专利名称：用于估计信号质量的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于估计信号质量，特别是通信信号质量的方法和装置。
背景技术：
发射机和调制器，例如在数字视频广播-地面(DVB-T)情况下的发射机和调制器，能产生高复杂度的传输信号，例如产生正交频分复用信号(OFDM)。这些高复杂度的通信信号由多个参数进行表征，并且可被多个干扰因素篡改。
场测量的目的，例如DVB-T中场测量的目的是，在DVB-T网络中的随机位置以去除失真的方式寄存DVB-T传输信号，并且利用数字测量值处理，参考所接收DVB-T传输信号的一些测量值来确定所接收的DVB-T传输信号的某些预先建立的参数。这些参数对数字传输信号质量进行表征，并被数字电视工程领域的技术人员用于诊断、试用系统或装置。
实际上，在不同时间接收DVB-T传输信号的测量接收机，按照数字信号处理的方式确定该信号的各个参数，并将它们与相应的预先建立的基准值进行比较，而且测量接收机设置在DVB-T网络的不同位置。如果每个所确定的参数相对于基准值位于某个预先建立的容许范围内，那么就该参数而言，DVB-T传输信号可被证明为合格。
对信号的一个参数实现这种证明的方法，特别是对具有时变基准值的参数实现证明的方法，公开在DE 101 63 505 A1中。
由多个参数表征并且可被多个干扰因素篡改的更复杂的传输信号，例如OFTM-调制传输信号，证明的复杂度相比于DE 101 63 505 A1所公开的解决方式要复杂得多。因此涉及诊断或证明领域的技术人员很快面临复杂并耗时的证明。在诊断和证明的过程中，他将很快丧失对细节的考虑和对细节的优化。在这种情况下，这些细节优化在数字OFDM传输信号的整体质量上的效果，很难从质量和数量等方面来估计。OFDM传输信号的当前质量状况的完整总览，或者通过优化方法预先取得的OFDM传输信号的质量状况，在这种情况下很容易丧失。
发明内容
因此，本发明基于提供一种方法和装置的目的，利用这种方法和装置，基于复杂传输信号的测量参数，相对简单且快速地确定复杂传输信号的质量。
该目的通过一种根据权利要求1所述的用于确定信号质量的方法和一种根据权利要求14所述的用于估计信号质量的装置来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中描述。
为了这个目的，根据本发明的装置，对传输信号的每个参数确定测量参数与预先建立的基准值的偏差，并且对每个因此确定的偏差，用参数与其基准值的最大可能偏差来缩放。对各个大小受限制的偏差的缩放，使得可以对所有偏差进行后续统一的数学处理，这将由于缩放而变得无量纲。一个参数及其与相应基准值之间的偏差对复杂传输信号质量的影响可个别地通过加权因子的手段来调整。复杂传输信号的质量通过对所加权和缩放的偏差进行平均来确定。
参数与其基准值的最高可能偏差根据基准值与信号范围的上限或下限的最大偏差来获得，其中信号范围的上限和下限都是预先建立的。该偏差通过形成基准值和测量参数之差——在最大偏差的情况下，通过形成基准值与信号范围的上限或下限之差——并随后形成模数来确定。通过这种方式，可保证为随后的平均提供正的偏差，甚至在负差情况下或者在负参数情况下。
如果所测量的参数位于由预先建立的信号范围的上限和下限所限定的信号范围之外，那么对于根据本发明的方法所做的估计，所测量的参数被限制为信号范围的上限或下限。这意味着，由于对各个偏差进行了随后的缩放，所以每个经过缩放的偏差都位于在±1之间的标度范围内。
通过加权平均的手段，彼此单独缩放的偏差的估计，根据参数的类型以线性、二次、对数或指数的方式来实现。
