品質(zhì)因數(shù)
一個可以用來評估數(shù)字化無線電整體性能的通用技術(shù)是誤碼率（BER）的測試。這個測試通過用錯碼位數(shù)與所傳輸?shù)目偽粩?shù)之比來測量信號傳輸和接收的質(zhì)量。然而，這是一個局限性很大的測試，因為它并沒有提供錯碼的來源信息。
然而，如果采用圖7 所示的類似的方案來對SDR系統(tǒng)進行測試，處于不同域中的信號可同時由不同的儀器獲取。這便使得測試工程師們可以在整個信號鏈中準確地找出缺陷的可能來源。
關(guān)于這一點，第二個通用的品質(zhì)因數(shù)是EVM，它可以洞察發(fā)射機和接收機可能存在的問題[40]，[42]，這是因為我們對幅值和相位誤差對每一個數(shù)字發(fā)射符號的影響都進行了測量。EVM實質(zhì)上是測試整體的信號與噪聲之比以及信號的失真比，從而量化了由于非線性失真以及系統(tǒng)噪聲所引起的信號減損。與其它品質(zhì)因數(shù)不同，EVM 是通過實際傳輸?shù)姆杹碓u估所存在的問題對信號質(zhì)量的影響。
一個常用于發(fā)射機測試的指標對頻譜在相鄰信道的再生進行了量化。鄰道功率比[ACPR，有時又稱為鄰道電平比（ACLR）]是采用（out of band masks）來進行說明的，而帶外規(guī)范則定義了在相鄰信道所允許的最大傳輸功率。ACPR 通常起因于非線性失真所引起的頻譜再生。
ACPR 同樣可以用于備用信道（與帶通信號相鄰信道所鄰接的信道）。ACPR 為評估整個無線電網(wǎng)絡(luò)的性能提供了一個功能測試，這是因為它可以允許工程師來對無線電系統(tǒng)的非線性對其它相近信道的干擾進行評估。
正如對許多無線電結(jié)構(gòu)的測試一樣，對于SDR 的測試來說，測試中使用的激勵信號會影響無線電系統(tǒng)的測量性能。測試信號對無線電性能的影響通常是通過激勵固有的統(tǒng)計特性來進行分析的，這個統(tǒng)計特性可以是采用概率密度（PDF ） 或者是互補累計分布函數(shù)（CCDF）。信號的PAPR 值（峰/均功率比）也經(jīng)常被用作一個品質(zhì)因數(shù)[44]-[48]。
在“無線系統(tǒng)測試指標”一節(jié)中對這些均適用于傳統(tǒng)無線電和SDR 系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)進行了更詳細的討論。在下一個例子中， 我們要說明必須采用混合域方法來測試SDR 系統(tǒng)中的這些品質(zhì)因數(shù)。
無線系統(tǒng)測試的指標參數(shù)
這里，我們將要對在本文中所用到的品質(zhì)因數(shù)進行一個簡單的描述。
概率密度函數(shù)
在 概率論中， 概率密度函數(shù)（probability density function-PDF）是表示一個隨機變量X 的值小于x的概率的函數(shù)。通常，PDF 是在經(jīng)過了大量測量的基礎(chǔ)上確定的，它決定了x 所有可能取值的可能性，這是一個具有單位面積的非負函數(shù)
(S1)
其中a 和b 代表的是要確定的X 的概率區(qū)間。
互補累計分布函數(shù)
互補累計分布函數(shù)（complementary cumulative distribution function- CCDF）曲線是與PDF 密切相關(guān)的， 因為， 它是通過CCDF=1-PDF 得到的。CDF 是可以直接從PDF 統(tǒng)計中得到的累計分布函數(shù)
(S2)
一條CCDF 曲線展示出一個信號處于高于某個功率水平以上的時間。它通常是由超出平均功率以上的功率的分貝值來表示的。
峰均功率比
峰均功率比（peak to average power ration-PAPR）是給定信號的最大峰值功率與平均功率之比，是無線通信中最令人感興趣的測量指標。對于PAPR 對通信系統(tǒng)影響的評估主要是通過對CCDF 曲線的分析得到的，我們可以在CCDF 曲線中定義一個特定的百分比來獲得PAPR 的值
(S3)
其中NT 是總采樣數(shù)（時間間隔），它被用來確定PAPR 的值。
鄰道功率比
鄰道功率比 （adjacent channel power ratio- ACPR ） 是測量一個無線系統(tǒng)在相鄰信道所產(chǎn)生的相對于主信道的失真量。它通常被定義為相鄰頻率信道（偏置信道）的平均功率與發(fā)射頻率信道的平均功率之比
(S4)
其中F1 和F2 代表頻譜區(qū)間，S(W)是基頻信號，U1 和U2是上鄰信道的頻譜區(qū)間。
正如在無線標準中所定義的，有兩種測量ACPR 的方法，一種是考慮整個基頻信號和整個相鄰信道的比值。第二種方法（由于比較容易測量因而使用更為廣泛）是找到在整個主頻段或在載波中心頻率附近較小的帶寬內(nèi)的功率與同樣較小帶寬的相鄰的信道內(nèi)功率的比值。
誤碼率
誤碼率（bit error ratio -BER）是所接收到的信息中錯誤的位數(shù)與所傳輸?shù)目偟臄?shù)據(jù)位數(shù)的比值。BER 通常是用百分比來表示的，其中0%代表在接收機未檢測到錯誤的比特
