802.11/a/b/g /nWLAN發(fā)射機的性能會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。在當(dāng)今WLAN產(chǎn)品市場空間擁擠、利潤微薄的情況下,提高質(zhì)量無疑會使產(chǎn)品更具特色并增加其銷售量,還能減少退貨并提高生產(chǎn)效益以及收益率。但是,發(fā)射機的性能很容易受到RF部分的設(shè)計選擇、電路板布局及其實現(xiàn)方式、元件的變化及更替等因素的影響,并且會由于802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)所要求的調(diào)制類型和頻帶的不同而變得更加復(fù)雜。
導(dǎo)致Wi-Fi產(chǎn)品射頻電路EVM降低的一般原因
具有頻譜分析儀、向量信號分析儀(VSA)及功率表(帶信號分析軟件,如LitePoint的IQview 802.11a/b/gWLAN 測量方法及其相關(guān)的IQsignal軟件包)能力的測試儀是分析大多數(shù)WLAN發(fā)射機問題的必備工具。利用頻譜分析儀與功率表能力可以測量頻率偏差、瞬態(tài)信號、相位噪聲、同帶信號傳輸功率、相鄰信道功率及其它參數(shù),而VSA能力則可以將特定的信號解調(diào)成正交分量,因此可將復(fù)雜的信號顯示為具有幅度和相位特性的向量或者顯示其完整的信號星座圖。信號分析軟件可隨之簡化測量過程并同時提供性能測試的統(tǒng)計評估結(jié)果。
利用這些工具,可以在調(diào)制域、時域及頻域進行測量,在設(shè)計過程與生產(chǎn)期間評估發(fā)射機性能并查找其故障。此外,由于允許測量一個簡單方便的品質(zhì)因數(shù)——誤差向量幅度(EVM),將表征發(fā)射RF信號的許多參數(shù)簡化為單一參數(shù),因此這些工具簡化了802.11a/b/g所需的復(fù)雜波形分析。在生產(chǎn)線測試中,EVM可作為合格與否的標(biāo)尺以簡化發(fā)射機的質(zhì)量保證并提高測試吞吐量,而在設(shè)計過程中,EVM則是一個很有價值的總體信號質(zhì)量指標(biāo)。

誤差向量幅度
誤差向量幅度是測量調(diào)制精度與發(fā)射機性能的一個直接測量指標(biāo)。從質(zhì)量上講,EVM反映了誤差向量,它定義為信號星座圖中測量信號與理想無差錯點之間的差別。測量信號在幅度和相位方面均不同于理想信號。完全確定不變的信號惡化只是使信號偏離了其理想點。但在存在碼間串?dāng)_和噪聲的情況下,重復(fù)測量結(jié)果明顯地顯示出測量信號圍繞理想信號進行隨機變化,這種隨機變化現(xiàn)象定義為圍繞理想信號星座圖點的“誤差云”。
802.11/a/b/g標(biāo)準(zhǔn)采用EVM來描述發(fā)射機的總調(diào)制精度,并給出如何測量802.11b和802.11g的直接序列擴頻信號以及802.11a/g的OFDM信號EVM的綜合方法。比如,802.11a/g標(biāo)準(zhǔn)采用BPSK、QPSK、16-QAM及64-QAMOFDM信號。該標(biāo)準(zhǔn)通過在構(gòu)成符號的所有OFDM數(shù)據(jù)副載波(subcarrier)中以及構(gòu)成幀的所有OFDM符號(每幀最少有16個符號)中進行信號抽樣,然后用信號星座圖點的平均功率進行歸一化,并求出至少20幀的平均值來定義這些信號的EVM。這樣就可以確定各特定802.11a/b/g模式的單一EVM值。
對于采用低階調(diào)制類型的802.11b 來說,標(biāo)準(zhǔn)允許相對較高的EVM值,而對于采用高階調(diào)制類型的802.11a/g來說,則規(guī)定了更嚴(yán)格的(較低的)EVM值。標(biāo)準(zhǔn)也對不同的調(diào)制技術(shù)規(guī)定了不同的EVM計算方法——對于802.11b/g的相對低數(shù)據(jù)速率直接序列擴頻信號,按峰值計算EVM,而對于802.11a/g的高數(shù)據(jù)速率OFDM信號,則計算多載波與多符號的EVM平均值。從直觀上講,發(fā)射的EVM必須足夠小,以使失真信號不能靠近星座圖的判定邊界,特別是在存在加性噪聲以及有其它信道和接收機影響的情況下。高數(shù)據(jù)速率的802.11a/g采用高階調(diào)制技術(shù),因此更容易受到發(fā)射信號減損的影響——給定的EVM值對16-QAM或64-QAM信號的影響程度將超過QPSK或CCK信號,因為它們的判決區(qū)域更小。

典型的發(fā)射機減損
在大多數(shù)802.11a/b/g的應(yīng)用中,WLAN基帶處理器都會對信號進行調(diào)制,在片內(nèi)或片外的D/A轉(zhuǎn)換之后,提供I(同相)與Q(正交)的模擬輸出信號,由隨后的RF部分進行上變頻。WLAN基帶處理器的操作通常不是造成發(fā)射信號減損的根源,減損主要是由于經(jīng)PCB設(shè)備和RF電路的信號通道的模擬變化造成的。元件變化、PCB印刷線路布局缺陷、晶體振蕩器與頻率合成器的不穩(wěn)定性、功率放大器的失真以及寄生信號的存在都會促使發(fā)射信號的惡化。
EVM能表達多數(shù)不同的信號失真效應(yīng)。較差的EVM測量結(jié)果本身就說明了問題,特別是在與其它參數(shù)的測量結(jié)果組合使用時,可有助于確定下述發(fā)射信號減損：I/Q失衡(幅度、相位、群延遲);相位噪聲;寄生信號與瞬態(tài)效應(yīng);信號壓縮效應(yīng)。

I/Q失衡
I 與Q之間的失衡或失配會直接影響調(diào)制精度。沿PCB印刷線路上的I與Q信號通道產(chǎn)生的寄生電容與寄生電感的差異會導(dǎo)致I/Q失衡,就像元件變化甚至基帶與RF IC設(shè)計變更造成的I/Q失衡那樣。
由于幅度與相位失衡,星座圖會有些失真與模糊不清,而不是一些清晰定義的點。在本例中,I/Q失衡的影響導(dǎo)致了大約-30dB的EVM值,而該值正好與單獨測量的每個副載波的EVM值基本相同。由于調(diào)制導(dǎo)頻信號的數(shù)據(jù)之間存在固定的關(guān)系,因此其星座點看起來比數(shù)據(jù)星座點更清晰,并且提供一種定性評估I/Q失衡影響的簡單方法。I/Q幅度失配使導(dǎo)頻信號大都散布在I軸,而I/Q相位失配則使導(dǎo)頻信號大都散布在Q軸 。
除了幅度與相位失衡之外,I與Q信號之間不同的群延遲會對調(diào)制精度帶來不良影響。這種失衡通常與基帶I與Q信號的PCB布局以及不同的印刷線路長度有關(guān)。星座圖點將再次顯示出失真,但群延遲差異的影響取決于頻率,對每個OFDM副載波的影響也不同。