为了提供清楚的总览，所确定的偏差和质量值都从可被图形可视化。例如，在本文中，可使用色标，其由所定义的颜色值表征偏差或信号质量的确定值。如果测量参数超出预先建立的信号范围，那么其可利用所定义的颜色值例如红色，突出表示为警告。
在根据本发明用于估计信号质量的装置的第一实施例中，若干个测试测量接收机分布在DVB-T网络中，并且通过标准数据传输端口将它们所接收的DVB-T传输信号传输到主计算机，用于进一步处理。相反，在根据本发明用于估计信号质量的装置的第二实施例中，只提供一个直接与主计算机连接的测试测量接收机。
用于确定信号质量的方法和装置的实施例将在下面参考附图作出更加详细的描述。
如下图1A，图1B是根据本发明用于估计信号质量的装置的第一和第二实施例的电路简图；图2是根据本发明用于确定信号质量的方法的流程图；图3示出了由根据本发明的方法确定的结果的图形显示(第一部分)；和图4示出了由根据本发明的方法确定的结果的图形显示(第二部分)。
具体实施例方式
如图1A所示的第一实施例中，根据本发明用于估计信号质量的装置包括，若干个测试测量接收机10、20、30、40，例如由Rohde&Schwarz制造的EFA测试测量接收机，它们安装在DVB-T网络内的各个位置。每个测试测量接收机10、20、30、40测量DVB-T传输信号的各个相应参数。各个测试测量接收机10、20、30、40中的测量值由主计算机50通过远程控制或远程请求，使用标准数据传输端口60，例如RS 232端口或IEC总线端口进行扫描，并且根据本发明的方法进行处理和可视化。可视化是通过经可视化端口80连接到主计算机50的图形显示装置70来进行的。用户还可将图形显示装置70用作输入媒介，以用于设置参数和控制本发明的整个方法。
如图1B所示，根据本发明用于估计信号质量的装置的第二实施例，仅提供一个测试测量接收机10，其不用远程控制，而是直接与主计算机50连接。在这种情况下，为了进行根据本发明方法的进一步处理，主计算机50在其配置中只有所输入的参数的一项记录。测试测量接收机10、主计算机50和显示装置70也可集成到一个公共机盒中。
在这两个实施例中，用于测量数据的传统的预处理功能——例如滤波、平均、模拟/数字转换等——通过具有所寄存参数Xi的各个测试测量接收机10、20、30、40来实现。
根据本发明的用于估计信号质量，特别是DVB-T传输信号的质量Qs的方法，根据图2从程序阶段S10开始，其中从测试测量接收机10、20、30、40输入用于估计信号质量Qs的预先确定的参数Xi。
根据本发明的方法，在接下来的程序阶段S20，在主计算机50上为用户提供控制选项，以根据所输入参数Xn的最大数目来阻止或释放某些参数Xi，用于进一步处理。为此，可视化界面80为用户提供每个所确定参数的控制字段。
在接下来的程序阶段S30，为每个所确定和释放的参数Xi确定基准值XRefi。例如，这可以根据传输标准的规范，例如所使用的调制方法来获得，或者可以参考DVB-T操作者所期望的质量要求来获得。因为传输信号的各个参数Xi的这些基准值XRefi没有必要是固定值，所以用户可采用可视化界面80来从中选择，并且如果需要，可以修改预先建立的基准值组来获得适用于每个参数Xi的测试测量的基准值XRefi。
按照与基准值组类似的方式，用户可从预先建立的记录中选择一个数据对Xupi和Xlowi，作为在给定测试测量中的每个参数Xi的信号范围的上限和下限。如果所输入和释放的参数Xi位于信号范围之外，那么在程序阶段S40中，根据等式(1)设置参数Xi，如果参数Xi大于信号范围上限Xupi，那么将参数Xi设置为信号范围上限Xupi，如果参数Xi小于信号范围下限Xlowi，那么将参数Xi设置为信号范围下限Xlowi。
