差错矢量起伏 (EVM) 是数字调制准确度的一种标量丈量，关于任何数字调制信号源来说都是一项重要的品质因数。在发送器调制器中完成低 EVM 是很重要，由于一个信号的 EVM 在经过发送 / 接纳链路的每个组件时都将发生劣化。发送器上变频转化器、滤波器、功率放大器、接纳器、乃至包含通讯通道均会危害信号质量。
并不存在针对 EVM 丈量和核算的单一业界规范。相反，独立体系 (例如：Bluetooth、802.11、DVB、PHS) 规则了用于该规范的丈量。可是，这种方法会发生不确认性，比方：怎样针对每种符号来完成 EVM 的归一化以及需求校对丈量中的哪些参数 (例如：频率差错、I/Q 偏移、正交相位差错、增益不平衡)。当选用来自不同制造商的矢量信号剖析仪 (VSA) 时，EVM 丈量将有所不同，乃至在运用同一家制造商的不同类型 VSA 时也会呈现这样的状况。
图 1 示出了选用 VSA 来丈量调制准确度的景象。VSA 对坐落某一给定中心频率和带宽的输入信号进行下变频转化和数字化处理，调制计划、符号率、丈量滤波器和其他信号参数则由用户规则。该数据代表了测得的信 号，VSA 对其进行数字解调以康复源数字数据流。运用康复的源数据、调制计划和其他因子，VSA 以数学方法生成抱负的基准信号。VSA 随后核算差错矢量，即归一化至峰值信号电平的实测信号矢量与基准数据矢量之间的差异。均方根 (RMS) 和峰值 EVM 标量值从差错矢量中提取。
图 1：VSA 经过比较实测输入信号与抱负再生基准信号来确认 EVM
EVM 功能的特性剖析
本文以凌力尔特的 LTC5598 为例，说明晰 VSA 是怎样对 I/Q 调制器的 EVM功能施行特性剖析的。该器材是一款覆盖了 5MHz 至 1600MHz 频率规模的直接正交调制器。16-QAM 是一种相对常用的数字调制类型和体现调制器准确度的杰出东西。16-QAM 是许多无线体系的根底，包含LTE / LTE-Advanced、HSDPA、EDGE Evo、CDMA2000 EV-DO、认知无线电 (Cognitive Radio) IEEE 802.22 (电视白区)、PHS 和 TETRA。1
图 2 示出了用于评价 I/Q 调制器的测验设置，表 1 概要列出了针对下列每种丈量的测验条件。当选用一个 450MHz LO 信号且驱动功率为 0dBm时，安装在一块规范演示板上的 LTC5598 典型 EVM 功能2 为 0.34% (rms) 和 0.9% (峰值)，见图 3。在谐波滤波器之后测得的输出功率为 0.4dBm。选用相同的设置，一个具有相同的起伏、频率和数字调制方法的实验室级信号发生器的实测 EVM 功能为 0.28% (rms) 和 0.8% (峰值)。比照成果咱们发现：LTC5598 的调制准确度与用于对其进行丈量的测验设备简直相同好。
图 2：用于 EVM 丈量的测验设置
图 3：450MHz LO 信号条件下的 EVM
表 1: EVM 测验参数
450MHz LO 和 0dBm 下的基线 EVM (见图 3)
基带调制
l16-QAM (每符号 4 位，峰值与均匀值之比 = 5.4dB)
l1 MSPS 符号率
lPN9
l根升余弦 (RRC) 滤波器，α = 0.35
基带驱动
lVEMF = 0.8V 差分，如罗德与施瓦茨 (Rohde Schwarz) AMIQ 软件所指示;VEMF = 1.15VP-P 差分，依照实测值
l偏置电压 = 0.5V
VSA 丈量滤波器
lRRC，α = 0.35
VSA 基准滤波器
l根余弦 (RC)
EVM 与 I/Q 驱动功率之间的联系 (见图 4)
l16-QAM
l1 MSPS 符号率
lRRC，升余弦，α = 0.35 (峰值与均匀值之比 = 5.4dB)
l偏置电压 = 0.5V DC
lLO 驱动功率：0dBm
EVM 与 LO 频率之间的联系 (见图 5)
lLO 驱动功率：0dBm
l16-QAM
l1 MSPS 符号率
lRRC，α = 0.35 (峰值与均匀值之比 = 5.4dB)
lVEMF = 0.8V 差分，如罗德与施瓦茨 (Rohde Schwarz) AMIQ 软件所指示;VEMF = 1.15VP-P 差分，依照实测值
l偏置电压 = 0.5V
当基带输入电平把峰值调制器驱动至紧缩状况时，EVM 快速添加 (见图 4)。最大 RMS 输出功率可按以下方法来预算：
