無線技術為了實現更快的數據速率，需要使用更寬的信號帶寬和更高階的調制方案。但是，更寬的帶寬和更高階的調制方案會給毫米波 (mm Wave) 頻率上的鏈路質量帶來挑戰。工程師在準確評測射頻 (RF) 元器件的時候需要特別注意。

誤差矢量幅度 (EVM) 測量可以幫助工程師深入洞察數字通信發射機和接收機的性能。對于任何數字調制格式，EVM 和相關的測量顯示對任何會影響信號幅度和相位軌跡的信號缺陷都很敏感。

本文探討了精確執行和優化誤差矢量幅度 EVM 測量的三條最佳實踐經驗。

執行誤差矢量幅度 EVM 測量

誤差矢量幅度 (EVM) 測量為數字調制信號提供了一個簡單、定量的參數。誤差可能源自本地振蕩器 (LO) 的相位噪聲、功率放大器的噪聲以及 IQ 調制器減損等等。圖 1 顯示了對常見調制格式的調制分析。IQ 測量波形數據進入解調器恢復成原始數據比特，數據比特再經過調制，得到IQ 參考（理想）波形。另一路是使用信號補償和測量濾波器來處理 IQ 測量波形數據。信號誤差是參考波形與補償后的測量波形之間的差異。

圖1. 誤差矢量信號分析方框圖

圖 2 顯示了矢量信號誤差。誤差矢量（紅色箭頭）從 IQ 參考信號矢量（淺黑色箭頭）的檢測點到達 IQ 測量信號矢量（黑色箭頭）。誤差矢量幅度EVM 是誤差矢量計算結果的均方根(RMS)，表示為誤差矢量幅度EVM 歸一化參考值的百分比。

圖 2. 誤差矢量幅度 (EVM) 計算示意圖

某些無線標準（如 Wi-Fi 和 LTE）使用分貝 (dB) 作為EVM 結果的單位。轉換公式如下所示。例如，1% EVM 等于 -40 dB EVM。

EVM (dB) = 20 log10 (EVM (%))

誤差矢量幅度EVM 測量中所使用的信號分析儀也會造成一定程度的誤差。信號分析儀的剩余 EVM 本底應當比器件的性能或測試規范低 5 至 10 dB。例如，采用 1024 QAM 調制時，802.11ax 發射機的 EVM 技術指標要求達到 -35 dB。芯片研發工程師更希望信號分析儀的本底剩余EVM 在-45 dB 以下。對于生產測試，由于需要留出 5 dB 的測試裕量，EVM 性能值應當低于 -40 dB。

優化誤差矢量幅度 EVM 測量

圖 3 顯示了矢量信號分析儀的簡化方框圖。在進行 EVM 測量時，您需要設置信號分析儀輸入混頻器的最佳電平，并配置好本振的相位噪聲，以及相應的數字轉換器，才能獲得最佳EVM 測量結果。這些元器件均有其各自的限制和使用場景。我們先討論輸入混頻器。

圖 3. 信號分析儀方框圖

實踐經驗 1 ：優化混頻器電平

所有無線標準都使用最大輸出功率來定標 EVM 測量結果。您可以控制信號分析儀中的第一級混頻器的功率電平，以確保大功率輸入信號不會導致信號分析儀失真。然而，什么樣的混頻器電平設置為最佳并沒有規律。最好的混頻器電平設置取決于測量硬件、輸入信號的特性以及規范測試要求。

信號分析儀中的非線性元器件（例如混頻器和放大器）在某些條件下可能會產生失真。在將大功率信號輸入到信號分析儀時，該信號會導致輸入混頻器失真。失真產物可能是通道內或通道外的多余頻譜信號，如圖 4 所示。對于調制信號（右圖），通道內的失真產物（深紅色） 會降低調制測量質量，而通道外的失真產物（紅色）會影響鄰道功率和雜散測量。可調輸入衰減可避免輸入混頻器導致的大功率輸入信號失真。

圖 4. 非線性失真 ：具有頻譜再生的雙音互調和調制信號

調整輸入衰減

分析儀的輸入衰減器會減少進入輸入混頻器的信號。但是，輸入混頻器電平設置是失真性能與噪聲靈敏度折中后的結果。在較高的輸入混頻器電平下，您可以實現較好的信噪比(SNR) ；而在較低的輸入混頻器電平下，失真性能較好。

信號分析儀提供了能夠以 5 dB 或 2 dB 步進的機械衰減器，以及能夠以 1 dB 步進的電子（可選）衰減器。電子衰減器的步進比機械衰減器更小，因此能為優化輸入混頻器電平提供更好的分辨率。

打開內置前置放大器

在空中接口 (OTA) 測試以及測試系統插入損耗極大等場景中，輸入信號電平可能會比最佳混頻器電平低一些。內置的前置放大器可提供更好的噪聲系數，但互調失真至本底噪聲動態范圍較小。您可以在低輸入電平測試場景中打開這一設置。

"優化衰減設置 - 您在使用是德科技信號 分析儀時可以調整衰減， 盡量減少削波，從而 防止輸入信號過載。 這個功能可以加速輸入 衰減的設置，但不一定 能優化測量動態范圍。 用戶需要手動調整衰減，以獲得最佳測量結果。"