Xi＝Xupi对于Xi＞XupiXlowi对于Xi＜XlowiXi其它(1)如果所测量的参数Xi位于可允许或所定义的信号范围之外，那么根据本发明的方法，通过可视化界面80来提示用户，例如通过将参数Xi标记为红色来提示用户。
对于每个参数Xi，随后的程序阶段S50包括通过根据等式(2)形成参数Xi与相关基准值XRefi之差，对所输入和释放的参数Xi与其基准值XRefi的偏差ΔXi进行计算。
因为需要正的偏差，以使得可以对每个偏差进行统一的数学处理，所以在程序阶段S50，除了形成差之外，还形成模数。因此，负的差异，例如基准噪声等级和测量噪声等级之间的差异，或具有负值的参数，例如负信号幅度，将会总是正值偏差。
ΔXi＝|XRefi-Xi| (2)因为各个所输入和释放参数Xi是大小受限制的值，并且通常位于不同的数量级范围中，所以根据本发明方法的以下程序阶段S60，应该对各个偏差ΔXi进行缩放。缩放能保证所有所确定的偏差ΔXi在根据本发明的后续程序阶段中以统一的方式进行处理。各自的最大可能偏差ΔXiMax被用作缩放偏差ΔXi的基准值。最大可能偏差将根据等式(3)利用相应的基准值XRefi与各自的信号范围上限Xupi或信号范围下限Xlowi的偏差ΔXi的最大值来获得。在等式(3)中，各个最大可能偏差ΔXiMax的正值，通过形成模数以与等式(2)类似的方式来获得。
ΔXiMax＝|XRefi-Xupi|对于|XRefi-Xupi|＞|XRefi-Xlowi||XRefi-Xlowi|对于|XRefi-Xlowi|＞|XRefi-Xupi|(3)每个偏差ΔXi根据除法形式，分别用根据等式(3)所确定的最大可能偏差ΔXiMax来缩放。然后，根据等式(4)获得所缩放的偏差Δ XiΔX‾i=|XRefi-Xi|ΔXiMax=ΔXiΔXiMax---(4)]]>在随后的程序阶段S70，对于信号质量Qs，考虑参数Xi与其对应基准值XRefi的偏差的不同量级的差异重要性。为此，为用户提供估计函数的范围——例如线性、二次、指数和对数估计。
在所缩放的偏差Δ Xi的线性估计的情况下，所缩放的偏差Δ Xi和信号质量Qs之间具有线性相关性。在信号质量Qs的计算结构中，使用缩放偏差Δ Xi的线性估计，例如用传输信号的以下参数Xi-调制误差向量，作为对数缩放或百分比(MER RMS dB或％)形式的有效值-误差向量，作为百分比(EVM RMS％)形式的有效值-最大调制误差，百分比(MER MAX％)形式-最大误差向量，百分比(EVM％)形式-包误差/时间单位的数量-分段误差/时间单位的数量-对数缩放(dB)形式的最高肩距-对数缩放(dB)形式的最低肩距-dB形式的调制信号/载波信号的比率-具有IQ调制的幅度不对称
-具有IQ调制的正交误差-以对数缩放(dB)的残留载波抑制-以对数缩放(dB)的信号噪声距离-相位抖动(dB)-幅度抖动(dB)-幅度线性(dB)-相位线性(°)-群延时线性-信号幅度(dB)-对数标度(dB)的载波幅度误差-峰值因子-超过互补分布函数(CCDF)的功率在测量参数Xi与其基准值XRefi一致的理想情况下，根据等式(4)，缩放偏差Δ Xi为0，而在测量参数Xi与其基准值XRefi为最大偏差Δ XiMax的最差情况下，根据等式(4)，缩放偏差Δ Xi为1。