针对NB_IoT广播信道进行矢量幅度误差测量的系统及方法与流程

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及移动通信基站故障检测领域，具体是指一种针对nb_iot广播信道进行矢量幅度误差测量的系统及方法。

背景技术：

随着nb-iot技术发展的不断深入推进，nb-iot技术的逐步成熟，运营商的大规模布网，nb-iot信号分析测试仪器作为产业链的关键组成部分受到业界的广泛关注。作为基站、终端研发生产的重要保障，nb-iot信号分析测试仪器发挥着越来越重要的作用。nb-iot信号分析仪表作为基站、终端研发生产的一个重要环节，发挥着越来重要的作用。

对于nb-iot信号分析，传统的方法通常会采用一次偏校准，并且将广播信道的原始码流，在构造参考矢量的方式，这种方式会使信号中频偏没有最大限度的校准，会导致矢量幅度误差计算不准确；同时解调到原始码流，再构造参考矢量，增加数据处理的环节，提高了复杂度，降低运算效率。本发明提供了一种nb_iot广播信道的矢量幅度误差测量方法和装置，结合频域和时域频偏的准确校准，以及高效的相位误差校准，有效的提高了信号解调的抗干扰能力，提升了evm(矢量误差幅度)计算的性能，同时通过应判决的方式构造参考矢量，不仅减小运算的复杂度，加快了计算速度，提高矢量幅度误差的测量精度。

技术实现要素：

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种具有抗干扰能力、计算速度快、测量精度高的针对nb_iot广播信道进行矢量幅度误差测量的系统及方法。

为了实现上述目的，本发明的针对nb_iot广播信道进行矢量幅度误差测量的系统及方法如下：

该针对nb_iot广播信道进行矢量幅度误差测量的系统，其主要特点是，所述的系统包括：

信号提取模块，用于对初始信号进行提取和转换处理；

定位校准模块，与所述的信号提取模块相连接，用于对处理后的数据确定无线帧的同步位置；

计算处理模块，与所述的定位校准模块相连接，用于对数据进行傅里叶变换，并根据窄带广播信道参考信号和测量信号计算得出矢量幅度误差。

较佳地，所述的信号提取模块包括：

信号接收处理单元，用于对接收的射频信号进行变频处理，并进行a/d转换处理；

i/q数据提取单元，与所述的信号接收处理单元相连接，用于对a/d采样后的数据提取3个无线帧的数据。

较佳地，所述的信号提取模块包括信号接收处理单元和i/q数据提取单元，所述的定位校准模块包括：

无线帧起始位置初始定位单元，与所述的i/q数据提取单元相连接，用于通过窄带主同步信号的本地频域序列产生11组128点的时域信号，获取相关峰，根据资源映射栅格判定无线帧初始位置；

整数倍频偏校准单元，与所述的无线帧起始位置初始定位单元相连接，用于根据窄带主同步信号判定其同步位置偏移，并计算整数倍频率偏移；

无线帧起始位置精确定位单元，与所述的整数倍频偏校准单元相连接，用于将整数倍频偏校准单元中校准整数倍频偏后的接收数据确定采样点，获取相关值并确定无线帧的精确同步位置。

较佳地，所述的定位校准模块包括无线帧起始位置初始定位单元、整数倍频偏校准单元和无线帧起始位置精确定位单元，所述的计算处理模块包括：

去除循环前缀单元，与所述的无线帧起始位置精确定位单元相连接，用于根据所述的无线帧的精确同步位置去除循环前缀；

傅里叶变换单元，与所述的去除循环前缀单元相连接，用于根据去除循环前缀后的数据进行傅里叶变换，并提取频域数据；

信道估计均衡单元，与所述的傅里叶变换单元相连接，用于求取信号传输过程中的信道冲击响应，并重新构造参考矢量；

矢量幅度误差计算单元，与所述的信道估计均衡单元相连接，用于提取窄带广播信道的复值符号生成参考广播信道，得到测量信号，并根据窄带广播信道参考信号和测量信号计算矢量幅度误差。