(S5)
這個測量可以在數(shù)字域中由測試工程師所實施的軟件函數(shù)來進行，但還需要使用眾所周知的BER 測試器，測試器向發(fā)射機輸入一個已知的數(shù)據(jù)串，并且將它與來自接收機輸出端的數(shù)據(jù)進行比較。
誤差向量幅值
誤差向量幅值（error vector magnitude-EVM）是用來測試調(diào)制與解調(diào)準確度，以及信道受損程度的參數(shù)。它可以用來量化數(shù)字無線電發(fā)射機或接收機的性能。由發(fā)射機發(fā)射的信號或由接收機接收到的信號在硬件和軟件的實施過程中都會受到所有不同缺陷的影響，會使得K 調(diào)制信號星座點Zc(k)偏離它們的理想位置，S(k)。 在日常使用中，EVM 是測量這些點偏離它們的理想位置究竟有多遠，其中，對于N 個傳輸符號，我們可以得到
(S6)
測試實例
為了說明SDR 接收機的測試，我們使用文獻[39]所介紹的混合域測量裝置（類似于圖7 所示的結(jié)構(gòu)），如圖8所示。 一個用來模擬所發(fā)射的數(shù)字調(diào)制射頻信號的任意波形發(fā)生器和一臺接收機是用方框圖中的元件來仿真的。
圖8、按照文獻[39]中的建議，在實驗中采用儀器所實施的SDR 前置端的測試構(gòu)建。被測器件（DUT）是由任意一個波形發(fā)生器來激勵的，示波器被用來對被測器件的模擬輸入信號進行采樣。 一個邏輯分析儀被用來在被測器件的數(shù)字輸出端進行采樣。采用參考信號和觸發(fā)信號來實現(xiàn)輸入和輸出測量的同步。這些設(shè)備是由使用通用接口總線（GPIB）連接的計算機來控制的。
這個被測器件是用帶寬為3MHz，采用64QAM（3/4）調(diào)制的處于頻分雙工模式的單用戶WiMAX 信號來激勵的[49]。
圖9 是采用邏輯分析儀在SDR 接收機的輸出端口所測得的結(jié)果。這個圖顯示出在激勵頻段上進行了平均的總功率以及由于非線性失真而在上鄰信道中所產(chǎn)生的功率。這個圖展示了混合模式對SDR 進行測試的本質(zhì)：模擬輸出的品質(zhì)因數(shù)ACPR 已經(jīng)通過數(shù)字輸出信號和模擬輸入信號而得到了重建。
圖9、在WiMAX 信號激勵下，SDR 前置端輸出端口的測量結(jié)果。
在給定的輸入功率下，我們也已經(jīng)用EVM 對被測器件的性能進行了評估。我們根據(jù)增益和相位延遲對所接收到的數(shù)字化的WiMAX 信號進行解調(diào)和糾錯，從而得到了如圖10 所示的星座圖。在這個特定的測試中，所得到的EVM 大約是5.05%。
圖10、對采用64-QAM 調(diào)制的WiMAX 信號的輸入和輸出結(jié)果進行比較的星座圖。
正是由于我們使用了一個可以同時對模擬波形和數(shù)字波行表征的混合模式的儀器，這才有可能得到SDR 元件的特性。
總結(jié)和結(jié)論
在這篇文章中，我們對可用于SDR 前置端的接收機和發(fā)射機進行了一個綜述。我們討論了各自的優(yōu)點與缺點。正如我們所看到的，一個多頻段多模式接收機良好的設(shè)計結(jié)構(gòu)應(yīng)當可以最佳地分享現(xiàn)有的硬件資源，并且使用可調(diào)諧和可以進行軟件編程的器件。并不是每一個接收機結(jié)構(gòu)都具有這種特性的。從這個意義上講，按照我們的觀點，當SDR 接收機前置端更加成熟的時候，它將會是基于零/低中頻結(jié)構(gòu)或帶通采樣設(shè)計基礎(chǔ)之上的。
對于發(fā)射機來說，EER 技術(shù)和其修正版本是SDR應(yīng)用中很有前途的選擇，因為它們的效率很大程度上與PAPR 無關(guān)。因此，它們可以很容易地應(yīng)用到多標準和多頻段操作中[50]。這種SDR 和CR 發(fā)射機結(jié)構(gòu)不僅需要高效放大器，而且還需要寬帶放大器[51]。SDR 領(lǐng)域在信號傳輸方面正在從模擬向數(shù)字方向轉(zhuǎn)移，因此，對提高射頻放大器開關(guān)速度的要求變得更為明顯，更加嚴格，從而在未來將會引領(lǐng)到S 類發(fā)射機。
關(guān)于表征SDR 系統(tǒng)所采用的測試設(shè)備，我們說明了為什么混合域設(shè)備對于SDR 的表征是非常必要的。我們還描述了為什么還要進行一些改進來開發(fā)可以快速地，自動地表征前置端并進行失配校正的同步儀器。這樣的設(shè)備應(yīng)當可以很理想地提供一些信息，如不同調(diào)制類型的EVM 和不同技術(shù)的鄰道功率比，并且能夠?qū)Χ鄻藴识囝l段無線電結(jié)構(gòu)進行測試。隨著SDR 技術(shù)的日臻成熟，我們期待著會在市面上看到這些類型的儀器。
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作者：Pedro Cruz, Nuno Borges Carvalho, Kate A. Remley