然而，因为参数Xi与其基准值XRefi的最大偏差Δ XiMax对信号质量Qs作出的参数Xi的贡献Pi最小，而测量参数Xi与其基准值XRefi一致对信号质量Qs作出的参数Xi的贡献Pi最大，所以在缩放偏差Δ Xi的线性估计的情况下，参数Xi对信号质量Qs作出的贡献Pi根据等式(5a)通过取余算法，按照从值1中减去缩放偏差Δ Xi的方式来计算Pi=1-|XRefi-Xi||ΔXiMax|---(5a)]]>在缩放偏差Δ Xi的二次估计的情况下，与更小的缩放模数偏差Δ Xi相比，通过二次估计的手段，提供更大的缩放模数偏差Δ Xi的较高估计，因为后者比前者对信号质量Qs造成的负面影响更强。在信号质量Qs的计算中使用缩放偏差Δ Xi的二次估计，例如用以下参数
-调制频率偏移量-载波频率偏移量-码元率偏移量-比特率偏移量在缩放偏差Δ Xi的二次估计的情况下，参数Xi对信号质量Qs的贡献Pi根据等式(5b)计算Pi=1-(|XRefi-Xi||ΔXiMax|)2---(5b)]]>缩放偏差Δ Xi的对数估计与参数Xi一起使用，其中指数是有效值。通过包含指数项的误差函数所计算的位误码率(BER)，是对数估计的典型参数Xi。因此，对数估计例如与以下参数Xi一起使用-在Viterbi之前的位误码率-在Reed-Solomon之前的位误码率-在Reed-Solomon之后的位误码率在对数估计的情况下，参数Xi对信号质量Qs的贡献Pi根据等式(5c)计算Pi=1-|logXRefiXi||logXRefiXlowi|]]>对于|logXRefiXlowi|>|logXRefiXupi|]]>=1-|logXRefiXi||logXRefiXupi|]]>对于|logXRefiXupi|>|logXRefiXlowi|---(5c)]]>缩放偏差Δ Xi的指数估计与参数Xi一起使用，其中确定了有效值的对数，例如，与信号幅度一起使用，其中信号幅度在对数标度中以分贝的方式寄存，并且通过指数估计转化为线性标度。
在指数估计的情况下，参数 Xi对信号质量Qs的贡献Pi根据等式(5d)计算Pi=1-|eXRefi-eXi||eXRefi-eXlowi|]]>对于|eXRefi-eXlowi|>|eXRefi-eXupi|]]>=1-|eXRefi-eXi||eXRefi-eXupi|]]>对于|eXRefi-eXupi|>|eXRefi-eXlowi|---(5d)]]>在随后的程序阶段S80，参数Xi的每个贡献Pi的加权因子Gi从预先建立的加权因子Gi组中选择。用户可选择，并且如果需要，可通过可视化界面80从预先建立的加权因子Gi组中修改加权因子Gi。具有了各个加权因子Gi，就可以确定各个参数Xi的各自贡献Pi，从而确定信号质量Qs。例如，如果就内容而言，类似或相关的多个参数Xi被用于确定信号质量Qs，那么它们用较低的加权因子Gi来分别估计，从而，与由其它参数Xi所表示的状况相比，避免对在内容上类似的参数Xi的状况估计过高。
参数Xi通过其在信号质量Qs上的贡献Pi所取得的份额Qi，可根据等式(6)，通过形成各个参数Xi的贡献Pi与相关加权因子Gi的乘积来计算Qi=Gi*PiΣi=1nGi*Pi*100%---(6)]]>程序阶段S90包含信号质量Qs的计算。这可以根据等式(7)来获得，通过用各自选择的加权因子Gi对在所有全部n个所输入和释放的参数Xi的等式(5a)、(5b)、(5c)和(5d)中所计算的贡献Pi来加权，及其后的平均来获得。
Qi=Σi=1nGi*PiΣi=1nGi*100%---(7)]]>对于线性估计，根据等式(8a)来获得参数Xi的完成程度Ei；对于二次估计，根据等式(8b)来获得；对于对数估计，根据等式(8c)来获得；对于指示估计，根据等式(8d)来获得，这些等式分别通过将等式(5a)、(5b)、(5c)和(5d)乘以100％来获得。