较佳地，所述的计算处理模块据窄带广播信道参考信号和测量信号计算矢量幅度误差，具体为：

根据以下公式计算矢量幅度误差：

其中，evm为矢量幅度误差，meas(d)为测量矢量，ref(d)为参考矢量，d为窄带广播信道分配在一个无线帧上的子载波数。

较佳地，所述的无线帧起始位置精确定位单元的采样点的长度为128*11+2*n，其中，n为相对映射位置前移的点数。

该基于上述系统针对nb_iot广播信道实现矢量幅度误差测量的方法，其主要特点是，所述的信号提取模块包括信号接收处理单元和i/q数据提取单元，所述的定位校准模块包括无线帧起始位置初始定位单元、整数倍频偏校准单元和无线帧起始位置精确定位单元，所述的计算处理模块包括去除循环前缀单元、傅里叶变换单元、信道估计均衡单元和矢量幅度误差计算单元，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的信号接收处理单元通过采样时钟进行采样，所述的i/q数据提取单元提取3个无线帧的数据；

(2)所述的无线帧起始位置初始定位单元产生时域信号，获取相关峰，确定无线帧初始位置；

(3)所述的整数倍频偏校准单元根据窄带主同步信号计算同步位置偏移δd，并计算整数倍频率偏移δfin；

(4)所述的无线帧起始位置精确定位单元确定初始位置，根据窄带辅同步信号时域数据获取相关值，并确定精确同步位置；

(5)根据循环前缀和窄带辅同步信号计算小数倍频率偏移δfde；

(6)去除循环前缀，进行傅里叶正变换，生成窄带广播信道参考信号，根据窄带广播信道参考信号和测量信号计算得出矢量幅度误差。

较佳地，所述的步骤(1)中的采样时钟的时钟速率为1.92mbps。

较佳地，所述的步骤(1)中的所述的3个无线帧共30ms，所述的无线帧的数据长度为57600。

较佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)通过窄带主同步信号的本地频域序列进行傅里叶逆变换，产生11组128点的时域信号；

(2.2)根据(1)中接收提取的数据进行滑动相关获取相关峰和窄带主同步信号的初始位置；

(2.3)根据3gpp协议资源映射结构确定无线帧初始同步位置。

较佳地，所述的步骤(2.2)中的窄带主同步信号的初始位置为相关峰最大值在接收数据中的位置。

较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

(3.1)根据(2)中提取的窄带主同步信号初始位置的2048个点数据进行傅里叶变换，并转换到频域；

(3.2)提取窄带主同步信号一个资源块上的频域数据，并计算同步位置偏移δd；

(3.3)根据nb-iot的子载波带宽计算信号的整数倍频偏δfin。

较佳地，所述的计算信号的整数倍频偏，具体为：

根据以下公式计算信号的整数倍频偏δfin：

δfin＝δd*15khz；

其中，δd为同步位置偏移，nb-iot的子载波带宽为15kh。

较佳地，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：

(4.1)根据(1)中接收提取的数据消除相位偏移；

(4.2)确定初始位置，根据窄带辅同步信号时域数据获取相关值；

(4.3)根据3gpp协议确定无线帧的精确同步位置。

较佳地，所述的步骤(4.2)中的起始位置为相对映射位置前移的点的数量，长度为128×11+2×n个采样点。

较佳地，所述的步骤(6)具体包括以下步骤：

(6.1)所述的去除循环前缀单元根据所述的无线帧的精确同步位置去除循环前缀；

(6.2)所述的傅里叶变换单元根据去除循环前缀后的数据进行傅里叶变换，并提取频域数据；

(6.3)所述的矢量幅度误差计算单元提取窄带广播信道的复值符号生成参考广播信道，得到测量信号，并根据窄带广播信道参考信号和测量信号计算矢量幅度误差。

较佳地，所述的步骤(6.3)中的计算处理模块据窄带广播信道参考信号和测量信号计算矢量幅度误差，具体为：

根据以下公式计算矢量幅度误差：

其中，evm为矢量幅度误差，meas(d)为测量矢量，ref(d)为参考矢量，d为窄带广播信道分配在一个无线帧上的子载波数。

采用了本发明的针对nb_iot广播信道进行矢量幅度误差测量的系统及方法，通过结合频域和时域频偏的准确校准，以及高效的相位误差校准，有效的提高了信号解调的抗干扰能力，提升了evm(矢量误差幅度)计算的性能，同时通过应判决的方式构造参考矢量，不仅减小运算的复杂度，加快了计算速度，提高矢量幅度误差的测量精度。可以有效应用于nb-iot信号的矢量幅度误差指标分析中。