實踐經驗 2 ：優化中頻數字轉換器的 SNR

更高數據速率應用面臨的需求正飛速增長，因此需要能夠在較高頻率下提供寬信號帶寬的技術。然而，帶寬越寬，匯集的噪聲就越多。毫米波頻段的寬帶噪聲以及儀器與待測件(DUT) 之間過大的路徑損耗會導致數字轉換器的 SNR 降低。

SNR 較低的話，會導致發射機測量的 EVM 和鄰道功率比性能都比較差，從而不能準確顯示出被測器件的性能，如圖 5 所示。 噪聲功率包括被測器件和信號分析儀的噪聲等成分， 它們會導致符號偏離理想狀態位置。

圖 5. SNR 對發射機測量的影響

在毫米波頻率下，如果電纜損耗過大，射頻功率會受到限制，而且成本也會上升。您需要使用 OTA 測試方法測量毫米波頻率下的性能指標，想要獲得準確和可重復的結果會更困難。

信號分析儀的系統中頻 (IF) 噪聲必須要足夠低，才能獲得最佳的 EVM 測量結果。而另一方面，數字轉換器的輸入信號必須要足夠高，且不得導致數字轉換器過載。因此，我們需要根據測得的信號峰值電平對射頻衰減器、前置放大器和中頻增益值進行綜合設置。如果使用新款信號分析儀，您只需按一個鍵即可優化這些硬件設置，進而改善 SNR 并避免數字轉換器過載，如圖 6 所示。優化過程需要測量信號峰值電平并設置分析儀。但是，測得的周期可能無法體現輸入信號的完整功率特性。用戶可以手動微調中頻增益和射頻衰減器等設置，以便獲得最佳的測量結果。

圖 6. 優化誤差矢量幅度 EVM 測量，改善 5G NR 調制分析

實踐經驗 3 ：為寬帶應用優化相位噪聲

相位噪聲描述的是振蕩器的頻率穩定性。它是頻域中振蕩器信號周圍的噪聲頻譜。相位噪聲會導致誤差矢量的相位分量出現誤差。信號分析儀的相位噪聲性能是造成 EVM 測量誤差的原因之一。

數字調制

信號分析儀本振信號的相位噪聲會轉換為信號分析儀混頻器的輸入。相位噪聲對 IQ 星座圖的直接影響是產生符號的徑向拖尾，如圖 7 所示。在使用高階調制方案（如 256QAM）時，符號間隔更小，對 EVM 性能的要求也更高。用戶應確保信號分析儀的相位噪聲性能不會影響 EVM 測量結果。

圖 7. 本振相位噪聲會損傷 QPSK 調制信號。

正交頻分復用 (OFDM)

OFDM 是寬帶數字通信的常用調制方案。它使用許多間隔很近的正交子載波信號并行傳輸數據，其中每個子載波信號都采用各自的調制方案。 在相位噪聲性能較差的本振進行變頻，該子載波的相位噪聲會以干擾的形式擴展到其他子載波中，如圖 8 所示。 相位噪聲會降低 OFDM 信號的調制質量。

圖 8. 信號分析儀中相位噪聲性能不佳的本振對 OFDM 子載波的影響

信號分析儀為相位噪聲的優化提供了選擇。例如，新型 Keysight N9021B 信號分析儀 可提供以下使用條件 ：最佳近端相位噪聲、最佳寬頻偏相位噪聲和快速調諧。這些優化為各種測試應用提供了不同的相位噪聲性能選擇：

1. “最佳近端”相位噪聲可以優化載波附近的相位噪聲，但無法優化頻偏較遠的相位噪聲。

2. “最佳寬頻偏”相位噪聲則可以優化頻率距離載波較大范圍內的相位噪聲。

3. “快速調諧”可以從雙回路本地振蕩器切換至單回路，以進行快速調諧測量。

為了獲得信號分析儀的最佳相位噪聲性能以進行調制分析，用戶不僅要考慮信號分析儀的相位噪聲曲線（近端和寬頻偏），還要考慮輸入信號的工作頻率、帶寬和子載波間隔（OFDM 信號）。圖 9 是 N9021B 信號分析儀在執行 5G 新空口調制分析時的相位噪聲設置。測量應用默認采用寬頻偏，以實現更好的調制分析。

圖 9. 在各種工作條件下選擇本振相位噪聲曲線

"相位噪聲優化 - 優化可為不同的工作條件 提供不同的相位噪聲特性。具體取決于型號和選件， 實際特性會略有不同。"

實現新的突破

了解信號分析儀的功能和性能是確保實現準確且可重復測量的第一步。是德科技信號分析儀具有靈活而且經過優化的設置，可以對射頻元器件進行準確評測，獲得最佳的誤差矢量幅度 (EVM) 測量結果。

如需評估待測設備的真實特性，請使用相位噪聲性能更出色的信號分析儀進行調制分析。不要讓信號分析儀的相位噪聲成為制約誤差矢量幅度 (EVM) 測量的瓶頸。