Ei=1-|XRefi-Xi||ΔXiMax|*100%=Pi*100%---(8a)]]>Ei=1-(|XRefi-Xi||ΔXiMax|)2*100%=Pi*100%---(8b)]]>Ei=1-|logXRefiXi||logXRefiXlowi|*100%]]>对于|logXRefiXlowi|>|logXRefiXupi|]]>=1-|logXRefiXi||logXRefiXupi|*100%]]>对于|logXRefiXupi|>|logXRefiXlowi|---(8c)]]>Ei=1-|eXRefi-eXi||eXRefi-eXlowi|*100%]]>对于|eXRefi-eXlowi|>|eXRefi-eXupi|]]>=1-|eXRefi-eXi||eXRefi-eXupi|*100%]]>对于|eXRefi-eXupi|>|eXRefi-eXlowi|---(8d)]]>在最后的程序阶段S100，借助图形显示装置70，图形可视化所获得的结果。
图3通过示例的方式提供了几个参数Xi的图形表示。各个参数Xi的文字标记和/或缩写，示出在图3的可视化显示的第一列。可视化显示的第二列将各个参数Xi的测量值表示为具有相关大小的数值，同时，也示出颜色值，其对应于根据等式(8a)到(8d)的测量参数Xi的完成程度Ei。可视化显示的第三列将测量参数Xi的完成程度Ei表示为数字百分比。同时，借助箭头在色标上的位置，可视化显示的第三列可以指示相对于最低完成程度(最差)或最高完成程度(最好)的测量参数Xi的完成程度Ei的估计。可视化显示的第四列包含参数Xi的所选择的加权因子(权重)Gi。最后，可视化显示的第五列示出根据等式(5a)到(5d)的各个贡献(所取得的点的数量点)Pi以及根据等式(6)的参数Xi在信号质量Qs中的份额Qi。
图4包含图3的图形可视化显示的继续。该图示出了用于图形表示(EFA图形)的选项，例如星座图、眼睛监视(eye monitoring)、频谱、互补分布函数(CCDF)等。也可以呈现关于测量参数Xi信号范围超过的警告。最后，在图4所示的图形可视化显示的下部，通过百分比来说明传输信号的质量值Qs。图4中的图形可视化显示还包含所执行(测量)的测量值数量、由各个参数Xi对信号质量Qs实际作出的所有贡献Pi的总和(总结果)以及所有参数Xi对于信号质量Qs可获得的最大贡献Pi(总和的点数)。
修改的基准值XRefi和加权因子Gi可被存储为所谓的概图，以用于随后的测量。各个测量参数Xi、所确定的缩放和未缩放的偏差Δ Xi和ΔXi以及由各个测量参数对传输信号质量Qs作出的贡献Pi也可被存储，以用于随后的目的。例如，在主计算机50中的统计估计。
根据本发明用于估计信号质量的各个计算方法也可以任选地存储起来。在这种情况下，传输信号的各个测量参数Xi可存储在主计算机50中，专门用于协议和归档目的。
本发明不限于所述实施例。特别的，根据本发明用于估计信号质量Qs的方法可扩展为，不仅包括通信信号，还包括所有其它信号，例如，控制和调整信号或其它更复杂的测量参数，例如在医学诊断领域的测量参数。关于数字无线信号，根据本发明的方法当然也可适用于例如根据DAB(数字音频广播)标准的数字音频无线信号，以及不仅根据DVB-T标准的数字电视广播信号，还例如根据美国ATSC标准的VSB信号。
权利要求
1.一种基于信号的至少一个测量参数(Xi)与相关基准值(XRefi)的偏差(ΔXi)来估计信号质量(Qs)的方法，其特征在于，所述质量(Qs)通过平均来自相应参数(Xi)的所有所确定并缩放的偏差(Δ Xi)进行计算。