+8.4dBm LTC5598 输出 P1dB 典型值 (在 fRF = 450MHz)
-5.4dB 16-QAM 测验波形的波峰因数
= +3.0dBm 均匀输出功率 (1)
(峰值将坐落 1dB 紧缩点)
图 4：EVM 与调制器输出功率的联系
当输出电平处在 1dB 紧缩点时，EVM 关于使用而言或许过高，这将下降从调制器取得的可用均匀功率。关于那些选用了一种具较高“峰值至均匀值”之比 (波峰因数) 的调制方法之体系来说，可用输出功率将进一步下降。
毫不古怪，EVM 随 LO 频率发生的改变在频段的中部是最低的 (见图 5)。在低于 30MHz 的 LO 频率下，经过添加 LO 驱动功率可下降 EVM。在频段的两个边沿上，影响 LTC5598 EVM 的主要因素都是 I/Q 正交相位差错 (见表 2)。别的，还存在一些 I/Q 增益不平衡，不过它对全体 EVM 并没有多大的影响。边带按捺是相位和增益不平衡的集总效应。
图 5：EVM 与 LO 频率的联系
在必要时，作为功率放大器闭环数字预失真 (DPD) 体系的一部分，可在基带或某些发送链路中对这些差错项进行开环校对。尽管 DPD 校对这一主题并不在本文所触及的规模之内，可是 DPD 环路将具有其自己的接纳器，可以丈量发送 EVM 并针对基带波形进行自适应校对，以最大极限地按捺差错。关于发生差错的本源是调制器仍是功率放大器 (PA)，抑或是两者兼而有之，DPD 并不知晓，或者说并不关怀。
表 2: LTC5598 正交相位差错、增益不平衡和边带按捺
|
LO 频率 (MHz) |
I/Q 正交相位差错 (°) |
I/Q 增益不平衡 (dB) |
边带按捺 (dB) |
|
5 |
4.3 |
0.14 |
28 |
|
10 |
3.6 |
0.01 |
30 |
|
20 |
1.2 |
0.02 |
40 |
|
40 |
–0.3 |
0.03 |
50 |
|
1600 |
–1.2 |
0.05 |
39 |
优化 EVM 功能
要想从 I/Q 调制器取得最佳的 EVM 功能，那么 I/Q 基带就应该 “洁净”。这意味着 I/Q 数模转化器 (DAC) 时钟应具有低的相位噪声和颤动，DAC 重构滤波器不该侵吞基带带宽，并且基带 I/Q 信号通路应具有平整的频率响应。别的，LO 信号源也应当洁净。LO 相位噪声会添加无法在下流予以消除的随机相位差错，这将添加 EVM。LO 谐波将引起正交相位差错，因而 LO 的挑选应该遵从调制器产品手册中给出的主张。
比如 LTC5598 等商用 I/Q 调制器可在常用的 VHF 和 UHF 通讯频段内供给杰出的数字调制准确度。其功能或许可以与实验室级信号发生器适当。假如需求的话，可经过正交相位差错或增益不平衡的基带校对来改进 EVM。
参考文献
1. “Digital Modulation in Communications Systems – An Introduction,” Application Note 1298, Keysight Technologies (Agilent).
2. “Using Vector Modulation Analysis in the Integration, Trouble shooting and Design of Digital RF Communications Systems,” Product Note 89400-8, Keysight Technologies (Agilent).
Bruce Hemp 于 1980 年结业于美国加州州立大学福乐顿分校 (California State University, Fullerton)，获工程学士学位。他从事过各种体系、电路板级和使用工程职位。自 2012 年以来，Hemp 在凌力尔特公司任高档使用工程师。
Peter Stroet 于 1994 年获荷兰特文特大学 (University of Twente, the Netherlands) 电气工程硕士学位，并随后在该校完成了一项为期两年的规划项目。他于 1997 年加盟飞利浦半导体公司，担任一名无线 ASIC 规划工程师。自 2001 年起，他一直在凌力尔特公司从事面向 RF 使用之 %&&&&&% 的规划作业。
