設(shè)備日益增長的EVM要求

Wi-Fi7為了達(dá)到極高的吞吐量，離不開更大的帶寬，更高階的調(diào)制方式，當(dāng)然還有編碼率，單位符號時間，或者改變另一個維度，更多的空間流，也就是MIMO方案。帶寬屬于有限的可分配資源，為了提高效率我們上文已經(jīng)介紹過了MRU和頻譜打孔技術(shù)，天線數(shù)量在終端里也不可能無限制增加，那么調(diào)制方案的提升就給我們帶來了另一層面的挑戰(zhàn)。例如802.11ac的256QAM提升到802.11be的4096QAM，我們就會發(fā)現(xiàn)星座點(diǎn)會如此接近，即使是微小的誤差也可能導(dǎo)致相鄰星座點(diǎn)的混淆，這就意味著需要一種完美的射頻鏈路來實現(xiàn)-38dB的EVM，并且要能夠支持3個頻段，這無疑對射頻設(shè)計與測試方面都是一個巨大的挑戰(zhàn)。

為了確保在實際應(yīng)用中有足夠的性能余量，儀器通常需要實現(xiàn)比標(biāo)準(zhǔn)要求更低的EVM，往往4096QAM調(diào)制的殘余EVM需要達(dá)到-48dB或更低，以降低測量不確定度并應(yīng)對實際操作中的各種不確定因素，如溫度變化，硬件老化等。極致的EVM性能對于實現(xiàn)高效穩(wěn)定和可靠的通信系統(tǒng)中至關(guān)重要，特別是在采用高階調(diào)制的Wi-Fi7通信系統(tǒng)中。

優(yōu)化的EVM測試方法

先回答大家最普遍關(guān)心的一個問題，極致的EVM指標(biāo)是多少？

SMW和FSW直連的性能，6 GHz的802.11be信號，320MHz帶寬，4096QAM調(diào)制方式，我們直接上圖：

圖2 Wi-Fi7信號EVM測試結(jié)果

低于-50dB，這是一個比較理想的數(shù)值，但是想要達(dá)到極致的EVM指標(biāo)，我們必須對測試與測量的設(shè)備進(jìn)行一些設(shè)置，至少讓儀器可以展現(xiàn)出足夠的動態(tài)范圍性能，當(dāng)然也要考慮到對EVM性能測量產(chǎn)生影響的不同情況。

首先要考慮到EVM的影響因素是信號的頻率響應(yīng)，假設(shè)SMW的IQ調(diào)制器每次生成信號都在沒有任何偏移情況下工作，如果每次設(shè)置都要注意操作就比較繁瑣了，這時進(jìn)入信號發(fā)生器的設(shè)置已經(jīng)實現(xiàn)了一個名為優(yōu)化EVM的功能，可以更簡便地優(yōu)化操作步驟，激活以后可以看到一個EVM提升的指示。

圖3 信號源EVM優(yōu)化功能

另外一個很重要的影響因素，就是如何能運(yùn)用信號分析儀的最佳動態(tài)范圍，調(diào)整到合適的參考與測量電平。很多朋友都習(xí)慣采用FSW的Auto Level功能，這個功能確實可以根據(jù)輸入信號的平均強(qiáng)度自動調(diào)整分析儀內(nèi)部的衰減與參考電平。但我們這里要談?wù)摰氖切盘柕牟ǚ逑禂?shù)，也就是峰均比，對于一個Wi-Fi的寬帶信號來說，帶寬和調(diào)制階數(shù)決定了波峰系數(shù)。如果調(diào)平信號波峰系數(shù)低，這意味著仍然有提高參考電平的余地來使用信號分析儀ADC完整的動態(tài)范圍，如果調(diào)平信號波峰系數(shù)高，我們必須注意峰值功率，以免信號分析儀任何輸入階段的過載，并由足夠的余量超過ADC的噪聲流。因此，如果比較信號質(zhì)量，我們必須考慮波峰系數(shù)，這會對EVM造成較大的影響，過高過低都會導(dǎo)致測量結(jié)果變大。

