1. 概述

數(shù)字正交調(diào)制和解調(diào)是現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中通用的信號調(diào)制和解調(diào)的方式。數(shù)字調(diào)制中，通常利用極坐標(biāo)來表示數(shù)字矢量復(fù)數(shù)信號，即用I/Q坐標(biāo)來表示，其中I為極坐標(biāo)的0°位置，表示同相分量 (In-Phase Component) 。Q為極坐標(biāo)的90°位置，表示正交分量(Quadrature Component)。如圖1 (a) (b) 所示：

圖1. (a) 矢量信號的幅度-相位表示 (b) 矢量信號的IQ表示 (c) 矢量誤差

2. 傳統(tǒng)EVM的定義

矢量信號由數(shù)字基帶調(diào)制進(jìn)入DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）后，再進(jìn)入上變頻器和功放放大即可完成發(fā)射過程。由于發(fā)射電路本身的不理想特性，例如功放的非線性特性和上變頻的雜散，矢量信號的矢量會在發(fā)射過程中發(fā)生畸變，原有的矢量會偏離理想位置。誤差矢量是描述理想信號和實際信號偏差的向量，是星座圖上理想信號的矢量和實際解調(diào)后獲得的測量矢量的偏差向量。如圖1(c)所示的誤差矢量。

矢量信號質(zhì)量的量化表示中最主要的指標(biāo)是誤差矢量幅度，簡稱EVM(Error Vector Magnitude)，即為誤差矢量復(fù)數(shù)的模值。誤差矢量的相位通常稱為相位誤差。在測量領(lǐng)域，EVM通常是多個采樣點的誤差矢量幅度的均方值(RMS)與理想信號矢量的均方值(RMS)的比值，如下式。其中N代表符號數(shù)量，Ci 表示第i個測量到的信號矢量，Ri表示第i個理想?yún)⒖夹盘柺噶俊＞街狄越y(tǒng)計的方法來計算EVM，描述的是調(diào)制信號的總體誤差矢量的大小，而不是某個瞬時時刻的結(jié)果，這樣的值對于通信信號的評價是很合理的。

式1

我們再來看看現(xiàn)有的測試標(biāo)準(zhǔn)對EVM的定義。以4G LTE的物理層射頻測試標(biāo)準(zhǔn)3GPP TS 36.141為例，EVM的定義變成了如下式所示，理想?yún)⒖夹盘?em>I(t,f) 信號為經(jīng)過測量設(shè)備解調(diào)重建后的理想信號，測量到的信號Z'_eq(t,f) 為經(jīng)過測量設(shè)備均衡后的解調(diào)信號。可以看到3GPP一致性測試方法是經(jīng)過FFT處理的，是針對每個子載波解調(diào)之后再計算EVM的，而且還有均衡和跟蹤補(bǔ)償算法，對最終的EVM測試結(jié)果都有影響。

式2

3．EVM的測量方法

根據(jù)無線移動通信標(biāo)準(zhǔn)對EVM的定義，市面上的主流矢量信號分析軟件，例如羅德與施瓦茨公司的Vector Signal Analysis K70 (a) 或是德公司的89600 VSA (b) ，對EVM的測量方法和流程都是如下圖2所示。

圖2. (a) 羅德與施瓦茨公司VSA EVM測試流程 (b) 是德公司VSA EVM測試流程

總結(jié)起來，待測信號解調(diào)后會經(jīng)過兩個支路，一個支路是保持解調(diào)后的待測信號的原貌，另外一個支路是恢復(fù)并重建理想的參考信號。

圖3. VSA EVM測試流程總結(jié)框圖

有了這兩個參考額測量信號，就可以套用上述公式計算出誤差矢量的模值和相位。如下圖所示的羅德與施瓦茨公司的VSA對一個16QAM調(diào)制、100MHz符號速率的信號解調(diào)得到的EVM和相位誤差。

圖4. VSA EVM測試結(jié)果

3. DEVM的定義

在無線通信技術(shù)中，細(xì)心的工程師們還會發(fā)現(xiàn)另外一個EVM叫做DEVM。例如下圖5所示的Skyworks的一塊802.11ax (Wifi6) 的射頻前端芯片模組，其中定義了802.11ax的發(fā)射信號質(zhì)量為-43dB DEVM (dB為EVM的百分?jǐn)?shù)取對數(shù)乘以10得到的對數(shù)值)。

圖5. Skyworks功放中的DEVM指標(biāo)

DEVM又是何方神圣，和傳統(tǒng)EVM有什么區(qū)別？在網(wǎng)絡(luò)上有限的資料中發(fā)現(xiàn)，DEVM的全稱是Delta EVM，或者Differential EVM，定義為如下表達(dá)式，即激勵I(lǐng)Q信號矢量和響應(yīng)IQ信號矢量的差值矢量模值。

圖6. DEVM定義

和EVM的定義如出一轍的DEVM，兩者區(qū)別究竟在哪里？根據(jù)DEVM的定義和筆者的測量經(jīng)驗中，歸納得出DEVM和EVM的區(qū)別如下表所示：

表1. EVM和DEVM逐項對比

4．DEVM的測量方法

是德和羅德與施瓦茨兩家公司都有測量DEVM的測試功能和軟件。是德公司采用高端矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PNA-X的內(nèi)部接收機(jī)進(jìn)行DEVM測量。本文使用羅德與施瓦茨公司的VSA（EVM測試）和Amplifier（DEVM測試，從名字就可以識別出測試的是放大器兩端口器件）兩個測試軟件作為對比，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行EVM和DEVM測試在具體參數(shù)設(shè)置上的區(qū)別，影響結(jié)果的主要是均衡器是否開啟。通過調(diào)節(jié)均衡器和測量結(jié)果長度等參數(shù)，VSA和amplifier對同一信號（100 MHz符號速率, 16 QAM, RRC 0.2）的EVM測量結(jié)果基本一致。

圖7. Amplifier DEVM測試結(jié)果（DEVM在羅德與施瓦茨的軟件中也叫做RAW EVM）

對標(biāo)準(zhǔn)無線移動通信信號的解調(diào)，比對Amplifier的DEVM和LTE專用解調(diào)軟件對LTE test model的EVM結(jié)果，也能發(fā)現(xiàn)EVM的不同測量結(jié)果，如LTE 0.9% ，而Amplifier 1.1%。打開Amplifier內(nèi)置的均衡器才趨近一致。

表2. LTE專用解調(diào)軟件EVM和DEVM的逐項對比

5．總結(jié)

隨著測量技術(shù)的發(fā)展，越來越多新的測試結(jié)果定義被用來表征不同的待測件。DEVM就是從EVM發(fā)展引申出的新的測量方法，用來衡量器件對EVM的惡化程度。隨著5G終端和Wifi6（802.11ax）的大量應(yīng)用，DEVM還會越來越多的出現(xiàn)在大家的視野中。

此外，還有從phase noise引申出來的評價二端口器件如放大器的additive phase noise一樣，與DEVM類似的定義。且聽下回分解。