CDMA無(wú)線(xiàn)鏈路中QPSK調制的測量與凈化

　　無(wú)線(xiàn)信號的調制與解調是無(wú)線(xiàn)通信的核心技術(shù)之一，通信制式改變，調制與解調方式也將改變。CDMA IS-95與cdma2000 1x的主要差別之一就是前向鏈路的調制方式不同，前者采用BPSK（Binary Phase Shift Keying，二相相移鍵控）調制方式，后者從RC3開(kāi)始在業(yè)務(wù)信道上采用QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移鍵控）調制方式。

　　1、QPSK調制簡(jiǎn)介

　　實(shí)現QPSK等數字調制的主要部件是I/Q調制器。I/Q調制器將經(jīng)過(guò)編碼的I和Q基帶信息疊加在載波上。經(jīng)過(guò)I/Q調制，信號從直角坐標系轉換到極坐標系。I/Q調制的情況用狀態(tài)圖（也稱(chēng)星座圖）表示。

　　QPSK意味著(zhù)恒定包絡(luò )載波信號的相位從+45°→+135°、-45°→+45°或-135°→-45°，以90°的增量位移，因此在I/Q狀態(tài)圖上有4個(gè)離散的相位狀態(tài)，如圖1所示。也就是說(shuō)，QPSK調制在I/Q狀態(tài)圖有兩個(gè)I和Q值，每個(gè)相位可以發(fā)送兩個(gè)二進(jìn)制符號。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1 QPSK調制的I/Q狀態(tài)圖

　　2、衡量QPSK調制質(zhì)量的指標

　　2.1波形質(zhì)量

　　CDMA網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際容量不僅與調制方式有關(guān)，還與調制質(zhì)量密切相關(guān)。波形質(zhì)量測量是CDMA系統發(fā)信機的基本性能測量項目之一。

　　波形質(zhì)量的品質(zhì)因素用Rho表示。在CDMA IS-95和cdma2000 1x最低標準中，Rho測量條件被定義為僅對一條導頻信道而言。將被測導頻信號與一個(gè)理想形態(tài)的導頻信號進(jìn)行比較，實(shí)際導頻信號中總會(huì )存在一定比例的非相關(guān)功率，因此，Rho是信號相關(guān)功率與總功率的比值，反映了導頻信道信號實(shí)際功率分布與理想功率分布的符合程度。最低標準建議Rho≥0.912。

　　CDMA網(wǎng)絡(luò )的前向鏈路只包含一條導頻信道。導頻信號的作用是使在其覆蓋范圍內的移動(dòng)用戶(hù)獲得基本的同步信息，也就是PN短碼中的相位信息，利用它們進(jìn)行信道估計和相干解調。因此，導頻信道的Rho無(wú)疑是一個(gè)十分重要的參數。

　　2.2誤差矢量幅度

　　在CDMA IS-95或cdma2000 1x相關(guān)標準中都沒(méi)有給出EVM（Error Vector Magnitude，誤差矢量幅度）的定義、測量及容限等具體要求。但是，在WCDMA 3GPP TS V6.2.0 Release 6中把EVM作為發(fā)射調制測量的一個(gè)指標，規定在采用QPSK調制時(shí)，發(fā)射的合成信號的EVM應≤17.5%，但未注明EVM取均方根值（RMS）還是峰值（PK），在實(shí)際測試中，這兩者有較大區別。

　　事實(shí)證明，EVM是衡量調制精度的一個(gè)重要參數。QPSK表示信號用90°的相移來(lái)區分相位狀態(tài)，數字信號通過(guò)載波幅度和相位的變化進(jìn)行傳遞和發(fā)射，符號位置應該在星座圖（也稱(chēng)I/Q狀態(tài)圖）上4個(gè)特定的位置。理想情況下，QPSK調制的符號位置應該在圖2所示星座圖上4個(gè)十字交叉處。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2 QPSK調制理想的I/Q狀態(tài)圖

　　但是，實(shí)際網(wǎng)絡(luò )中的信號的符號位置總會(huì )偏離理想位置，它們之間的誤差既包含了相位誤差，又包含了幅度誤差，其合成量為矢量誤差。如圖3所示，EVM是在I/Q狀態(tài)圖上符號脈沖躍遷瞬間的I/Q的被測位置與I/Q基準位置之間矢量誤差的均方根值。

　　　　　　　　　　　　圖3 QPSK在I/Q狀態(tài)圖上的EVM

　　EVM也可以用dB表示，即EVM=20lg（EVM%÷100%）dB。

　　在一些無(wú)線(xiàn)通信標準中，常用相對星座誤差（Relative Constellation Error）來(lái)表示EVM，這樣也許更直觀(guān)、更易于理解。

　　3、QPSK調制的測量問(wèn)題

　　如前所述，在CDMA IS-95和cdma2000 1x最低標準中只定義了導頻信道的波形質(zhì)量。導頻信道的波形質(zhì)量固然重要，但導頻+尋呼+同步+業(yè)務(wù)信道總的波形質(zhì)量更具有實(shí)際意義。

