正文
讲SEM的时候,首先要注意它是一个“带内指标”,与spurious emission区分开来,后者在广义上是包含了SEM的,但是着重看的其实是发射机工作频段之外的频谱泄漏,其引入也更多的是从EMC(电磁兼容)的角度。
SEM是提供一个“频谱模版”,然后在测量发射机带内频谱泄漏的时候,看有没有超出模版限值的点。可以说它与ACLR有关系,但是又不相同:ACLR是考虑泄漏到邻近信道中的平均功率,所以它以信道带宽为测量带宽,它体现的是发射机在邻近信道内的“噪声底”;SEM反映的是以较小的测量带宽(往往100kHz到1MHz)捕捉在邻近频段内的超标点,体现的是“以噪声底为基础的杂散发射”。
如果用频谱仪扫描SEM,可以看到邻信道上的杂散点会普遍的高出ACLR均值,所以如果ACLR指标本身没有余量,SEM就很容易超标。反之SEM超标并不一定意味着ACLR不良,有一种常见的现象就是有LO的杂散或者某个时钟与LO调制分量(往往带宽很窄,类似点频)串入发射机链路,这时候即便ACLR很好,SEM也可能超标。
7、EVM(误差矢量)
首先,EVM是一个矢量值,也就是说它有幅度和角度,它衡量的是“实际信号与理想信号的误差”,这个量度可以有效的表达发射信号的“质量”——实际信号的点距离理想信号越远,误差就越大,EVM的模值就越大。
在(一)中我们曾经解释过为什么发射信号的信噪比不是那么重要,原因有二:第一是发射信号的SNR往往远远高于接收机解调所需要的SNR;第二是我们计算接收灵敏度时参考的是接收机最恶劣的情况,即在经过大幅度空间衰落之后,发射机噪声早已淹没在自然噪声底之下,而有用信号也被衰减到接收机的解调门限附近。
但是发射机的“固有信噪比”在某些情况下是需要被考虑的,譬如近距离无线通信,典型的如802.11系列。
802.11系列演进到802.11ac的时候,已经引入了256QAM的调制,对于接收机而言,即便不考虑空间衰落,光是解调这样高阶的正交调制信号就已经需要很高的信噪比,EVM越差,SNR就越差,解调难度就越高。
做802.11系统的工程师,往往用EVM来衡量Tx线性度;而做3GPP系统的工程师,则喜欢用ACLR/ACPR/Spectrum来衡量Tx线性性能。
从起源上讲,3GPP是蜂窝通信的演进道路,从一开始就不得不关注邻信道、隔信道(adjacent channel, alternative channel)的干扰。换句话说,干扰是影响蜂窝通信速率的第一大障碍,所以3GPP在演进的过程中,总是以“干扰最小化”为目标的:GSM时代的跳频,UMTS时代的扩频,LTE时代RB概念的引入,都是如此。
而802.11系统是固定无线接入的演进,它是秉承TCP/IP协议精神而来,以“尽最大能力的服务”为目标,802.11中经常会有时分或者跳频的手段来实现多用户共存,而布网则比较灵活(毕竟以局域网为主),信道宽度也灵活可变。总的来说它对干扰并不敏感(或者说容忍度比较高)。
通俗的讲,就是蜂窝通信的起源是打电话,打不通电话用户会去电信局砸场子;802.11的起源是局域网,网络不好大概率是先耐着性子等等(其实这时候设备是在作纠错和重传)。
这就决定了3GPP系列必然以ACLR/ACPR一类“频谱再生”性能为指标,而802.11系列则可以以牺牲速率来适应网络环境。
具体说来,“以牺牲速率来适应网络环境”,就是指的802.11系列中以不同的调制阶数来应对传播条件:当接收机发现信号差,就立即通知对面的发射机降低调制阶数,反之亦然。前面提到过,802.11系统中SNR与EVM相关很大,很大程度上EVM降低可以提高SNR。这样我们就有两种途径改善接收性能:一是降低调制阶数,从而降低解调门限;二是降低发射机EVM,使得信号SNR提高。
因为EVM与接收机解调效果密切相关,所以802.11系统中以EVM来衡量发射机性能(类似的,3GPP定义的蜂窝系统中,ACPR/ACLR是主要影响网络性能的指标);又因为发射机对EVM的恶化主要因为非线性引起(譬如PA的AM-AM失真),所以EVM通常作为衡量发射机线性性能的标志。
7.1、EVM与ACPR/ACLR的关系
很难定义EVM与ACPR/ACLR的定量关系,从放大器的非线性来看,EVM与ACPR/ACLR应该是正相关的:放大器的AM-AM、AM-PM失真会扩大EVM,同时也是ACPR/ACLR的主要来源。
但是EVM与ACPR/ACLR并不总是正相关,我们这里可以找到一个很典型的例子:数字中频中常用的Clipping,即削峰。Clipping是削减发射信号的峰均比(PAR),峰值功率降低有助于降低通过PA之后的ACPR/ACLR;但是Clipping同时会损害EVM,因为无论是限幅(加窗)还是用滤波器方法,都会对信号波形产生损伤,因而增大EVM。
7.2、PAR的源流
PAR(信号峰均比)通常用CCDF这样一个统计函数来表示,其曲线表示的是信号的功率(幅度)值和其对应的出现概率。譬如某个信号的平均功率是10dBm,它出现超过15dBm功率的统计概率是0.01%,我们可以认为它的PAR是5dB。
PAR是现代通信系统中发射机频谱再生(诸如ACLP/ACPR/Modulation Spectrum)的重要影响因素。峰值功率会将放大器推入非线性区从而产生失真,往往峰值功率越高、非线性越强。
在GSM时代,因为GMSK调制的衡包络特性,所以PAR=0,我们在设计GSM功放的时候经常把它推到P1dB,以得到最大限度的效率。引入EDGE之后,8PSK调制不再是衡包络,因此我们往往将功放的平均输出功率推到P1dB以下3dB左右,因为8PSK信号的PAR是3.21dB。
UMTS时代,无论WCDMA还是CDMA,峰均比都比EDGE大得多。原因是码分多址系统中信号的相关性:当多个码道的信号在时域上叠加时,可能出现相位相同的情况,此时功率就会呈现峰值。
LTE的峰均比则是源自RB的突发性。OFDM调制是基于将多用户/多业务数据在时域上和频域上都分块的原理,这样就可能在某一“时间块”上出现大功率。LTE上行发射用SC-FDMA,先用DFT将时域信号扩展到频域上,等于“平滑”掉了时域上的突发性,从而降低了PAR。
8、干扰指标汇总
这里的“干扰指标”,指的是出了接收机静态灵敏度之外,各种施加干扰下的灵敏度测试。实际上研究这些测试项的由来是很有意思的。
我们常见的干扰指标,包括Blocking,Desense,Channel Selectivity等。