讓我們回到儀器上來優(yōu)化這個問題，在信號源的基帶模塊里（配備K147選件）具有削峰的設(shè)置，802.11be的前導(dǎo)碼部分會造成較大的峰均比，這個時候最好的辦法就是把前導(dǎo)碼部分的信號和數(shù)據(jù)信號的電平調(diào)平，也可以通過Clip signal Fields to Payload Max Peak這個簡易的開關(guān)來激活，SMW的功率欄也可以看到打開削峰后，峰值功率在降低。這有利于我們更有效地使用信號分析儀的動態(tài)范圍，而因為削峰的是前導(dǎo)碼序列部分，不影響原本的信號質(zhì)量。

圖4 信號源基帶前導(dǎo)碼削峰

（圖5-1前導(dǎo)碼削峰前?）

（圖5-2前導(dǎo)碼削峰后?）

圖5-1、5-2 削峰后的峰值功率變化

信道估計

很多朋友都會問我們，“我在進(jìn)行Wi-Fi信號解調(diào)的時候，發(fā)現(xiàn)這個信道估計里面有很多選項，打開某個開關(guān)后會讓我測試到的EVM好幾個dB，我要不要打開？這是否是真實的EVM測試值？” 。今天我們就帶大家把這些信道估計的功能屢一遍，有助于增強(qiáng)大家對FSW WLAN選件中信道估計多個功能的印象。

首先，我們需要知道信道估計是在Wi-Fi信號解調(diào)中用于獲取無線信道特性的過程，它幫助接收端準(zhǔn)確恢復(fù)發(fā)送的信號。信道估計的目的是消除多徑效應(yīng)和信道衰落的影響，提高通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸效率。

我們先來看看信道估計的設(shè)置界面，并給出協(xié)議上規(guī)定的設(shè)備測試要求，以及如何能達(dá)到最優(yōu)的EVM設(shè)置。

圖6 FSW信道估計界面

圖7 信道估計的推薦配置

最先的是信道估計范圍，有效載荷和前導(dǎo)碼之間存在不同，前導(dǎo)碼意味著信道估計只能在信號的短部分完成，而有效載荷可以在整個部分或者整個信號上進(jìn)行，這樣可以得到更好的EVM性能結(jié)果。默認(rèn)選項是前導(dǎo)碼估計，這是協(xié)議對自身產(chǎn)生信號和調(diào)制器設(shè)備測量的標(biāo)準(zhǔn)，如果是驗證一個放大鏈路的EVM效果，當(dāng)然可以采用有效載荷估計。

802.11標(biāo)準(zhǔn)允許設(shè)備EVM測試時在每個子載波上評估復(fù)雜信道的響應(yīng)系數(shù)，信道評估是在頻域進(jìn)行的，主要取決于前導(dǎo)碼序列中的長訓(xùn)練序列符號（Long Training Field，LTF），并且通過插值的方法得到缺失的子載波用于估計。

802.11be的物理層提供兩種符號長度的LTF序列，6.4μs（2*LTF）和12.8μs（4*LTF），我們可以在SMW200A內(nèi)部的WLAN選件中配置得到，而在FSW解調(diào)時會自動檢測LTF的周期。通過在多個重復(fù)的LTF周期內(nèi)做測量和平均可以在具有較長LTF序列的信號中得到更好的均衡訓(xùn)練結(jié)果。

信道估計插值的設(shè)置只在802.11ax和802.11be中有效，它對信道提供了濾波，它一方面可以降低信號噪聲，一方面可以降低信號缺失部分插值帶來的未使用子載波的影響，我們一般稱之為未使用子載波誤差（Unused Tone Error）。因此，我們通過信道估計得到了均衡功能的平滑測試結(jié)果。

然后，我們在這里也可以做相位時間幅度的追蹤，這些和IQ失配補(bǔ)償相結(jié)合，就是另一個層面的EVM優(yōu)化了。這里相位和時間追蹤是根據(jù)協(xié)議要求默認(rèn)打開的，但幅度的追蹤只在11ax里打開來補(bǔ)償幅度漂移，11be里暫時不使用。

IQ失配補(bǔ)償現(xiàn)在可以在每個子載波上的基礎(chǔ)上進(jìn)行，假設(shè)每個子載波上都有獨(dú)立的噪聲，做一些平均可以降低頻率響應(yīng)計算的噪聲。但是如果在整個頻段上做平均，如果實際信號的平坦度較為粗糙，在每個子載波上的功率不盡相同，選擇Average Subcarrier反而有可能惡化實際的EVM值，這個時候需要采用per Subcarrier來進(jìn)行平均可以達(dá)到更好的效果。