附图说明

图1为本发明的针对nb_iot广播信道进行矢量幅度误差测量的系统的示意框图。

图2为本发明的针对nb_iot广播信道实现矢量幅度误差测量的方法的npbch矢量幅度误差测量结果图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

该针对nb_iot广播信道进行矢量幅度误差测量的系统，其中，所述的系统包括：

信号提取模块，用于对初始信号进行提取和转换处理；

定位校准模块，与所述的信号提取模块相连接，用于对处理后的数据确定无线帧的同步位置；

计算处理模块，与所述的定位校准模块相连接，用于对数据进行傅里叶变换，并根据窄带广播信道参考信号和测量信号计算得出矢量幅度误差。

较佳地，所述的信号提取模块包括：

信号接收处理单元，用于对接收的射频信号进行变频处理，并进行a/d转换处理；

i/q数据提取单元，与所述的信号接收处理单元相连接，用于对a/d采样后的数据提取3个无线帧的数据。

作为本发明的优选实施方式，所述的信号提取模块包括信号接收处理单元和i/q数据提取单元，所述的定位校准模块包括：

无线帧起始位置初始定位单元，与所述的i/q数据提取单元相连接，用于通过窄带主同步信号的本地频域序列产生11组128点的时域信号，获取相关峰，根据资源映射栅格判定无线帧初始位置；

整数倍频偏校准单元，与所述的无线帧起始位置初始定位单元相连接，用于根据窄带主同步信号判定其同步位置偏移，并计算整数倍频率偏移；

无线帧起始位置精确定位单元，与所述的整数倍频偏校准单元相连接，用于将整数倍频偏校准单元中校准整数倍频偏后的接收数据确定采样点，获取相关值并确定无线帧的精确同步位置。

作为本发明的优选实施方式，所述的定位校准模块包括无线帧起始位置初始定位单元、整数倍频偏校准单元和无线帧起始位置精确定位单元，所述的计算处理模块包括：

去除循环前缀单元，与所述的无线帧起始位置精确定位单元相连接，用于根据所述的无线帧的精确同步位置去除循环前缀；

傅里叶变换单元，与所述的去除循环前缀单元相连接，用于根据去除循环前缀后的数据进行傅里叶变换，并提取频域数据；

信道估计均衡单元，与所述的傅里叶变换单元相连接，用于求取信号传输过程中的信道冲击响应，并重新构造参考矢量；

矢量幅度误差计算单元，与所述的信道估计均衡单元相连接，用于提取窄带广播信道的复值符号生成参考广播信道，得到测量信号，并根据窄带广播信道参考信号和测量信号计算矢量幅度误差。

作为本发明的优选实施方式，所述的计算处理模块据窄带广播信道参考信号和测量信号计算矢量幅度误差，具体为：

根据以下公式计算矢量幅度误差：

其中，evm为矢量幅度误差，meas(d)为测量矢量，ref(d)为参考矢量，d为窄带广播信道分配在一个无线帧上的子载波数。

作为本发明的优选实施方式，所述的无线帧起始位置精确定位单元的采样点的长度为128×11+2×n，其中，n为相对映射位置前移的点数。

该基于上述系统针对nb_iot广播信道实现矢量幅度误差测量的方法，其主要特点是，所述的信号提取模块包括信号接收处理单元和i/q数据提取单元，所述的定位校准模块包括无线帧起始位置初始定位单元、整数倍频偏校准单元和无线帧起始位置精确定位单元，所述的计算处理模块包括去除循环前缀单元、傅里叶变换单元、信道估计均衡单元和矢量幅度误差计算单元，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的信号接收处理单元通过采样时钟进行采样，所述的i/q数据提取单元提取3个无线帧的数据；

