标签: evm

什么是 EVM ？ EVM 是 Error Vector Magnitude 的缩写，中文意思就是误差矢量幅度。 从字面意思我们可以理解为在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，而这个向量差能全面衡量调制信号的幅度误差和相位误差。 EVM 能够直接表示无线系统信号的质量，所以 EVM 在这个在数字调制里面非常有用。在现在的各种无线系统里面， EVM 都是一个非常重要的指标。 星座图可以比较直观的表示数字调制的意义，下图是一个比较常见的 16-QAM 的星座图，该图在 xy 平面中以散点图的形式显示信号，从水平轴逆时针测量的点的角度表示载波相对于参考相位的相移，点到原点的距离表示信号的幅度或功率的度量。 16-QAM 星座图 在一个理想的射频系统中，由发射器发射的信号处于理想位置，但是在实际中，由于射频系统的各种缺陷，比如相位噪声、低镜像抑制比、载波泄漏等等等等，导致信号的位置发生变化，偏离了理想位置。实际信号与理想信号的偏差就是误差向量。 EVM 图示 归一化到峰值信号幅度的误差矢量的平均幅度是 “误差矢量幅度”。因此，理想 / 参考相量与实际生成 / 接收的相量的位置之间的差是 EVM 。 如果把单个码元拎出来看它的 EVM 的话，下面这幅图更容易理解。 所以呢， EVM 这个指标就可以用下面公式进行计算。通常用 dB 格式或者百分比格式来表示 EVM 。 （ 1 ） dB 形式 （ 2 ）百分比形式 公式好简单啊，初中生的数学水平就可以了。 所以呢，从定义上来说 EVM 并不难，通过实际信号与理想信号的矢量运算就出来了。 EVM 能够表示整个通信系统信号质量的优劣，所以针对不同的通信系统，有不同的 EVM 的要求。 IEEE 给出了 802.11 WLAN 的最大能够允许的 EVM 标准，基于不同的调制方式和通信速率的要求， EVM 的要求也不同，如下表所示，通常调制系数越高，所要求的 EVM 也就越严格。 802.11 给出的 EVM 的计算公式如下： 对于 5G 通信系统针对不同的频段， EVM 的要求也不同：在 sub-6G ， EVM 的要求一般要小于 0.5% ，也就是 -46dB ，在毫米波频段， EVM 小于 0.75% （ -42.6dB ）。 在 ETSI 的标准中，定义了 BS type 1-C 和 BS type 1-H 最小允许 EVM 标准。 同时也给出了关于 EVM 测量点和更详细的计算公式。 影响 EVM 的因素 EVM 表示了通信系统调制质量的好坏，所以几乎所有的系统误差都会影响 EVM ，所以呢，一旦 EVM 恶化，需要从很多方面去排查，有时候是很多个影响因素综合到一起的结果。但是对于设计人员来说，最好的办法是逐一排查，找出木桶的最短板，依次修正。 通常系统噪声，相位噪声，非线性失真都是影响 EVM 的罪魁祸首。 白噪声对 EVM 的影响 白噪声存在于所有的通信系统中，如果只考虑白噪声的影响的话， EVM 的计算公式可以简化为： SNR ： Signal to Noise Ratio 信噪比 （ dB ） PAPR ： peak-to-average power ratio 信号的峰均比 （ dB ） 对于高速转换器，无论是高速 DAC 或者高速 ADC ，白噪声引起的 EVM 公式可以表示为： NSD 是噪声普密度，单位是 dBFS/Hz ； BW 是信号带宽，单位是 Hz ； PAPR 是调制信号的峰均比； Pbackoff 是信号峰值功率与转换器满量程范围之间的差异。 （注意公式最后的 +3 ，单音信号的 PARA 是 3dB ，如果波形具有任意的峰均比 PARA ，则需要从 SNR 中减去 3. ） 从上面公式可以看出，白噪声产生的 EVM 和信号的信噪比 SNR 以及调制信号的峰均比 PAPR 直接相关，信噪比越差， EVM 越差； 峰均比越高， EVM 越差。 相位噪声对 EVM 的影响 相位噪声，是指系统在各种噪声的影响下，系统输出信号相位的随机变化。所有的非线性器件都会引入相位噪声，影响比较大的包括系统的本振 LO ，参考时钟和采样时钟等。 系统的相位噪声会直接影响系统的 EVM 。在整个带宽内对相位噪声求积分，可计算出系统相位噪声引起的 EVM 。 对于大多数采用正交频域调制 (OFDM) 的现代通信标准，应从大约 10% 的副载波间隔开始对相位噪声求积分，直至达到总信号带宽。 式中， L 为单边带相位噪声密度， fsc 为副载波间隔， BW 为信号带宽。 非线性对 EVM 的影响 系统级非线性会导致可能处于信号带宽范围内的交调产物。这些交调产物可与副载波重叠，影响它们的幅度和相位。 非线性对 EVM 的影响可通过下面公式计算。 其中， Prms 为信号的均方根平均值，而 C 为一个常数（范围介于 0 dB 至 3 dB 之间，具体取决于调制方案）。如上式所示， EVM 随着系统的 OIP3 的升高而降低。这与预期相符，因为 OIP3 越高，通常意味着系统更具线性。此外，随着信号均方根功率的降低， EVM 随着非线性产物功率的降低而降低。 下图给出了相位噪声与信号矢量调制误差 (EVM) 的关系图。 为了更好评估各个因素对 EVM 的影响，设计人员做了下面这个 EVM Bathtub 曲线 。下图是基于工作功率水平的系统典型 EVM 浴盆曲线。 在低工作功率水平下， EVM 性能主要由系统的噪声性能决定；在高工作功率水平下，系统的非线性会影响 EVM ；系统的最低 EVM 水平通常根据所有误差源（包括相位噪声）的组合来定义。 关注公众号“优特美尔商城”，获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯，欢迎留言讨论。

