基于星座圖的信號質量評估方法

你想不想，從頻譜儀上顯示的星座圖，就能輕輕松松低分析出，信號質量差是由于啥原因產生的么？

想的話，就請往下看。

星座圖上的點，分別代表載波的幅度和相位。

星座圖，顯示了每個符號對應的點，是由點組成的。矢量圖，顯示了點到點的路徑，是由線組成的。

矢量圖的一個重要應用，就是區(qū)分不同的調制變體。

如下圖所示，左邊為標準的QPSK調制方式，右邊為偏移QPSK調制方式。

但是，在大多數(shù)情況下，星座圖對于我們debug EVM惡化的來源，更有幫助。

數(shù)字通信系統(tǒng)中，主打三個部分，即發(fā)射機，接收機和傳播路徑。

EVM或者SNR雖然能夠告訴我們調制信號質量的好壞，但他們就是一個簡單的數(shù)字。沒法告訴我們EVM惡化的原因。

但是星座圖可以。

造成EVM惡化的原因，主要分為四大類，包括：幅度影響，相位影響，I/Q不平衡，還有設置問題。

首先看幅度影響。

假設系統(tǒng)發(fā)生壓縮。

QAM和APSK使用不同的離散幅度電平來傳輸信息。最常見的幅度問題，就是非線性，即器件發(fā)生壓縮。

而壓縮現(xiàn)象，一般是發(fā)生在輸入信號電平比較高的情況，也就是說，在輸入電平比較高的時候，獲得的增益，要比低輸入電平的時候小。

而在星座圖中，測量點到原點的距離，就代表信號的幅度。所以距離原點越遠的點，信號的幅度就越大。

如下圖所示，四個角落上的點，離原點最遠，具有最高的幅度。

所以，當系統(tǒng)進入壓縮狀態(tài)時，他們獲得的增益，就要比里面的那些點要小，所以這四個點會被往原點推。

這會導致，這些點與星座上的其他點距離拉進，導致EVM惡化，誤判概率上升。

噪聲是數(shù)字通信系統(tǒng)中另外一種形式的幅度失真。

當信號幅度低的時候，噪聲會使得SNR變低。當然，信號幅度高的時候，噪聲也會使SNR變低，但是幅度高的時候，SNR本來就很好，所以無所謂。

低SNR的時候，在星座圖中，測量點在理想點的周圍擴散開來。

而且，SNR下降的越多，擴散的越厲害。

如果噪聲是寬帶的或不相關的，則星座點將或多或少地隨機分布在理想點周圍，從而導致星座圖類似于下圖所示。

帶內雜散也會在星座圖中反應出來。

帶內雜散，是指落在調制信號帶寬內的窄帶干擾或者雜散。

在星座圖中，這些雜散通常會使得測試點在理想點周圍圍成一個圈，如下圖所示。雜散信號的幅度越大，圈的半徑也越大。

再看相位影響。

相位噪聲，在星座圖中是很容被識別出來的。

QAM和APSK調制信號，部分通過使用相位變化來傳遞信息，因此信號相位的隨機波動可能導致接收端解調不正確，使得EVM惡化。

如下圖所示，相位的變化，使得星座圖上的點，繞著原點旋轉，在理想點附近，形成一個弧形。而且相位噪聲越差，弧形就越長。

再看I/Q不平衡。

I/Q調制或解調器的不理想性，是EVM 變差的另一個常見原因。

星座圖中的X軸和Y軸，分別代表I路和Q路的幅度。

射頻矢量信號，通常使用I/Q調制產生的，如下圖所示。在I/Q調制器中，同相通道和正交通道都與LO混頻。在Q通路中，LO的相位需要精確偏移90度。這些I和Q部件，然后相加，得到調制矢量信號。

接收端是上述過程的逆過程。

所以，如果I/Q調制或解調器不完美的話，會導致星座圖的形狀失真，使得EVM惡化。

先說 I/Q 增益不平衡。

理想情況下，I路和Q路應該具有相同的增益，此時，大多數(shù)QAM星座圖為方形。

如果I/Q增益不平衡發(fā)生的話，星座圖會從方形會被拉伸，變成矩形。

而且，這個拉伸的程度，與增益不平衡的程度成正比，相差的越多，拉伸就越嚴重。

如下圖所示，藍色曲線是理想的星座圖，橙色曲線是由于Q路增益比I路增益高而拉伸后的星座圖。

還有I/Q正交誤差。

正交誤差，有時候也被稱為正交偏移，當I路和Q路相位不是完美的90度時，就會發(fā)生。

大多數(shù)理想的QAM星座圖中的符號，都是以正方形的形狀安排的，星座圖的平行邊和垂直邊是垂直的。

正交誤差，會導致星座圖變斜。當偏離90度越大，星座圖傾斜的就越嚴重，EVM惡化更多，誤判概率就越大，如下圖所示。

怎么樣，看到這，是不是忍不住點點頭？

審核編輯：湯梓紅