EVM优化秘籍：从信号源到接收机的闭环测试

EVM的含义与重要性

EVM（误差矢量幅度）是用来衡量数字通信系统中调制信号质量的指标。EVM 为误差矢量(Error Vector)的幅度与参考信号(Reference Signal)幅度的比值，可以用百分比或者dB表示。

图 1 EVM的含义

通过比较给定时间点上理想参考信号和实际测量信号之间的差异，EVM反映了信号的失真程度。EVM越低，表示信号的调制质量越高。因此，EVM是衡量矢量信号源的信号质量的重要指标。在通信系统中，高阶调制可以带来更大的数据传输带宽，但高阶调制需要更小的EVM。

图 2 高阶调制需要更小的EVM

影响EVM的主要因素

影响矢量信号源的调制信号EVM的因素比较多，可以分为以下几类：

1) 本振的相位噪声与杂散。本振的相位噪声会在IQ调制过程中增加信号的相位失真，本振的杂散也会在IQ调制过程成为调制信号的杂散。

2) 宽带噪声。宽带噪声是由于矢量信号源中有源器件的热噪声、增益和噪声系数等因素引起的固有噪声，当矢量信号源输出的调制信号功率较低时，宽带噪声对信号的EVM将有很大影响。

3) 非线性效应，例如增益压缩、饱和、交调产物。矢量信号源中有源器件都具有非线性效应。由于数字调制信号的幅度随时间变化，当幅度较大时出现增益压缩的情况就会引起压缩失真，恶化EVM。数字调制信号也是宽带信号，其交调产物在频率上会和信号频率重叠，从而恶化信噪比和EVM。

4) 频率响应，包含幅度频率响应和相位频率响应。由于数字调制信号是宽带信号，矢量信号源中的射频通道存在频率响应，数字调制信号通过射频通道后会出现幅度响应失真和相位非线性失真。

5) IQ调制误差，包含本振泄露、IQ幅度不平衡、IQ相位不正交、IQ延时差。本振泄露会在本振频率产生干扰信号。IQ幅度不平衡、IQ相位不正交、IQ延时差都会在镜像频率产生镜像信号，成为期望信号的干扰。

6) 阻抗不匹配，矢量信号源中的射频通道存在大量射频元器件、传输线、接头等，因此射频通道中存在许多阻抗不匹配区间，会产生反射和多次反射现象。多次反射会引起类似多径的不同延迟的信号叠加效应，会恶化EVM。另外，反射对不同频率影响不同也会产生频率响应效应并恶化EVM。

以下为几种具有典型失真的数字调制信号的星座图。

图 3 本振相位噪声对EVM的影响

图 4 宽带噪声对EVM的影响

图 5 增益压缩对EVM的影响

优化EVM的方法

在使用矢量信号源的过程中，为了获得最佳EVM，需要优化功率设置。当功率较小时，EVM主要受到宽带噪声电平的影响。当功率较大时，EVM主要受到非线性效应的影响，仪表内部射频模块中的有源器件会出现增益压缩并产生交调产物。因此，在功率设置区间的中段具有最佳的EVM性能。

图 6 EVM随功率变化曲线

矢量信号源为了减少以上各种因素对数字调制信号EVM的影响，可以使用提升硬件性能、校准、均衡、补偿、数字预失真等方法，具体优化EVM的方法包括：

1) 改善本振的相位噪声和杂散，使用超低相位噪声和杂散的频综模块作为本振。

2) 改善射频通道内部的阻抗不匹配，减少通道内部的失配和反射。

3) 通过测量频率响应，在基带信号中对频率响应进行数字均衡。

4) 通过测量本振泄露和幅度和相位，在基带信号中加入幅度相同、相位相反的DC分量，可以与本振泄露信号相消，可以大幅降低本振泄露。

5) 通过测量IQ幅度不平衡、IQ相位不正交，在基带信号中加入数字幅度补偿和数字相位补偿。

6) 通过测量IQ延时差异，在基带信号中加入IQ延时补偿。

7) 通过测量不同频率、不同功率的非线性效应，并建立非线性模型，在数字基带中使用数字预失真技术对非线性效应进行补偿。

EVM实测结果

KSW-VSG系列矢量信号源采用上述EVM优化措施，获得了行业领先的超低EVM，确保了优秀的信号质量。产生32APSK调制、符号速率400MHz的超宽带数字调制信号时，EVM实测结果为0.85%。

图 7 EVM实测结果（32APSK调制 符号速率400MHz）

坤恒顺维VSG04矢量信号源

坤恒顺维矢量信号源KSW-VSG04可覆盖6kHz~67GHz 频率范围，其内置基带信号发生器，设置简单、性能灵活，调制样式丰富，还可以根据用户需要编辑、下载配置所需要的波形，进行多种复杂信号模拟，具备最大2GHz调制带宽，可满足大带宽信号模拟需求。无论是连续波还是矢量调制信号，其信号质量优异，既是理想的本振源和时钟源，也是高性能的复杂矢量调制模拟仿真信号源。

图 8 KSW-VSG04矢量信号源

KSW-VSG04可广泛用于移动通信、卫星通信、导航、数据链、无线电干扰与监测等众多领域。

• 在移动通信领域，KSW-VSG04，支持LTE、5G NR等移动通信标准，支持信道衰落仿真。

• 在卫星通信领域，KSW-VSG04频率最高可达67GHz，支持最大2GHz调制带宽，可以产生卫星通信中的高频率、大带宽信号。

• 在导航领域，KSW-VSG04具有最高4T sample超大波形文件存储深度，可以通过波形文件方式仿真GNSS导航信号。

• 在数据链领域，KSW-VSG04可配合无线电探测信号产生软件，可产生各种自定义数据链信号，并支持信道衰落仿真。

• 在无线电干扰与监测领域，KSW-VSG04支持实时脉冲描述字（PDW）方式产生高密度、动态变化的脉冲信号，支持以PDW文件方式产生和回放已有PDW数据库中的信号。