基于星座圖的信號(hào)質(zhì)量評(píng)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(hào)質(zhì)量差是由于啥原因產(chǎn)生的么？

想的話，就請(qǐng)往下看。

星座圖上的點(diǎn)，分別代表載波的幅度和相位。

星座圖，顯示了每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，是由點(diǎn)組成的。矢量圖，顯示了點(diǎn)到點(diǎn)的路徑，是由線組成的。

矢量圖的一個(gè)重要應(yīng)用，就是區(qū)分不同的調(diào)制變體。

如下圖所示，左邊為標(biāo)準(zhǔn)的QPSK調(diào)制方式，右邊為偏移QPSK調(diào)制方式。

但是，在大多數(shù)情況下，星座圖對(duì)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(gè)部分，即發(fā)射機(jī)，接收機(jī)和傳播路徑。

EVM或者SNR雖然能夠告訴我們調(diào)制信號(hào)質(zhì)量的好壞，但他們就是一個(gè)簡(jiǎn)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(shè)置問題。

首先看幅度影響。

假設(shè)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(hào)電平比較高的情況，也就是說，在輸入電平比較高的時(shí)候，獲得的增益，要比低輸入電平的時(shí)候小。

而在星座圖中，測(cè)量點(diǎn)到原點(diǎn)的距離，就代表信號(hào)的幅度。所以距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)的點(diǎn)，信號(hào)的幅度就越大。

如下圖所示，四個(gè)角落上的點(diǎn)，離原點(diǎn)最遠(yuǎn)，具有最高的幅度。

所以，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入壓縮狀態(tài)時(shí)，他們獲得的增益，就要比里面的那些點(diǎn)要小，所以這四個(gè)點(diǎn)會(huì)被往原點(diǎn)推。

這會(huì)導(dǎo)致，這些點(diǎn)與星座上的其他點(diǎn)距離拉進(jìn)，導(dǎo)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(dāng)信號(hào)幅度低的時(shí)候，噪聲會(huì)使得SNR變低。當(dāng)然，信號(hào)幅度高的時(shí)候，噪聲也會(huì)使SNR變低，但是幅度高的時(shí)候，SNR本來就很好，所以無所謂。

低SNR的時(shí)候，在星座圖中，測(cè)量點(diǎn)在理想點(diǎn)的周圍擴(kuò)散開來。

而且，SNR下降的越多，擴(kuò)散的越厲害。

如果噪聲是寬帶的或不相關(guān)的，則星座點(diǎn)將或多或少地隨機(jī)分布在理想點(diǎn)周圍，從而導(dǎo)致星座圖類似于下圖所示。

帶內(nèi)雜散也會(huì)在星座圖中反應(yīng)出來。

帶內(nèi)雜散，是指落在調(diào)制信號(hào)帶寬內(nèi)的窄帶干擾或者雜散。

在星座圖中，這些雜散通常會(huì)使得測(cè)試點(diǎn)在理想點(diǎn)周圍圍成一個(gè)圈，如下圖所示。雜散信號(hào)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(shí)別出來的。

QAM和APSK調(diào)制信號(hào)，部分通過使用相位變化來傳遞信息，因此信號(hào)相位的隨機(jī)波動(dòng)可能導(dǎo)致接收端解調(diào)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(diǎn)，繞著原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，在理想點(diǎn)附近，形成一個(gè)弧形。而且相位噪聲越差，弧形就越長(zhǎng)。

再看I/Q不平衡。

I/Q調(diào)制或解調(diào)器的不理想性，是EVM 變差的另一個(gè)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(hào)，通常使用I/Q調(diào)制產(chǎn)生的，如下圖所示。在I/Q調(diào)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(diào)制矢量信號(hào)。

接收端是上述過程的逆過程。

所以，如果I/Q調(diào)制或解調(diào)器不完美的話，會(huì)導(dǎo)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(yīng)該具有相同的增益，此時(shí)，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(huì)從方形會(huì)被拉伸，變成矩形。

而且，這個(gè)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(yán)重。

如下圖所示，藍(lán)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(shí)候也被稱為正交偏移，當(dāng)I路和Q路相位不是完美的90度時(shí)，就會(huì)發(fā)生。

大多數(shù)理想的QAM星座圖中的符號(hào)，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(huì)導(dǎo)致星座圖變斜。當(dāng)偏離90度越大，星座圖傾斜的就越嚴(yán)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(diǎn)點(diǎn)頭？

審核編輯：湯梓紅