一种evm分析的参考信号恢复方法
【专利摘要】本发明公开了一种EVM分析的参考信号恢复方法，特征是包括以下步骤：a如果测量信号的符号率是未知的，则用小波变换粗略估计符号率，然后执行步骤b；如果符号率已知，则直接执行步骤b；b用小波变换提取测量信号的码元跳变点，然后执行步骤c；c根据提取的码元跳变点求出参考信号。本发明通过采用小波对齐来检测信号的符号跳变点，使参考信号码元与测量信号码元在时域上实现精准对齐，计算跳变间距并估计符号长度，从而取其倒数精确得到符号率；然后以极值点作为符号切换点，对两个跳变点间的相位均值进行判决作为跳变间的相位值，从而恢复参考信号。本方法能消除初始符号率估计不精确造成的累积误差影响，具有很高的准确性和抗噪性。
【专利说明】—种EVM分析的参考信号恢复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及ー种EVM分析的參考信号恢复方法。
【背景技术】
[0002]在通信系统中，衡量调制信号质量的一个重要參数是误差矢量幅度（EVM:err0rvector magnitude),不用使用多个參数即可对发射机发射信号的调制质量进行评估。EVM表征了测量信号同參考信号的误差矢量，通过计算来測量信号的调制精度。通常采用ー个或多个时隙内的码片或者符号的误差矢量均方值计算EVM，EVM值越小，说明发射信号调制质量越好，反之，说明调制质量越差。EVM的计算对象也会根据调制方式的不同而异。如通信系统中采用的QPSK (四相相移键控）调制，它是ー种恒包络调制，由于其在幅度上也存在误差，相位误差和频差已不足以反应其调制精度，因此，需要一种可以全面衡量信号幅度误差和相位误差的指标。在星座图上，误差矢量能清楚地反映信号的损伤程度，于是可以通过计算幅度的误差得到EVM。而像GMSK(高斯最小键控）调制的信号，信号变化只体现在角度变化中，因此EVM通过星座图上角度误差得到。測量信号Z(t)就是接机实际测量到的信号，參考信号R(t)是对测量信号Z(t)经过解调的结果再进行理想调制得到的。结合參考图3，该图中表示了它们与EVM的关系。
[0003]要实现对信号的EVM分析，必须根据解调的码元恢复參考信号，传统上的EVM測量方法一般通过接收、调制、计算等步骤测量EVM。首先，接收信号发射机发送的信号，根据接收信号确定待测信号。然后，从待测信号确定调制前的信号，通过调制，得到參考矢量信号。最后，利用待测信号及參考矢量信号，计算发射机的误差矢量幅度指标。总的来讲，都是根据测量信号的符号率、幅值等 參数信息再进行理想调制得到參考信号。
[0004]传统的EVM分析，是根据測量信号的符号率、幅值等信息进行理想调制得到參考信号。目前，估计符号率的算法大致可分为：包络平方谱法，小波变换法，循环相关法以及这些方法的变形及组合等。但是，无论哪种方法都需要更精确的估计符号率，而且，在非协作通信下，任何方法如果用估计的不够精确符号率进行參考信号恢复，时域上的误差都会随时间而积累，严重影响EVM的分析精度，甚至得到错误的分析結果。目前进行EVM分析基本上都是カ争提高估计符号率的准确度，进而恢复參考信号。估计符号率的方法主要有：
[0005](I)基于瞬时幅度的PSK信号符号速率估计方法。一般的ASK、PSK等信号，因为成型滤波的影响，包络随时间变化，包含了符号率分量。把中频信号正交下变频，获取基带的同相分量和正交分量，并计算信号包络平方，加窗后计算频谱。一般情况下，根据最大的交流分量对应的频率就能估计符号率。基于瞬时幅度的方法，其利用Hilbert变换提取信号的瞬时幅度，利用瞬时幅度的FFT来估计PSK信号的符号率。虽然这种方法运算量较低，但是其抗噪性能不好，实用性不强。
[0006](2)利用小波变换方法估计符号率，如基于Harr小波变换的符号率估计。对信号的跳变沿进行检测，进行尺度不同的Haar小波变换，在符号周期中间，小波变换后的幅度基本相等，在接收信号的符号周期边沿上都能够产生尖脉冲，而且尖脉冲的位置相同，把这些不同尺度小波变换后的幅度平方后叠加，再计算功率谱，检测谱能量，然后估计符号率。该方法在信噪比较高时有很好的性能，但在低信噪比环境下受噪声影响很大。而且这种方法不适用于采用升余弦成形的信号，对不同类型的信号，小波变换尺度的自动选取一直是一个难题。