(2)所述的无线帧起始位置初始定位单元产生时域信号，获取相关峰，确定无线帧初始位置；

(3)所述的整数倍频偏校准单元根据窄带主同步信号计算同步位置偏移δd，并计算整数倍频率偏移δfin；

(4)所述的无线帧起始位置精确定位单元确定初始位置，根据窄带辅同步信号时域数据获取相关值，并确定精确同步位置；

(5)根据循环前缀和窄带辅同步信号计算小数倍频率偏移δfde；

(6)去除循环前缀，进行傅里叶正变换，生成窄带广播信道参考信号，根据窄带广播信道参考信号和测量信号计算得出矢量幅度误差。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)中的采样时钟的时钟速率为1.92mbps。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)中的所述的3个无线帧共30ms，所述的无线帧的数据长度为57600。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)通过窄带主同步信号的本地频域序列进行傅里叶逆变换，产生11组128点的时域信号；

(2.2)根据(1)中接收提取的数据进行滑动相关获取相关峰和窄带主同步信号的初始位置；

(2.3)根据3gpp协议资源映射结构确定无线帧初始同步位置。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2.2)中的窄带主同步信号的初始位置为相关峰最大值在接收数据中的位置。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

(3.1)根据(2)中提取的窄带主同步信号初始位置的2048个点数据进行傅里叶变换，并转换到频域；

(3.2)提取窄带主同步信号一个资源块上的频域数据，并计算同步位置偏移δd；

(3.3)根据nb-iot的子载波带宽计算信号的整数倍频偏δfin。

作为本发明的优选实施方式，所述的计算信号的整数倍频偏，具体为：

根据以下公式计算信号的整数倍频偏δfin：

δfin＝δd×15khz；

其中，δd为同步位置偏移，nb-iot的子载波带宽为15kh。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：

(4.1)根据(1)中接收提取的数据消除相位偏移；

(4.2)确定初始位置，根据窄带辅同步信号时域数据获取相关值；

(4.3)根据3gpp协议确定无线帧的精确同步位置。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4.2)中的起始位置为相对映射位置前移的点的数量，长度为128×11+2×n个采样点。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(6)具体包括以下步骤：

(6.1)所述的去除循环前缀单元根据所述的无线帧的精确同步位置去除循环前缀；

(6.2)所述的傅里叶变换单元根据去除循环前缀后的数据进行傅里叶变换，并提取频域数据；

(6.3)所述的矢量幅度误差计算单元提取窄带广播信道的复值符号生成参考广播信道，得到测量信号，并根据窄带广播信道参考信号和测量信号计算矢量幅度误差。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(6.3)中的计算处理模块据窄带广播信道参考信号和测量信号计算矢量幅度误差，具体为：

根据以下公式计算矢量幅度误差：

其中，evm为矢量幅度误差，meas(d)为测量矢量，ref(d)为参考矢量，d为窄带广播信道分配在一个无线帧上的子载波数。

本发明的具体实施方式中，本发明涉及一种nb_iot广播信道的矢量幅度误差测量方法和装置，用于nb_iot无线通信测试领域。

方法为：本地窄带主同步信号频域信号通过ifft(傅里叶逆变换)产生时域信号，利用本地窄带主同步时域信号与接收数据进行相关获取相关峰，选取相关峰最大点来确定无线帧的初始起始位置；提取窄带主同步时域数据转换到频域，利用窄带主同步信号的资源映射位置，在频域与本地主同步信号相关来校准子载波带宽整数倍的频偏误差；利用本地窄带辅同步信号频域信号通过ifft(傅里叶逆变换)产生时域信号，利用本地窄带辅同步时域信号与接收数据进行相关获取相关峰，来确定无线帧的精确同步位置；利用循环前缀与一个ofdm符号上最后一部分采样点的相关性来计算小数倍频偏，并进行频偏校准；去除cp(循环前缀)，做fft(傅里叶正变换)，提取已分配在物理资源块中的npbch(窄带广播信道)复值符号，进行硬判决，生成npbch(窄带广播信道)参考信号；将复值符号的相位偏移与参考信号的相位偏移进行比较，获取硬件相偏，通过相位旋转来校准相位偏移；再通过npbch(窄带广播信道)的测量信号与参考信号来求取evm。

