什么是传输信号质量——一起来学5G终端射频标准

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2022-10-24 16:28:12 1

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Transmit signal quality测量的基本原则和测量点

上面提到的所有测试条目，都跟调制和解调有关。他们都可以使用一个共同的算法来返回结果。那么他们是如何被测量和计算的呢？

测量过程是基于被测TX的实际输出信号与参考信号的比较，前者由理想的接收机接收，后者由测量设备产生，代表一个理想的无误差的接收信号。所以就像我们之前在802.11标准的学习中也曾提到过的，测量的结果也好，误差也好，都测量设备的属性。

我们来看一下下面这张图，左边虚线框里面是DUT的发射机处理过程，中间是无线信道，右边虚线框里面是测试仪表（作为接收机）的处理过程。可以了解到不同的测量项，是分别在哪个信号处理的节点上（measurement points）进行采样和测量计算的：

1. 落入非分配的RB（s）的无用发射（in-band unwanted emission）：可能有人误把它认为是杂散测量项的一种，实则不然。它也是对带内调制解调性能的考量，是在接收机进行完FFT之后进行计算和得出测量结果。

2. 对于EVM而言，分两种情况：

1）DFT-s-OFDM调制：是在IDFT之后；

2）CP-OFDM调制：是在Tx-Rx链均衡器之后进行计算。

这里顺便说一下这两种调制方式，显然从上面这张图也可以看出，DFT-s-OFDM调制是带有DFT预变换的调制，而CP-OFDM则不需要。那么DFT-s-OFDM调制通常用于5G NR的上行链路，就类似LTE，主要目的是为了降低信号的峰均比，增加终端的待机时长。而CP-OFDM既可用于上行也可用于下行，它可以提供较高的吞吐量，可以应用在密集城区场景，最大限度地利用网络容量。

3. EVM均衡器频谱平坦度：也是用TX-RX链均衡器之后的样本来计算。

4. 载波频率误差和载波泄漏：是在 "RF correction "模块中计算的，在FFT之前。

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采样和信号处理过程

上述传输信号质量的每一个测试项都有它特定的测试要求和一套测试流程。只是相关的测试参数有可能不同。后面有需要的话，我们还会进一步的学习。下面将简要介绍一个通用的处理过程。

假设被测TX的输出信号就用z(ν)来表示，由测量设备采集并储存起来，以便做进一步处理。采样率=122.88Mbps。在时域上，至少应包括10个上行子帧。把正确的单个上行链路slot串连起来，直到达到正确的测量周期。对于TDD而言，由于上行链路子帧不连续，应从1个以上的连续帧中提取n个时隙，其中：

n=10， for 15 kHz SCS；n=20， for 30 kHz SCS；n=40， for 60 kHz SCS；

假设参考信号由i(ν)来表示。参考信号又分为两种，i1(ν)用于EVMPUCCH的理想参考，i2(ν)用于估计FFT窗口时间。注意在PUSCH测试时间内，PUCCH是关闭的；在PUCCH测量期间PUSCH是关闭的。

两种参考信号的构建参数不完全相同，在时域中均以122.88Msps的采样率表示为一个采样序列。

参考信号i1(ν)使用以下参数：解调的数据内容、标称载波频率、每个子载波的标称振幅和相位、标称时间、无载波泄漏。

参考信号i2(ν)使用以下参数：限定的数据内容：标称参考symbol，（用户数据symbol的所有调制symbol被设置为0V），标称载波频率，每个适用子载波的标称振幅和相位，标称时间，无载波泄漏。

接下来信号处理的过程是这样的：

第一步：

z(ν)和i(ν)被分成n块，每块包括一个slot，n的定义同上。每个slot都单独处理。采样时间、载波频率和z(ν)中的载波泄漏联动变化，以使z(ν)和i(ν)之间的差异最小。当z(ν)和i(ν)之间的RMS差值为绝对最小时，就达到了最佳拟合（最小差异）。载波频率的变化和IQ变化就分别是载波频率误差和载波泄漏的测量结果。

从获得的样本中，通过对15、30和60kHz SCS的每1、2或4个slot的频率误差进行平均，可以得出10个载波频率。从获得的样品中可以得出n个载波频率和n个载波泄漏。

第二步：

经过上面采样后的z(ν)称为 z0(ν)，但是真正去做FFT运算的，又不需要那么多的samples，所以用于FFT的实际样本数将被缩减，缩减后的样本子集被称为z'(ν)。既然需要缩减，就涉及到数据取窗的问题，对于EVM计算和非EVM计算，以及不同的CP长度，取窗的位置和样本数是有所不同的。

对z'(ν)进行14次FFT，一个slot中的每个OFDM symbol进行一次，包括解调参考符号DMRS。结果构成为一个样本阵列，在时间轴t上有14个点，在频率轴f上有4096个点。样本代表了在分配RB内的11个数据符号（在每个slot的第0、1、3、4、5、6、8、9、10、12、13个OFDM symbol）和3个解调参考符号（每个slot的第2、7、11个OFDM symbol），以及in-band的非分配RB中的emission。

第三步：

但只有在分配内的RB才会被用于均衡处理，标称解调参考符号和标称数据符号被用来均衡测量的数据符号。位置见图。

对DFT-s-OFDM调制建议采用如下解调过程：MS(f,t)和NS(f,t)分别是测量的（Measured data-Symbols and reference-Symbols ）和标称的（Nominal data-Symbols and reference Symbols）符号阵列，用最小平方(LS：least square)估计器处理，以得出每个时隙和每个分配的子载波的一个均衡器系数EC(f)，EC(f)被定义为：

*表示复数共轭。EC(f)被用来均衡DFT编码的数据符号。测量的DFT编码数据和参考符号通过以下方式进行均衡：Z'(f,t) = MS(f,t) ^.EC(f)。

Z'(f,t)，仅限于数据符号（不包括解调参考的三个t=2,7,11），用于计算EVM。EC(f)用于计算EVM均衡器的频谱平坦度。

Y(f,t)是在FFT之后，in-band的非分配RB的样本（f为传输带宽内的非分配的子载波，t为1个时隙内的OFDM symbol）用于计算in-band emission。

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