[0007](3)基于循环谱的符号率估计方法。但是循环谱的计算量比较大，而且对应于符号率的谱线往往不是全局最大值。而一种抑制背景噪声的非线性滤波方法对循环谱进行滤波，该方法能够使对应于符号率的谱线突出出来，成为全局最大值，有利于符号率的估计。而对于带限信道来说，通常要求自相关Y >50，它的运算量太大，难以实用。并且算法并未改变基本算法的固有缺点，即当信噪比较低时符号率谱线有可能低于低频谱线，因此同样需要辅助手段限定符号率的范围，以提高正确估计率。
[0008](4)利用带通信号平方谱估计符号率的方法。利用平方谱估计m-PSK信号的符号率，平方谱的运算量要远远小于循环谱。针对信号采用升余弦成形时平方谱中对应于符号率的谱线将变得不太明显的情况，使用一组滤波器对平方谱进行滤波，再进行综合判决的方法。这种方法能够提高符号率估计的性能，但是增加了运算复杂度。一种利用中频信号的平方谱估计符号率的方法来解决降低运算复杂度的问题，但同时却降低了抗噪性能。
[0009]上述例举方法都是以符号率的准确估计为前提，作为EVM分析的先决条件。虽然或多或少提高了估计符号率的准确度，但是这些估计符号率的方法都有局限性，而且符号率估计抗噪性能也较低。因此，无论用哪种方法进行恢复参考信号，频偏估计误差，将导致得到的基带信号存在相位漂移，符号率误差将导致参考信号与测量信号无法同步。时域上的误差也会随时间而积累，严重影响EVM的分析精度，甚至得到错误的分析结果。
【发明内容】
[0010]本发明的任务在于提供一种新的EVM分析的参考信号恢复方法，其使用一种小波对齐的方法，用小波进行符号率估计，然后利用小波检测符号跳变点，使参考信号码元与测量信号码元在时域上实现精准对齐，然后对跳变间距进行统计计算，并估计符号长度，取其倒数能精确得出符号率。从而消除了符号率的估计不精确带来的影响。
[0011]其技术解决方案是：
[0012]一种EVM分析的参考信号恢复方法，包括以下步骤：
[0013]a如果测量信号的符号率是未知的，则用小波变换求符号率，然后执行步骤b;如果测量信号的符号率是已知的，则直接执行步骤b，
[0014]b用小波变换的方法提取测量信号的码元跳变点；然后执行步骤C，
[0015]c根据提取的码元跳变点求出参考信号。
[0016]上述步骤b中，对测量信号进行小波变换，变换值会在符号跳变点产生极大值，极大值的间距为符号周期的整数倍，针对此特性，结合带宽估计的小波变换检测方法，利用小波的奇异性检测特性，检测到的码元跳变点，对跳变间距进行统计计算，估计符号长度，取其倒数从而得出信号符号率的估值。
[0017]上述步骤b具体包括如下步骤：
[0018]bl对测量信号进行小波变换
[0019]设跳频信号时隙内信号解析表达式为：[0020]x(l) = s(t) + n(t) = J⑴ e取,+#f> + n(t)
[0021]其中，x(t)为时隙内的复信号，s(t)为已调复信号，n(t)为加性高斯白噪声，
为时隙载频角频率，e。为时隙载频初始相位，.ル》为基带信号；
[0022]对于m-PSK数字信号可以表示为：
[0023]^in = A E—11 )
[0024]其中，A为信号幅值，4>n为信号的第n个元素的相位,u(t)为单位阶跃函数,1；为符号长度；
[0025]采用连续小波变换：
[0026]CWT(IKT) = -J=|.v(/)r *(--、dt
[0027]其中，s(t)为待测信号，V⑴为母小波函数，*表示共轭，a为尺度，T为位移；
[0028]上述小波选用haar小波，其表达如下：
[0030]对m-PSK数字信 号的小波变换吋，分为在相位连续区间的变换和在相位不连续区间的变换两种情况，即
[0031]在相位连续区间时：
[0032]I CW,Ha,r) I= —— sin2 j
[0033]在相位不连续区间，％，分别为PSK第n个和n+1个码元的相位，并且变在d处（d < 0)时:
[0034]I CtVTla, r) \= -j￡-- I' 2 ) + D(2 - — e,V 2 ) |
[0035]当d > 0时有相似的结果；
[0036]在ー个周期内或者码元相同的周期内，小波系数的模值|CWT(a，x)为ー个常数，当符号发生跳变时，|CWT(a，x)也会随之改变，并且在跳变点处，CffT (a, x)会产生ー个极大值；
[0037]b2选择小波尺度和提取极值点
[0038]考虑到信号的符号率R与其带宽Bw的关系为R = kBw, (I < k < 2)，在对信号进行小波变换前，先对信号进行带宽估计，选取《 = c/Sw, (0.4 <c<l)作为小波变换尺度，其中氧,为带宽的估计值；
[0039]为了消除噪声和包络起伏引起的伪极值点，提取模极大值，选取ー个阈值门限Th对CffT (a, x)进行去噪，对于BPSK信号，选取Th = max (I CWT (a，t ) |)/2作为去噪门限，
通过门限去噪后的信号小波系数模值丨可表示为：
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为窗ロ长度对川提取局部极大值即可定位出符号跳变点Pi, (I
<i < N), i表示跳变点的序号，N表示跳变点的个数；
[0042]b3估计信号符号率
[0043]记相邻跳变点间长度Li = (Pw-Pi), (I < i < N-DjLi为第i段相邻跳变点间的长度，在理想状态下，Li为符号长度Ts的整数倍=Li = kTs(k = I，2，3…）；第一个跳变点到
最后ー个跳变点总的符号个数
【权利要求】
1.一种EVM分析的参考信号恢复方法，其特征在于包括以下步骤： a如果测量信号的符号率是未知的，则用小波变换求符号率，然后执行步骤b ;如果测量信号的符号率是已知的，则直接执行步骤b， b用小波变换的方法提取测量信号的码元跳变点；然后执行步骤C， c根据提取的码元跳变点求出参考信号。
2.根据权利要求1所述的一种EVM分析的参考信号恢复方法，其特征在于：上述步骤b中，对测量信号进行小波变换，变换值会在符号跳变点产生极大值，极大值的间距为符号周期的整数倍，针对此特性，结合带宽估计的小波变换检测方法，利用小波的奇异性检测特性，检测到的码元跳变点，对跳变间距进行统计计算，估计符号长度，取其倒数从而得出信号符号率的估值。
3.根据权利要求2所述的一种EVM分析的参考信号恢复方法，其特征在于：所述步骤b具体包括如下步骤： bl对测量信号进行小波变换 设跳频信号时隙内信号解析表达式为：
4.根据权利要求3所述的ー种EVM分析的參考信号恢复方法，其特征在于：上步骤c包括：以极值点作为符号切換点，对两个跳变点间的相位均值进行判决作为跳变间的相位值，以信号的幅值均值作为幅值，得到參考信号。
5.根据权利要求3所述的ー种EVM分析的參考信号恢复方法，其特征在于：上述步骤b3,还包括如下具体步骤： b31对信号求带宽Bw，频偏F。，去频偏，得到基带信号； b32以a= c/Bw,(0.4<c<1)为尺度对基带信号进行连续小波变换并取模得到|CWT (a, t) | ； b33对|CWT(a，t) I做门限去噪处理，得到新的模值序列KHlm I; b34对Kf+nr--,r)丨以0. 5/\为窗口宽度定位小波模极大值，得到符号跳变点Pi, (I < i<N)； b35求每两个相邻跳变点间的距离Li = (Pw-Pi), (I < i < N-1)，对跳变点间距Li求直方图，以直方图最大值对应的Li作为符号长度粗估计值之； b36选取长度小于47'的Li统计总的符号个数及其持续时间
【文档编号】H04L27/00GK103490824SQ201310397509
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】丑振东, 韩民, 战云, 张超 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所