本发明通过精确定位无线帧起始位置，结合频域和时域频偏的准确校准，以及高效的相位误差校准，有效的提高了信号解调的抗干扰能力，提升了evm(矢量误差幅度)计算的性能，可以广泛应用于nb-iot矢量信号分析的设备中。

如图1所示该基于上述系统针对nb_iot广播信道实现矢量幅度误差测量的方法，其中，包括以下步骤：

(1)在信号接收处理单元中，使用时钟速率为1.92mbps的采样时钟，对接收信号进行采样，并提取3个无线帧共30ms，数据长度为57600。

(2)生成窄带主同步信号121个符号的本地频域序列，ifft(傅里叶逆变换)产生11组128点的时域信号，与(1)中接收数据进行滑动相关获取相关峰，取相关峰最大值在接收数据中的位置为窄带主同步信号的初始位置。根据3gpp协议资源映射结构判定无线帧初始同步位置。

(3)利用(2)中提取窄带主同步信号初始位置的2048个点数据进行fft(傅里叶变换)，转换到频域，提取窄带主同步信号一个资源块上的频域数据，与本地窄带主同步信号数据相关，计算同步位置偏移δd，由于nb-iot的子载波带宽为15khz，所以可以求解出此接收信号的整数倍频偏δfin＝δd*15khz。

(4)将(1)中提取的接收数据的各采样点数据乘以exp(-j×k×2×π×tc×δfin)，用以消除由于整数倍频率偏移带来相位偏移，其中，j为复数的虚部单位；k为(1)中采样点对应的序号，k＝0，1，2，...，57599；tc为相邻采样点之间的时间间隔；δfin为(3)中计算出的整数倍频率偏移。

(5)将(4)中校准整数倍频偏后的接收数据根据3gpp协议窄带辅同步信号资源映射位置，取出相对映射位置前移n个点为起始位置，长度为128×11+2×n个采样点，与本地指定小区号的128×11个窄带辅同步信号时域数据相关并获取相关值，相关值最大点为辅同步信号的起始点，根据3gpp协议从而确定了无线帧的精确同步位置。其中n＝10或20或...100，根据信号质量选取搜索范围。

(6)利用(5)中无线帧信号精确同步位置，取出两帧接收数据，并利用(5)中循环前缀与窄带辅同步信号最后一部分数据的自相关性，计算小数倍频率偏移δfde。

(7)将(6)中提取的接收数据的各采样点数据乘以exp(-j×k×2×π×tc×δfde，用以消除由于小数倍频率偏移带来相位偏移，其中，j为复数的虚部单位；k为(6)中提取采样点对应的序号，k＝0，1，2，...，38399；tc为相邻采样点之间的时间间隔；δfde为(6)中计算出的小数数倍频率偏移。

(8)将(7)中消除相位误差的数据，去除循环前缀进行快速傅里叶变换，并取出窄带广播信道已分配资源块中的复值符号。

(9)将(8)中提取窄带广播信道的复值符号，进行硬判决，生成参考广播信道，将(8)中提取的复值符号幅度平均值作为参考信号的幅度值，将(8)中每个复值符号的相位与参考信号相位比较，取所有点相位差值的平均值作为硬件相偏，复值符号相位减去硬件相偏，得到测量信号的相位，有测量信号的相位和幅度得到测量信号，再根据测量信号和参考信号计算矢量幅度误差。

2、(1)中之所以选取1.92mbps的采样时钟，是因为nb-iot的只有一个rb(资源块)，带宽只有180khz，采用低速率时钟可以减少采样数据的数据量，提高计算速度；

