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发射信号调制精度EVM指标分析
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2011-01-14
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本文介绍了发射信号调制精度的EVM分析方法,较详细地介绍了影响EVM的指标。
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发射机信号调制精度EVM指标分析
1 信号调制精度介绍
调制精度是无线通信发射机的关键参数之一。调制精度由调制误差向量所代表,调制误
差矢量是实际符号与理想符号在调制质量星座图上位差的偏差值。这通过一个例子可以很好
的解释。在CDMA反向链路中,为了考虑功率有效性和频谱有效性,偏移QPSK调制用于PN
传输码。QPSK调制射频信号可以由同相和正交信号组成,如下:
() ()
(
)
(
)
(
)
ttattatS
cQcI
ω
ω
sincos
−
=
(5-3-1)
其中
()
ta
I
和
()
ta
Q
为同相和正交信号的幅度,可以分别表示如下:
() ()
∑
∞=
−∞=
−=
k
k
ckI
kTtgIAta 2 (5-3-2)
() ()
∑
∞=
−∞=
−−=
k
k
cckQ
TkTtgQAta 2/2 (5-3-3)
上面的式子中,A是调制信号的振幅,
{
}
k
I 和
{
}
k
Q 为I和Q的PN码序列,其数值为1或者-1。
c
T 是PN码的一个传输周期,
()
tg 是脉冲成型滤波器的时域响应函数,在脉冲成型之前
(
)
tg
是一个矩形脉冲函数,
() ()
tgtg
r
= ,如下:
() ()
⎩
⎨
⎧
≤≤
==
otherwise
Tt
tgtg
c
r
,0
0,1
(5-3-4)
为了简化分析,一般使用矩形脉冲函数。将(5-3-2)带入(5-3-4),(5-3-1)可表示成:
() ( )
[]
∑
∞
−∞=
−+=
k
cc
kTttAtS
φω
cos (5-3-5)
这里
()
c
kTt −
φ
定义如下:
()
()
()
(
)
(
)
()( ) ()
()
()()
⎩
⎨
⎧
+≤≤+
+≤≤
=
⎩
⎨
⎧
+≤≤+
+≤≤
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=−
−
−
−
−
−
ck
cck
ckk
cckk
I
Q
c
TktTk
TktkT
TktTkIQ
TktkTIQ
ta
ta
kTt
12/1,
2/1,
12/1,/tan
2/1,/tan
tan
1
1
1
1
φ
φ
φ
(5-3-6)
()
c
kTt −
φ
=
−k
φ
或者
k
φ
的真值表如表1。调制信号的星座图如图2所示。
表1 Channel I和Q sequence mapping to phase shift
Data PN Sequence Mapping PN Sequence Phase Shift
I
d
Q
d
I
a
Q
a
−k
φ
or
k
φ
0 0 1 1
4/
π
1 0 -1 1
4/3
π
1 1 1 -1
4/3
π
−
0 1 1 -1
4/
π
−
图1. ( a)Ideal QPSK modulation constellation
(b)corresponding distorted modulation constellation
使用离散的时间变量,时间间隔为
c
T /2(半个码片周期),而不使用连续的时间变
量。考虑式(5-3-1),(5-3-5)和(5-3-6),从式(5-3-2)和(5-3-3)中可以得到,当
2/
1 c
Tkt ⋅=
时,基带I/Q调制信号为:
()
(
)
11
cos kAka
I
φ
=
(5-3-7)
和
()
(
)
11
sin kAka
Q
φ
=
(5-3-8)
1
k 代表时间常数 2/
1 c
Tk
⋅
,调制角度
(
)
1
k
φ
由式(5-3-6)所决定,并且映射关系如表1。调
制以矢量形式表示如下:
(
) ()
(
)
(
)
[
]
1111
exp kAkajkaka
QI
φ
⋅=−= (5-3-9)
当调制到RF载波信号上时,因为LO信号的近端相位噪声,调制一般会出现失真。当调
制的RF信号通过窄带滤波器,由于窄带滤波器的带内纹波和群时延失真,调制精度会进一
步恶化。失真恶化后的调制矢量
()
1
'
ka 可表示如下:
() () ()
111
'
kekaka += (5-3-10)
()
1
ke 代表残余误差矢量。失真后调制矢量的星座图见图1(b)。
在无线通信系统中,调制精度由误差矢量幅度EVM所表示,它定义为实际信号和理想信
号的均方根误差与理想信号的平均功率之比。EVM的计算公式如下:
() ()
()
{}
()
{}
()
{}
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
11
'
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
=
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
−
=
kaE
keE
kaE
kakaE
EVM
(5-3-11)
式(5-3-11)中,
{
}
⋅
E 代表平均期望。
在CDMA系统中,波形系数
ρ
取代EVM来表示调制精度。波形系数被用来定义实际波形
()
tZ 与理想波形
(
)
tR 之间的相关系数,可以表示如下:
∑∑
∑
==
=
=
M
k
M
k
kk
M
k
kk
ZR
ZR
11
22
2
1
*
ρ
(5-3-12)
当理想信号与误差信号的互相关性可以忽略时,
ρ
和EVM的相互关系可以近似表示为:
2
1
1
EVM+
≅
ρ
(5-3-13a)
1
1
−≅
ρ
EVM (5-3-13b)
在下面章节,我们将讨论影响调制精度EVM恶化的因素。从下面子章节中推导出的结
论尽管是从发射机中分析出来的,但大部分同样可以用于接收链路调制精度的评估。
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