導 讀
5G移動通信參數(shù)的計量是5G發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，通過計量可以修正儀表和設備偏差，保障量值溯源和統(tǒng)一，能夠?qū)刂?G產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量提供技術保障，有效避免嚴重質(zhì)量事故對于企業(yè)和行業(yè)的重大打擊，可降低建網(wǎng)成本，對保障和提升網(wǎng)絡質(zhì)量發(fā)揮重要的作用。
數(shù)字調(diào)制信號是5G信號傳輸?shù)闹饕d體。數(shù)字調(diào)制解調(diào)誤差參量有：矢量誤差幅度（EVM）、幅度誤差（Magnitude Err）和相位誤差（Phase Err）等。和所有的物理量一樣，這些量值也必須經(jīng)過可信、可溯源的計量。數(shù)字調(diào)制誤差的計量工作主要體現(xiàn)在數(shù)字矢量調(diào)制信號發(fā)生器（VSG）和矢量信號分析儀（VSA）的計量校準，目前來看存在兩大問題：
一、難于溯源。目前校準規(guī)范規(guī)定的計量方法是使用矢量信號分析儀校準信號源，使用信號源作為標準器校準分析儀，這是一個閉環(huán)，這個閉環(huán)和其他的計量標準幾乎沒有聯(lián)系，是“空中樓閣”。難于實現(xiàn)量值溯源。
二、缺乏對誤差設置。在校準VSA時，數(shù)字調(diào)制信號源發(fā)射標準的調(diào)制信號，不對信號進行誤差設置，實際上是只在誤差“0”點附近進行測試，這是不符合實用要求的。因為VSA的作用就是對調(diào)制誤差參量進行測量，以5G NR 為例，標準規(guī)定64QAM調(diào)制信號EVM的限值是低于8%，起碼應該在這個范圍內(nèi)對信號進行不同的誤差設置。正如某卡尺的量程是10厘米，而只使長度1厘米量塊去校準卡尺，是不夠的。我國研究人員已經(jīng)在相關論文中指出了類似問題。
本文作者針對上述兩個問題，提出了一種基于連續(xù)波組合法的計量方法，即使用兩路連續(xù)波信號組合，等效出具有標準調(diào)制誤差的MPSK信號的方法。這種等效MPSK信號的誤差矢量幅度、幅度誤差、相位誤差僅由兩路連續(xù)波的功率比值決定，是可溯源、可解析計算、在較大范圍內(nèi)可調(diào)的。實驗證明了該方法的有效性。應用該方法，實現(xiàn)了5G矢量信號分析儀以及5G移動通信綜合測試儀的計量校準。
方法原理及實驗驗證
本文所述方法將實現(xiàn)量值溯源和誤差設置這兩個問題的聯(lián)合解決。下面簡述原理。
如果一個連續(xù)波的頻率為fd+fb，在頻點fd上對其進行正交解調(diào)，則解調(diào)矢量為：
(1)如果信號C(t)是兩路連續(xù)波的組合，連續(xù)波頻率分別是fd+fb 是fd+Δfb，且兩路連續(xù)波的功率比值是γ,在頻點fd 上對C(t) 進行正交解調(diào)，則解調(diào)后的矢量是：
依據(jù)相關定義和矢量模型，可以推導出數(shù)字調(diào)制誤差參量和射頻功率比值γ的解析關系。
在研究中使用了如下圖1所示的實驗裝置：
圖2~圖4的測量誤差指測量值和計算值之差。擴展不確定度是指標準數(shù)字調(diào)制誤差生成裝置的不確定度，不能認為是被測VSA的最大允許誤差限值，所以測量誤差超出不確定度范圍，是正常的，不能據(jù)此判定被測VSA超差。由于本文第2節(jié)提到的兩個問題，大部分儀表制造商都沒有提供VSA測量數(shù)字調(diào)制誤差的量程以及在被測調(diào)制誤差較大時的最大允許誤差。
實驗表明，連續(xù)波組合方法適用于MPSK (M=2，4，8)。
可以做出本文計量方法的量值溯源圖，如圖5。調(diào)制誤差參量可溯源到射頻功率或衰減標準。
理論分析和實驗說明：通過連續(xù)波組合的方法，可以構造具有標準數(shù)字調(diào)制誤差的等效MPSK信號，這種調(diào)制誤差是可計算、可溯源、可在較大范圍內(nèi)連續(xù)設置。這就實現(xiàn)了量值溯源和誤差設置這兩個問題的聯(lián)合解決。該方法和系統(tǒng)設計已經(jīng)申請我國專利和PCT國際專利，其中我國專利已經(jīng)得到授權。
使用該方法和裝置可以對矢量信號分析儀、無線通信綜合測試儀的矢量解調(diào)功能進行計量校準，也可以據(jù)此開發(fā)新型專用儀表。圖6為5G矢量信號分析儀數(shù)字調(diào)制質(zhì)量參數(shù)分析原理圖，圖7為儀表解調(diào)界面，圖8、9給出了5G矢量信號分析儀的EVM計量結果。
本方法中數(shù)字調(diào)制質(zhì)量參數(shù)EVM是可以精確計算的，該合成信號的誤差參量最終可溯源至5G信號發(fā)生器的功率和連續(xù)波功率，因此實現(xiàn)了對調(diào)制解調(diào)質(zhì)量參數(shù)的準確計量。基于前期研究積累，中國信息通信研究院泰爾實驗室正在主持起草5G移動通信綜測儀的國家校準規(guī)范。
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