圖8 IQ失配補(bǔ)償設(shè)置

這個時候我們可以通過把FSW解調(diào)界面Display-Result Summary Detailed的功能拖出來，觀察此時打開和關(guān)閉IQ失配補(bǔ)償帶來的效果，包含I/Q偏移，增益不平衡，I/Q正交偏移以及I/Q之間的時延差。如果你采用的是SMW200A信號發(fā)生器作為數(shù)據(jù)源的話，你還可以在源端進(jìn)行修正與補(bǔ)償，具體到每個偏移量找到設(shè)備鏈路上帶來EVM惡化的因素，非常適合研發(fā)工程師。

圖9 IQ適配補(bǔ)償參數(shù)

IQ噪聲抵消選件

我們都知道，影響信號與頻譜分析儀的殘余EVM指標(biāo)的因素有：

相位噪聲，可以通過采用高質(zhì)量的本振給高端的信號分析儀如FSW帶來可靠的EVM測試結(jié)果；

頻率響應(yīng)，可以通過儀器內(nèi)部均衡器的補(bǔ)償達(dá)到一個應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)；

非線性，可以通過調(diào)整充分衰減來降低影響；

寬帶噪聲，由儀器本身的噪聲系數(shù)決定，包含熱噪聲和各個射頻器件的噪聲貢獻(xiàn)，并且對于更寬的信號有提升。

當(dāng)然對于寬帶噪聲的影響，還有一種方法，就是R&S公司推出的IQ噪聲抵消（IQ Noise Cancellation，IQNC）選件FSW-K575，它從算法的角度上集成在儀器固件中，通過在接收端進(jìn)行處理，消除IQ不平衡和噪聲干擾。原理是將接收到的信號噪聲多次測量并進(jìn)行比較，將接收機(jī)功率測量和輸入端口負(fù)載情況比較就可以得到接收機(jī)內(nèi)部的噪聲，多次測量取平均去和參考信號比較可以估計出一個接近理想的無噪聲信號，將多次的測量結(jié)果和這個平均值做修正運(yùn)算就可以得到信號外部引入的噪聲。這個噪聲的減除是在源IQ數(shù)據(jù)上完成的，純算法的方式就可以達(dá)到3-4個dB的EVM優(yōu)化，當(dāng)然這個測量結(jié)果的提升是犧牲一定測量時間換取的。我們還是以4.2.1章節(jié)中我們舉例的那個Wi-Fi7頻率6 GHz，320MHz帶寬，4096QAM調(diào)制方式的信號來看，打開20次平均后的EVM就可以達(dá)到-54dB，這個提升在一些具有外部嘈雜噪聲的OTA環(huán)境或者路徑損耗較大的測試場景中有很大的應(yīng)用價值。

圖10 802.11be做IQNC20次平均后的測量結(jié)果

因為現(xiàn)在Wi-Fi7的研發(fā)對于EVM的要求越來越高，尤其是一些做WLAN芯片的廠家，需要給后面的射頻鏈路留足夠的余量，肯定希望儀器方面能夠摒棄一切噪聲帶來的干擾，提升測試的動態(tài)范圍，那么IQ噪聲抵消選件帶來的效果是顯著的。比如對于頻率6.9GHz，320MHz帶寬，MCS13的調(diào)制方式的輸入802.11be信號，在不同輸入功率電平下的噪聲分布曲線，以及IQNC帶來的EVM提升效果見下圖：

圖11 IQ噪聲抵消帶來的EVM提升

Wi-Fi7的到來不僅預(yù)示著無線通信技術(shù)的一次重大飛躍，也為射頻設(shè)計和測試領(lǐng)域帶來了新的挑戰(zhàn)。帶寬和高階調(diào)制對射頻前端設(shè)計提出了更高的要求，設(shè)計師需要面對信號完整性，功耗，線性度和熱管理等一系列復(fù)雜的問題。R&S公司憑借其身后的技術(shù)積累和創(chuàng)新能力，將繼續(xù)為推動Wi-Fi7技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用貢獻(xiàn)力量。

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