品质因数
一个可以用来评估数字化无线电整体性能的通用技术是误码率（BER）的测试。这个测试通过用错码位数与所传输的总位数之比来测量信号传输和接收的质量。然而，这是一个局限性很大的测试，因为它并没有提供错码的来源信息。
然而，如果采用图7 所示的类似的方案来对SDR系统进行测试，处于不同域中的信号可同时由不同的仪器获取。这便使得测试工程师们可以在整个信号链中准确地找出缺陷的可能来源。
关于这一点，第二个通用的品质因数是EVM，它可以洞察发射机和接收机可能存在的问题[40]，[42]，这是因为我们对幅值和相位误差对每一个数字发射符号的影响都进行了测量。EVM实质上是测试整体的信号与噪声之比以及信号的失真比，从而量化了由于非线性失真以及系统噪声所引起的信号减损。与其它品质因数不同，EVM 是通过实际传输的符号来评估所存在的问题对信号质量的影响。
一个常用于发射机测试的指标对频谱在相邻信道的再生进行了量化。邻道功率比[ACPR，有时又称为邻道电平比（ACLR）]是采用（out of band masks）来进行说明的，而带外规范则定义了在相邻信道所允许的最大传输功率。ACPR 通常起因于非线性失真所引起的频谱再生。
ACPR 同样可以用于备用信道（与带通信号相邻信道所邻接的信道）。ACPR 为评估整个无线电网络的性能提供了一个功能测试，这是因为它可以允许工程师来对无线电系统的非线性对其它相近信道的干扰进行评估。
正如对许多无线电结构的测试一样，对于SDR 的测试来说，测试中使用的激励信号会影响无线电系统的测量性能。测试信号对无线电性能的影响通常是通过激励固有的统计特性来进行分析的，这个统计特性可以是采用概率密度（PDF ） 或者是互补累计分布函数（CCDF）。信号的PAPR 值（峰/均功率比）也经常被用作一个品质因数[44]-[48]。
在“无线系统测试指标”一节中对这些均适用于传统无线电和SDR 系统的品质因数进行了更详细的讨论。在下一个例子中， 我们要说明必须采用混合域方法来测试SDR 系统中的这些品质因数。
无线系统测试的指标参数
这里，我们将要对在本文中所用到的品质因数进行一个简单的描述。
概率密度函数
在 概率论中， 概率密度函数（probability density function-PDF）是表示一个随机变量X 的值小于x的概率的函数。通常，PDF 是在经过了大量测量的基础上确定的，它决定了x 所有可能取值的可能性，这是一个具有单位面积的非负函数
(S1)
其中a 和b 代表的是要确定的X 的概率区间。
互补累计分布函数
互补累计分布函数（complementary cumulative distribution function- CCDF）曲线是与PDF 密切相关的， 因为， 它是通过CCDF=1-PDF 得到的。CDF 是可以直接从PDF 统计中得到的累计分布函数
(S2)
一条CCDF 曲线展示出一个信号处于高于某个功率水平以上的时间。它通常是由超出平均功率以上的功率的分贝值来表示的。
峰均功率比
峰均功率比（peak to average power ration-PAPR）是给定信号的最大峰值功率与平均功率之比，是无线通信中最令人感兴趣的测量指标。对于PAPR 对通信系统影响的评估主要是通过对CCDF 曲线的分析得到的，我们可以在CCDF 曲线中定义一个特定的百分比来获得PAPR 的值
(S3)
其中NT 是总采样数（时间间隔），它被用来确定PAPR 的值。
邻道功率比
邻道功率比 （adjacent channel power ratio- ACPR ） 是测量一个无线系统在相邻信道所产生的相对于主信道的失真量。它通常被定义为相邻频率信道（偏置信道）的平均功率与发射频率信道的平均功率之比
(S4)
其中F1 和F2 代表频谱区间，S(W)是基频信号，U1 和U2是上邻信道的频谱区间。
正如在无线标准中所定义的，有两种测量ACPR 的方法，一种是考虑整个基频信号和整个相邻信道的比值。第二种方法（由于比较容易测量因而使用更为广泛）是找到在整个主频段或在载波中心频率附近较小的带宽内的功率与同样较小带宽的相邻的信道内功率的比值。
误码率
