EVM優(yōu)化秘籍：從信號源到接收機的閉環(huán)測試

EVM的含義與重要性

EVM（誤差矢量幅度）是用來衡量數(shù)字通信系統(tǒng)中調(diào)制信號質(zhì)量的指標。EVM 為誤差矢量(Error Vector)的幅度與參考信號(Reference Signal)幅度的比值，可以用百分比或者dB表示。

圖 1 EVM的含義

通過比較給定時間點上理想?yún)⒖夹盘柡蛯嶋H測量信號之間的差異，EVM反映了信號的失真程度。EVM越低，表示信號的調(diào)制質(zhì)量越高。因此，EVM是衡量矢量信號源的信號質(zhì)量的重要指標。在通信系統(tǒng)中，高階調(diào)制可以帶來更大的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，但高階調(diào)制需要更小的EVM。

圖 2 高階調(diào)制需要更小的EVM

影響EVM的主要因素

影響矢量信號源的調(diào)制信號EVM的因素比較多，可以分為以下幾類：

1) 本振的相位噪聲與雜散。本振的相位噪聲會在IQ調(diào)制過程中增加信號的相位失真，本振的雜散也會在IQ調(diào)制過程成為調(diào)制信號的雜散。

2) 寬帶噪聲。寬帶噪聲是由于矢量信號源中有源器件的熱噪聲、增益和噪聲系數(shù)等因素引起的固有噪聲，當矢量信號源輸出的調(diào)制信號功率較低時，寬帶噪聲對信號的EVM將有很大影響。

3) 非線性效應，例如增益壓縮、飽和、交調(diào)產(chǎn)物。矢量信號源中有源器件都具有非線性效應。由于數(shù)字調(diào)制信號的幅度隨時間變化，當幅度較大時出現(xiàn)增益壓縮的情況就會引起壓縮失真，惡化EVM。數(shù)字調(diào)制信號也是寬帶信號，其交調(diào)產(chǎn)物在頻率上會和信號頻率重疊，從而惡化信噪比和EVM。

4) 頻率響應，包含幅度頻率響應和相位頻率響應。由于數(shù)字調(diào)制信號是寬帶信號，矢量信號源中的射頻通道存在頻率響應，數(shù)字調(diào)制信號通過射頻通道后會出現(xiàn)幅度響應失真和相位非線性失真。

5) IQ調(diào)制誤差，包含本振泄露、IQ幅度不平衡、IQ相位不正交、IQ延時差。本振泄露會在本振頻率產(chǎn)生干擾信號。IQ幅度不平衡、IQ相位不正交、IQ延時差都會在鏡像頻率產(chǎn)生鏡像信號，成為期望信號的干擾。

6) 阻抗不匹配，矢量信號源中的射頻通道存在大量射頻元器件、傳輸線、接頭等，因此射頻通道中存在許多阻抗不匹配區(qū)間，會產(chǎn)生反射和多次反射現(xiàn)象。多次反射會引起類似多徑的不同延遲的信號疊加效應，會惡化EVM。另外，反射對不同頻率影響不同也會產(chǎn)生頻率響應效應并惡化EVM。

以下為幾種具有典型失真的數(shù)字調(diào)制信號的星座圖。

圖 3 本振相位噪聲對EVM的影響

圖 4 寬帶噪聲對EVM的影響

圖 5 增益壓縮對EVM的影響

優(yōu)化EVM的方法

在使用矢量信號源的過程中，為了獲得最佳EVM，需要優(yōu)化功率設置。當功率較小時，EVM主要受到寬帶噪聲電平的影響。當功率較大時，EVM主要受到非線性效應的影響，儀表內(nèi)部射頻模塊中的有源器件會出現(xiàn)增益壓縮并產(chǎn)生交調(diào)產(chǎn)物。因此，在功率設置區(qū)間的中段具有最佳的EVM性能。

圖 6 EVM隨功率變化曲線

矢量信號源為了減少以上各種因素對數(shù)字調(diào)制信號EVM的影響，可以使用提升硬件性能、校準、均衡、補償、數(shù)字預失真等方法，具體優(yōu)化EVM的方法包括：

1) 改善本振的相位噪聲和雜散，使用超低相位噪聲和雜散的頻綜模塊作為本振。

2) 改善射頻通道內(nèi)部的阻抗不匹配，減少通道內(nèi)部的失配和反射。

3) 通過測量頻率響應，在基帶信號中對頻率響應進行數(shù)字均衡。

4) 通過測量本振泄露和幅度和相位，在基帶信號中加入幅度相同、相位相反的DC分量，可以與本振泄露信號相消，可以大幅降低本振泄露。

5) 通過測量IQ幅度不平衡、IQ相位不正交，在基帶信號中加入數(shù)字幅度補償和數(shù)字相位補償。

6) 通過測量IQ延時差異，在基帶信號中加入IQ延時補償。

7) 通過測量不同頻率、不同功率的非線性效應，并建立非線性模型，在數(shù)字基帶中使用數(shù)字預失真技術對非線性效應進行補償。

EVM實測結果

KSW-VSG系列矢量信號源采用上述EVM優(yōu)化措施，獲得了行業(yè)領先的超低EVM，確保了優(yōu)秀的信號質(zhì)量。產(chǎn)生32APSK調(diào)制、符號速率400MHz的超寬帶數(shù)字調(diào)制信號時，EVM實測結果為0.85%。

圖 7 EVM實測結果（32APSK調(diào)制 符號速率400MHz）

坤恒順維VSG04矢量信號源

坤恒順維矢量信號源KSW-VSG04可覆蓋6kHz~67GHz 頻率范圍，其內(nèi)置基帶信號發(fā)生器，設置簡單、性能靈活，調(diào)制樣式豐富，還可以根據(jù)用戶需要編輯、下載配置所需要的波形，進行多種復雜信號模擬，具備最大2GHz調(diào)制帶寬，可滿足大帶寬信號模擬需求。無論是連續(xù)波還是矢量調(diào)制信號，其信號質(zhì)量優(yōu)異，既是理想的本振源和時鐘源，也是高性能的復雜矢量調(diào)制模擬仿真信號源。

圖 8 KSW-VSG04矢量信號源

KSW-VSG04可廣泛用于移動通信、衛(wèi)星通信、導航、數(shù)據(jù)鏈、無線電干擾與監(jiān)測等眾多領域。

• 在移動通信領域，KSW-VSG04，支持LTE、5G NR等移動通信標準，支持信道衰落仿真。

• 在衛(wèi)星通信領域，KSW-VSG04頻率最高可達67GHz，支持最大2GHz調(diào)制帶寬，可以產(chǎn)生衛(wèi)星通信中的高頻率、大帶寬信號。

• 在導航領域，KSW-VSG04具有最高4T sample超大波形文件存儲深度，可以通過波形文件方式仿真GNSS導航信號。

• 在數(shù)據(jù)鏈領域，KSW-VSG04可配合無線電探測信號產(chǎn)生軟件，可產(chǎn)生各種自定義數(shù)據(jù)鏈信號，并支持信道衰落仿真。

• 在無線電干擾與監(jiān)測領域，KSW-VSG04支持實時脈沖描述字（PDW）方式產(chǎn)生高密度、動態(tài)變化的脈沖信號，支持以PDW文件方式產(chǎn)生和回放已有PDW數(shù)據(jù)庫中的信號。