瓦 申请人:莱特普茵特公司