淺談EVM(誤差向量幅度)

一.EVM基本定義

誤差向量幅度[EVM]:Error Vector Magnitude,表示發射機對信號進行解調時產生的IQ分量與理想信號分量的接近程度,是考量調製信號質量的一種指標。測試目的是為了驗證發射機產生的波形是否足夠精確,以使接收機達到指定的接收性能,另外由於接收機最後一級電路是I/Q正交解調電路,其信噪比SNR不易測試,所以改測EVM(SNR=-20LogEVM)。EVM越小,信號質量越好。

EVM表徵的是一個給定時刻理想無誤差基準信號與實際發射信號的向量差,誤差向量通常與QPSK等I/Q調製方案有關,且常以解調符號的I/Q"星狀"圖表示,如下圖表示,良好的信號在星座圖上顯示是很集中的點,有噪聲的信號在星座圖上顯示是分散的點。

淺談EVM(誤差向量幅度)

其中3gpp中WCDMA的定義為:誤差矢量幅度是實際測量到的波形和理論調製波形之間的偏差。兩個波形都通過帶寬1.28MHz,滾降係數α=0.22的根升餘弦匹配濾波器。兩個波形再進一步通過選擇頻率、絕對相位、絕對幅度及碼片時鐘定時進行調製,以使誤差矢量最小。EVM定義為誤差矢量平均功率與參考信號平均功率之比的平方根,用百分數表示。測量間隔為一個時隙。誤差矢量幅度的最低要求不超過17.5%。

二、EVM和PA的關係

EVM 和線性、雜散、帶內的積分相位噪聲關係都很大。非線性的幅度壓縮AM-AM(幅度調製-幅度調製)和相位變AM- PM(幅度調製-相位調製)都會造成影響。如果 PA的 OP1dB大於 PAPR( 信號的峰均比 )影響會小些,也就是PA的回退功率越多,非線性的影響越少。

EVM, 從星座圖上可以分為 magtitude誤差和 phase誤差。magtutude誤差包括傳輸信號的極限變化造成 PA的瞬間抖動和PAPR(需功率回退)。phase誤差大都數跟系統架構有關。 當 PLLfreq= n*TXfreq, 發射功率較大,耦合到芯片,pull到PLL頻率,造成瞬態的相位抖動,另外還與burst模式,時序的打開順序有關。

在實際應用和設計中要注意:1. PA的 1dB 壓縮點調到線性度最好、功率點最高的位置;

2.如果諧波點是PLLfreq,要調好輸出匹配,抑制諧波。3.電源要乾淨,處理好接地問題,注意PA的供電電源與PLL電源的隔離;

4.注意時序信號控制線的時序;開關時序電路要準確,不能有較大時延,而且開關脈衝的矩陣係數要好,也就是越陡峭越好;

5.注意PCB佈局,確保收發路徑有較好的隔離度。

補充1:峰均比

峰均比是一種對波形的測量參數,等於波形的振幅除以有效值(RMS)所得到的一個比值,或者峰值的功率和平均功率之比。峰均比可以用來評價器件(基帶 DAC和 RF的 HPA)非理想線性帶來的影響,所以在實際中峰均比越大的信號,在應用相同非線性器件時需要引入越大的功率回退。峰均比是度量空中接口信號的包絡起伏程度的一個值。一般而言,未調製載波包絡本身無起伏,所以"包絡的最大值"與"包絡的平均值"處處相等,峰均比為1的對數,值肯定為零。另外,所有恆包絡調製,峰均比都為零。WCDMA與TDSCDMA為QPSK調製,如不加濾波,他們是恆包絡調製,峰均比自然為零,但因為加了均方根升餘弦濾波,包絡不恆定了,峰均比自然就不為零了。

補充2:AM-AM和AM-PM

AM/AM:指的是放大器的輸出功率隨著Vramp控制電壓變化的關係。這個可以理解為在Vramp上面有調幅信號的時候,在射頻信號上面也會出現包絡的調製。可以想象為,在一個transistor或者三極管的collector集電極有波動的Vcc,那麼放大器的輸出功率,或者電壓也在相應的波動。

AM-PM:對應在Vramp的上面的AM信號,一個正弦信號輸入放大器後,會因為在放大器內部走過的相位角度的變化,在輸出端口,它的相位角也在變化。AM調製,就產生了PM調製了。

因為GSM PA線性度較差,所以為了非恆包絡(需要線性放大)信號的幅度和相位準確,要進行AM-PM校準,來達到一個線性PA的效果。


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