　　測量技術(shù)的不斷進(jìn)步，使多信道波形質(zhì)量的測量成為現實(shí)。不管信道如何配置，只要預置一條導頻信道，就能同時(shí)對多條信道或對其中任意一條信道的波形質(zhì)量進(jìn)行測量，多條信道的波形質(zhì)量是各條信道的波形質(zhì)量的合成，稱(chēng)為組合波形質(zhì)量。

　　圖4所示為單信道和組合信道QPSK調制測試實(shí)例。（a）中Rho為0.946 82，大于0.912的最低標準，但EVM分別為23.69% RMS和72.07% PK。（b）是由導頻（1）+尋呼（1）+業(yè)務(wù)（6）+同步（1）共9條信道組合而成的信道，其中Rho為0.948 84，EVM分別為23.18% RMS和62.09% PK。

　　　　　　　　　　　　圖4 信道QPSK調制測試實(shí)例

　　由此可見(jiàn)，對cdma2000 1x無(wú)線(xiàn)鏈路Q(chēng)PSK調制而言，Rho只是反映調制質(zhì)量的一個(gè)側面，僅以Rho來(lái)判斷調制是否正常是不全面的。在QPSK調制中，Rho正常的情況下，EVM未必正常；反之，EVM正常，Rho大多正常。

　　CDMA無(wú)線(xiàn)信號是頻域、時(shí)域、碼域及調制域的綜合特征函數。QPSK調制性能直接影響碼域參數，QPSK調制的正交性與碼域Walsh碼的正交性密切相關(guān)。測試實(shí)例可以證實(shí)，在Rho合格的情況下，如果EVM存在嚴重誤差，將會(huì )使Walsh碼失去正交性，增加碼域噪聲，產(chǎn)生碼域互調。在cdma2000 1x無(wú)線(xiàn)鏈路Q(chēng)PSK測試中，如果Rho不與EVM及星座圖相結合，往往不能比較客觀(guān)、完整地反映總的調制質(zhì)量。EVM和星座圖，與Rho相比能夠更好地反映鏈路中潛伏的I/Q相位誤差、放大器增益、濾波器工作狀態(tài)、幅度誤差等問(wèn)題，是衡量調制質(zhì)量的另一個(gè)側面。在CDMA現網(wǎng)測量中，普遍存在Rho合格而EVM不合格現象，這是只重視Rho、忽視EVM測試的結果，必須引起足夠的重視。

　　4、QPSK調制的凈化

　　無(wú)線(xiàn)參數或網(wǎng)絡(luò )凈化是提高系統容量，改善通信質(zhì)量的重要環(huán)節。辯證認識CDMA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，有的屬于優(yōu)化的范疇，有的則屬于凈化的范疇。例如QPSK調制異常，如果從網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化的角度去發(fā)現和解決問(wèn)題，可能付出較大的代價(jià)未必能收到良好的效果，從網(wǎng)絡(luò )或參數凈化的角度反而更易于發(fā)現和解決問(wèn)題。參數的凈化有利于網(wǎng)絡(luò )凈化，不斷凈化的網(wǎng)絡(luò )更易于網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化。

　　QPSK調制是通過(guò)I/Q調制器實(shí)現的，I/Q調制器真正實(shí)現了以線(xiàn)性方式進(jìn)行正交調制。I/Q調制過(guò)程中的任何問(wèn)題都會(huì )直接影響EVM。

　　I與Q之間的正交關(guān)系，意味著(zhù)它們是同一個(gè)信號的兩個(gè)獨立分量，相互之間完全獨立。當Q路信號輸入發(fā)生變化時(shí)，必然改變輸出的組合信號，但不應改變1分量；同樣，當I路輸入變化時(shí)，不應影響Q路分量。如果I與Q信號之間的相位差不是90°，將產(chǎn)生相位誤差，形成圖5所示的一個(gè)失真的星座圖。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5 存在相位誤差時(shí)的星座圖

　　如果I/Q調制鏈路中的本振不穩定，放大器線(xiàn)性差，導致雜散抑制及鄰道抑制性能下降，將產(chǎn)生相位噪聲，星座圖上的符號位置產(chǎn)生漂移，EVM誤差隨之增加，形成圖6所示的一個(gè)離散失真星座圖。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖6 存在嚴重的相位噪聲時(shí)的星座圖

　　從以上幾個(gè)典型實(shí)例可見(jiàn)，導頻信道的Rho和組合信道的組合Rho能夠反映調制質(zhì)量的好壞，但不能告知影響調制質(zhì)量的具體原因。EVM能夠反映問(wèn)題所在，以便找出影響調制質(zhì)量的原因。

　　所謂QPSK調制的凈化，就是依據QPSK調制的原理和規范，通過(guò)檢測及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，在確保Rho合格的同時(shí)把EVM控制在最小范圍內，使這兩者引起的調制域干擾、碼域干擾降至最低。

　　Rho與EVM可以在強場(chǎng)強和強干擾的情況下進(jìn)行測試。組合Rho與EVM等參數相結合，可以比較全面、透徹地反映引起信號質(zhì)量下降的具體原因，對于提高cdma2000 1x無(wú)線(xiàn)鏈路的調制效率乃至整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的質(zhì)量具有重要作用。