误码率（bit error ratio -BER）是所接收到的信息中错误的位数与所传输的总的数据位数的比值。BER 通常是用百分比来表示的，其中0%代表在接收机未检测到错误的比特
(S5)
这个测量可以在数字域中由测试工程师所实施的软件函数来进行，但还需要使用众所周知的BER 测试器，测试器向发射机输入一个已知的数据串，并且将它与来自接收机输出端的数据进行比较。
误差向量幅值
误差向量幅值（error vector magnitude-EVM）是用来测试调制与解调准确度，以及信道受损程度的参数。它可以用来量化数字无线电发射机或接收机的性能。由发射机发射的信号或由接收机接收到的信号在硬件和软件的实施过程中都会受到所有不同缺陷的影响，会使得K 调制信号星座点Zc(k)偏离它们的理想位置，S(k)。 在日常使用中，EVM 是测量这些点偏离它们的理想位置究竟有多远，其中，对于N 个传输符号，我们可以得到
(S6)
测试实例
为了说明SDR 接收机的测试，我们使用文献[39]所介绍的混合域测量装置（类似于图7 所示的结构），如图8所示。 一个用来模拟所发射的数字调制射频信号的任意波形发生器和一台接收机是用方框图中的元件来仿真的。
图8、按照文献[39]中的建议，在实验中采用仪器所实施的SDR 前置端的测试构建。被测器件（DUT）是由任意一个波形发生器来激励的，示波器被用来对被测器件的模拟输入信号进行采样。 一个逻辑分析仪被用来在被测器件的数字输出端进行采样。采用参考信号和触发信号来实现输入和输出测量的同步。这些设备是由使用通用接口总线（GPIB）连接的计算机来控制的。
这个被测器件是用带宽为3MHz，采用64QAM（3/4）调制的处于频分双工模式的单用户WiMAX 信号来激励的[49]。
图9 是采用逻辑分析仪在SDR 接收机的输出端口所测得的结果。这个图显示出在激励频段上进行了平均的总功率以及由于非线性失真而在上邻信道中所产生的功率。这个图展示了混合模式对SDR 进行测试的本质：模拟输出的品质因数ACPR 已经通过数字输出信号和模拟输入信号而得到了重建。
图9、在WiMAX 信号激励下，SDR 前置端输出端口的测量结果。
在给定的输入功率下，我们也已经用EVM 对被测器件的性能进行了评估。我们根据增益和相位延迟对所接收到的数字化的WiMAX 信号进行解调和纠错，从而得到了如图10 所示的星座图。在这个特定的测试中，所得到的EVM 大约是5.05%。
图10、对采用64-QAM 调制的WiMAX 信号的输入和输出结果进行比较的星座图。
正是由于我们使用了一个可以同时对模拟波形和数字波行表征的混合模式的仪器，这才有可能得到SDR 元件的特性。
总结和结论
在这篇文章中，我们对可用于SDR 前置端的接收机和发射机进行了一个综述。我们讨论了各自的优点与缺点。正如我们所看到的，一个多频段多模式接收机良好的设计结构应当可以最佳地分享现有的硬件资源，并且使用可调谐和可以进行软件编程的器件。并不是每一个接收机结构都具有这种特性的。从这个意义上讲，按照我们的观点，当SDR 接收机前置端更加成熟的时候，它将会是基于零/低中频结构或带通采样设计基础之上的。
对于发射机来说，EER 技术和其修正版本是SDR应用中很有前途的选择，因为它们的效率很大程度上与PAPR 无关。因此，它们可以很容易地应用到多标准和多频段操作中[50]。这种SDR 和CR 发射机结构不仅需要高效放大器，而且还需要宽带放大器[51]。SDR 领域在信号传输方面正在从模拟向数字方向转移，因此，对提高射频放大器开关速度的要求变得更为明显，更加严格，从而在未来将会引领到S 类发射机。
关于表征SDR 系统所采用的测试设备，我们说明了为什么混合域设备对于SDR 的表征是非常必要的。我们还描述了为什么还要进行一些改进来开发可以快速地，自动地表征前置端并进行失配校正的同步仪器。这样的设备应当可以很理想地提供一些信息，如不同调制类型的EVM 和不同技术的邻道功率比，并且能够对多标准多频段无线电结构进行测试。随着SDR 技术的日臻成熟，我们期待着会在市面上看到这些类型的仪器。
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作者：Pedro Cruz, Nuno Borges Carvalho, Kate A. Remley