3、由于窄带辅同步信号只在偶数无线帧上映射，(1)中提取3个无线帧数据是为了保证采样点中可以取出一个完整的辅同步信号的数据。

4、(2)中快速傅里叶变换后复值符号块是长度为l，宽度为f的矩阵，其中，l为符号长度取值为1，2，...，11；f为已分配子载波快速傅里叶变换后的长度。

5、(8)中的窄带广播信道数据是取每个无线帧子帧0中l＝3，4，...，13上剔除nb-iot和lte参考信号的复值序列。

6、(9)中根据窄带广播信道参考信号和测量信号计算矢量误差幅度的公式为：

其中，evm为矢量幅度误差，meas(d)为测量矢量，ref(d)为参考矢量，d为窄带广播信道分配在一个无线帧上的子载波数。

7、信号接收处理单元：用于对接收的射频信号进行变频、滤波转换到中频，把中频信号与本振信号再次混频转换到零频，进入a/d(模数转换器)转换成数字信号。

i/q数据提取单元：用于对a/d采样后的数据进行降速至1.92mbps，提取3个无线帧的数据，有利于减小计算量，降低运算的复杂度。

无线帧起始位置初始定位单元：通过窄带主同步信号121个符号的本地频域序列，ifft(傅里叶逆变换)产生11组128点的时域信号，与接收数据进行滑动相关获取相关峰，取相关峰最大值在接收数据中的位置为窄带主同步信号的初始位置。根据资源映射栅格判定无线帧初始位置。

整数倍频偏校准单元：用根据窄带主同步信号在每个符号中12资源单元中只映射其中11个资源单元，所以通过相关来判定其同步位置偏移来计算整数倍频偏δfin，再将无线帧起始位置初始定位单元种接收数据的各采样点数据乘以exp(-j×k×2×π×tc×δfde)，用以消除由于小数倍频率偏移带来相位偏移，k为i/q数据提取单元中采样点对应的序号，k＝0，1，2，...，57599；tc为相邻采样点之间的时间间隔；δfin为计算出的整数倍频率偏移。

精确定位单元：将整数倍频偏校准单元中校准整数倍频偏后的接收数据根据3gpp协议窄带辅同步信号资源映射位置，取出相对映射位置前移n个点为起始位置，长度为128×11+2×n个采样点，与本地指定小区号的128×11个窄带辅同步信号时域数据相关并获取相关值，相关值最大点为辅同步信号的起始点，根据3gpp协议从而确定了无线帧的精确同步位置。其中n＝10或20或...100，根据信号质量选取搜索范围。

去除循环前缀单元：根据无线帧的精确同步位置，在每个时隙的符号0去除10个采样点的循环前缀，其他符号去除9个采样点的循环前缀。

傅里叶变换单元：用于利用去除循环前缀的数据进行128个点的傅里叶变换把时域数据转换到频域，进行频谱搬移，并提取一个资源块的频域数据。

信道估计/均衡单元：用于求取信号传输过程中的信道冲击响应，来重新构造参考矢量。

矢量幅度误差计算单元：用于提取窄带广播信道的复值符号，进行硬判决，生成参考广播信道，将(复值符号幅度平均值作为参考信号的幅度值，将傅里叶变换单元提取的每个复值符号的相位与参考信号相位比较，取所有点相位差值的平均值作为硬件相偏，复值符号相位减去硬件相偏，得到测量信号的相位，有测量信号的相位和幅度得到测量信号，再根据测量信号和参考信号计算矢量幅度误差。

采用了本发明的针对nb_iot广播信道进行矢量幅度误差测量的系统及方法，通过结合频域和时域频偏的准确校准，以及高效的相位误差校准，有效的提高了信号解调的抗干扰能力，提升了evm(矢量误差幅度)计算的性能，同时通过应判决的方式构造参考矢量，不仅减小运算的复杂度，加快了计算速度，提高矢量幅度误差的测量精度。可以有效应用于nb-iot信号的矢量幅度误差指标分析中。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。