概述       今天的物联网需要更多 无线传感器网络的支持 从无线技术的能力和可靠性，尤其是 低成本，低功耗无线通信 相对较低的数据速率。 这些类型的应用程序 应用于家庭自动化系统，游戏和汽车自动化， 智能化楼宇的 控制，并为这些无线电收发器的要求 系统使一个高度集成的CMOS实现一 是 显而易见的选择。 ZigBee无线技术及其 IEEE 802.15.4标准的基础是一种理想的低成本，低功率 无线解决方案。   WSN的 设计 与仿真       从 设计 和验证 的观点 来看， 这种 整合 的CMOS 低功耗无线系统 意味着 模拟， RF和 DSP功能 ，必须 紧紧 相连 和运营 在一起。 这也是 必要的 模拟 整个 系统包括 一个 非常 不同的集合 信号和 功能模块。 一个 全面的仿真 必须使用 工具 来处理 这些 各种各样 的信号 类型。 在这个例子中 ，模拟 的重点是 变送器 路径的 ZigBee设备 。 它 有助于了解 在ZigBee 收发器标准 在演出前 建模并 仿真 它的 发射 路径。 该 模型包括 发射机 纯粹的 数字模型 用VHDL ， Verilog中 的拟 模型 ， 纯 SPICE的 描述。 完整的系统 模拟 是使用 的ADM 射频和 结果 检查。 EVM（误差 矢量幅度 ）分析 还演示 和 调制谱的 提取基于 802.15.4 协议， 2.4 GHz频段 物理层 （ PHY） 802.15.4 标准规定 的 两种操作 频带。 一个是 2.4 GHz ，另一个是 868-915 MHz。 这种模拟 的重点是 在2.4 GHZ 。 对于 2.4 GHz的 物理层 ， 该标准规定 如何进行 数据编码 ，扩频 和调制 （ 图1）。 开始 从原始 的基带 码流 ， 工作由 四个 位元 组成。 该芯片 流 是 OQPSK调制 （偏移 正交 相移键控） 调制 半正弦 脉冲 整形。 这种调制 格式也 被称为 MSK(Minimum Shift Keying) 。 OQPSK调制 芯片 内 移 （见图 1）。 避免了 我 的 转变 和Q 同时 穿越 0 值，这 可能会导致 大的 振幅 变化。 图2显示了 芯片 序列生成 和 OQPSK调制 调制 半正弦 脉冲 整形。 传输路径 架构 该 发射器 架构 的ZigBee 所示如 图3。 I和 Q数据 低 通 滤波后减少了 D / A转换 的影响 ，并传递到 了 转换 正交 混频器。 在 此过程实现中， DAC是 嵌入在 调制器的 模型，并且 不会出现在 原理图 （见 图4） 。 至于为 用于转换 位数 可编程 并显示为 一个 模型参数。通过 采样 率也 可编程， 它被设置为 10 MHz。        

X 参数模型的主要用途之一是在无线系统验证。随着如邻信道功率比参数的 EVM ，和 PAE 用在这样的分析。 考虑一个发射机功放为例的 EVM 的评价。设计者必须插入任一电路级 - PA 或在 X 参数模型试验台到如图所示（图 7 ）。 为了获得正确的参数，可以设置将 “ 模拟 ” 按钮按下。该试验台如图   7 。有一个现实的 LTE 的发射源是安捷伦的 N7624B / N7625B 的 Signal Studio 用于 3GPP LTE 的应用通常在实验室。这是用来激发源与一个特定的无线规范定义的正确被测波形。在这个测试平台，设计人员可以通过停用模拟电路级 PA 或通过禁用该模型模拟了 circuitlevel 的 Xparameter 模型。   为了保持线性，测试的 EVM -2 dBm 时，略低于其 1  dB 压缩点输入功率。对于这个例子中，安捷伦系统模拟器与 ADS 一起使用。它的合作上执行的模拟在电路级功率放大器的 EVM 设计验证与电磁仿真 ADS 电路模拟器。   子电路级安装在图顶层块。   包含在它的输出双工器和天线。 一个在宾夕法尼亚设计公司工程师将模型与一个过滤器和耦合器连接一个天线的 50 Ω 端接双工器。 另一方面，进入该电路级双工器及其他设计公司的天线，可以利用这些 X 参数模型，以评估系统的 EVM 。 （图 8 ）。     图9显示的EVM结果使用X参数模型。     该模型比一般模拟速度快 25 倍，由于它比较快，设计者可以快速模拟和生成的 EVM 环境的许多输入功率点（图 10 ）。