载波泄露会对EVM产生什么影响呢?

2023-07-04 11:15:44 来源:加油射频工程师

载波泄露,大概的意思是,在信号上不应该有本振信号的,但是你却有了,是不小心泄露出来的。


【资料图】

当然泄露的路径多种多样,可能是基带信号的直流偏移(DCoffset),也可能是调制器端口之间的隔离度有限,也有可能是空间的某条耦合路径~

那么,载波泄露会对EVM产生什么影响呢?

为了说明这个问题,先看一下基带信号的直流偏移为啥会产生载波泄露。

假设基带信号为:

则经过上图所示的正交调制器以后,得到如下的信号:

式子右边的红框框里,就是载波泄露,也称为载波馈通(CFT,carrier feed through).

上面这个式子呢,第一步,显而易见,按照上图的正交调制器的框图,划拉一下,就是这个等式。

但是,第二步是怎么来的?

dang~

推算步骤见下面。

不想看推导的,略过也行。

现在回到开头提到的那个问题,载波泄露会对EVM产生什么影响呢?

如果I路和Q路的基带信号有直流偏移,则在星座图上会发生星座图平移,如下图所示。

那这个带有直流偏移的I路和Q路基带信号,经过理想调制,给到理想的解调器,解调出的星座图,没有悬念的,肯定也是上面这幅图。

而,带有直流偏移的I路和Q路基带信号,经过理想调制器后,会产生载波泄露。

所以,可以认为,载波泄露会使得星座图发生平移。

也许,会有这样一个疑问哈!

那就是,你是直流偏移的I路和Q路基带信号,经过调制后,产生的载波泄露,会产生星座图平移。

那如果是别的途径来的载波泄露,是不是也会?虽然我觉得也会,因为可以对公式倒推,这样的话,从别的地方过来的载波泄露,也可以等价为基带信号上的直流偏移。但是用ADS仿真看了一下,发现平移没看到,反而旋转了。大家再讨论讨论。

那么,怎么量化本振泄露对EVM的影响呢?

定义载波抑制Cs为载波泄露功率与信号传输功率的比值,如下图所示。

其中,PCFT为载波泄露的功率,PTX为有用信号的功率。

而由于载波泄露导致的EVM恶化,可由下式进行计算【1】:

本来想用仿真来验证一下理论的。但是没成功,不知道是软件问题,还是我的问题。

试了一下SystemVue,软件并没有给出想要的结果。星座图没有变化,EVM也没有变化,但是从频谱上看,确实是有一个很大的载波泄露,看基带信号,确实也有直流叠加上去了,而且幅度还不小,不能忍

没办法,我又折回ADS,用以前仿接收机的那一套,试了一下,发现比SystemVue好一点,能看到本振泄露,也能看到星座图上确实是有了偏移,这到是和理论能对上。但是EVM反而变小了,不能忍!

不知道matlab是个什么表现。本来很想试一下,奈何还完全不会!

参考文献:

[1] RFSystem Design of Transceivers forWireless Communication.pdf

发射机中的本振相噪,是影响发射信号EVM的一个因素。

先来看看理论分析。

首先来看看EVM的定义。

对于每一个符号而言,有一个理论上的位置,即上图中的绿点(Reference),但是实际上,符号对应的点,在星座图上会有偏移,如上图中的桔黄色的点(Measured)。

而理想和现实之间的差距,即是误差矢量,如上图红色箭头所示。

由上图可知,对于每一个符号ki, 误差矢量可以由下式进行表示:

在文献[1]中,对EVM的定义是这样的:

我的理解是这样的,就是,虽然针对单个符号可以计算EVM,但是书中的定义,是基于多个符号对应误差矢量的平均值。

其数学表达式为:

然后再看看怎么把相位噪声换算到EVM上。

既然,现在只是考虑相位噪声对EVM的影响,所以可以不考虑幅度误差。

并且,假设上述的矢量误差,是由于本振的相噪引起的。

本振的相噪,可以看成是一个很小的随机相位量,定义为:

所以,实测的信号,可以用下式进行表示:

因此,误差矢量的幅度如下图所示:

相噪的自相关函数与其对应的功率谱密度有如下的关系(我随机过程学的不好,所以下面的式子,并不是很理解,先copy过来)。

所以(在文献[1]的基础上,补了个dt,还有绿圈中为啥又不是Ts了呢?不过可以先看结论):

假设本振的环路带宽相对较宽,则由于相噪累积出来的能量为:

其中,Nphse是平均相噪,单位为dBc/Hz,BWsynth_loop是环路滤波器的带宽,单位为Hz。

所以,

如果使用了多个本振,则

然后再看看仿真验证。

用SystemVue进行验证,发现当LO不考虑相噪时,EVM为0.79%。

当相噪为:

-70dBc/Hz@100Hz,

-70dBc/Hz@1000Hz

-70dBc/Hz@100KHz

-174dBc/Hz@1MHz

时,仿真得到的值为14.71%,而根据上述公式,计算得到的值为14.14%。两种结果对比来看,理论公式的预估还是比较准确的。

同时,可以从星座图中看到,测量点成为一个弧形,这也与开头的假设相呼应,即没有幅度误差或者很小,只有相位误差。

文献:

【1】RF System Design of Transceivers for Wireless Communication

编辑:黄飞

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