2.如权利要求1所述的用于估计信号质量的方法，其特征在于，所述信号是通信信号。
3.如权利要求1或2所述的用于估计信号质量的方法，其特征在于，为相应参数(Xi)所确定的偏差(ΔXi)相对于彼此来加权。
4.如权利要求1到3中的任一项所述的用于估计信号质量的方法，其特征在于，所确定的基准值(XRefi)和测量参数(Xi)之间的偏差(ΔXi)，由基准值(XRefi)与最初建立的信号范围上限(Xupi)的偏差(ΔXi)以及基准值(XRefi)与最初建立的信号范围下限(Xlowi)的偏差(ΔXi)的最大值进行缩放。
5.如权利要求4所述的用于估计信号质量的方法，其特征在于，测量参数(Xi)与基准值(XRefi)的偏差(ΔXi)通过形成基准值(XRefi)和测量参数(Xi)之差并随后形成模数来计算。
6.如权利要求4或5所述的用于估计信号质量的方法，其特征在于，基准值(XRefi)与信号范围上限或下限(Xupi，Xlowi)的偏差(ΔXi)通过形成基准值(XRefi)和信号范围上限或下限(Xupi，Xlowi)之差并随后形成模数来计算。
7.如权利要求4到6中的任一项所述的用于估计信号质量的方法，其特征在于，如果测量参数(Xi)分别大于或小于对应的信号范围上限或下限(Xupi，Xlowi)，那么测量参数(Xi)被分别设置为最初建立的信号范围上限或下限(Xupi，Xlowi)。
8.如权利要求4到7中的任一项所述的用于估计信号质量的方法，其特征在于，所缩放的偏差(Δ Xi)以线性或二次的方式来估计。
9.如权利要求4到7中的任一项所述的用于估计信号质量的方法，其特征在于，所述基准值(XRefi)和参数(Xi)以对数或指数的方式来估计。
10.如权利要求1到9中的任一项所述的用于估计信号质量的方法，其特征在于，根据相应参数(Xi)所计算的质量(Qs)计算值和/或所确定和缩放的偏差(Δ Xi)被可视化。
11.如权利要求10所述的用于估计信号质量的方法，其特征在于，根据相应参数(Xi)所计算的质量(Qs)计算值和/或所确定和缩放的偏差(Δ Xi)用色标来可视化。
12.一种具有程序代码的计算机程序，当该程序在计算机或数字信号处理器上执行时，实现根据权利要求1到10中的任一项的所有步骤。
13.一种具有程序代码的计算机程序，当该程序被存储在机器可读数据介质上时，实现根据权利要求1到10中的任一项的所有步骤。
14.一种存储有程序代码的机器可读数据介质，当该程序在计算机或数字信号处理器上执行时，实现根据权利要求1到11中的任一项的所有步骤。
15.用于根据权利要求1到11中的任一项估计信号质量(Qs)的装置，包括至少一个用于寄存信号的测试测量接收机(10)和用于确定信号质量(Qs)的主计算机(50)。
16.如权利要求15所述的用于估计信号质量(Qs)的装置，其特征在于，所述多个测试测量接收机(10-40)设置在待传输信号的网络中的不同位置处。
17.如权利要求15或16所述的用于估计信号质量(Qs)的装置，其特征在于，所述各个测试测量接收机(10；10-40)通过标准数据传输端口连接到主计算机(50)上，用于实现远程请求。
18.如权利要求15到17中的任一项所述的装置，其特征在于，所述主计算机(50)连接到用于对结果进行图形可视化的图形显示装置(70)上。
全文摘要
本发明公开一种根据信号的至少一个测量特征变量(X
文档编号H04N17/00GK1977545SQ200580019021
公开日2007年6月6日 申请日期2005年4月28日 优先权日2004年6月18日
发明者克里斯多夫·巴勒兹 申请人:罗德施瓦兹两合股份有限公司