什么是EVM？

EVM是 Error Vector Magnitude 的縮寫，中文意思就是誤差矢量幅度。

從字面意思我們可以理解為在一個給定時刻理想無誤差基準信號與實際發(fā)射信號的向量差，而這個向量差能全面衡量調(diào)制信號的幅度誤差和相位誤差。

EVM能夠直接表示無線系統(tǒng)信號的質(zhì)量，所以EVM在這個在數(shù)字調(diào)制里面非常有用。在現(xiàn)在的各種無線系統(tǒng)里面，EVM都是一個非常重要的指標。

星座圖可以比較直觀的表示數(shù)字調(diào)制的意義，下圖是一個比較常見的16-QAM的星座圖，該圖在xy平面中以散點圖的形式顯示信號，從水平軸逆時針測量的點的角度表示載波相對于參考相位的相移，點到原點的距離表示信號的幅度或功率的度量。

16-QAM 星座圖

在一個理想的射頻系統(tǒng)中，由發(fā)射器發(fā)射的信號處于理想位置，但是在實際中，由于射頻系統(tǒng)的各種缺陷，比如相位噪聲、低鏡像抑制比、載波泄漏等等等等，導致信號的位置發(fā)生變化，偏離了理想位置。實際信號與理想信號的偏差就是誤差向量。

EVM圖示

歸一化到峰值信號幅度的誤差矢量的平均幅度是“誤差矢量幅度”。因此，理想/參考相量與實際生成/接收的相量的位置之間的差是EVM。

如果把單個碼元拎出來看它的EVM的話，下面這幅圖更容易理解。

所以呢，EVM這個指標就可以用下面公式進行計算。通常用dB格式或者百分比格式來表示EVM。

（1） dB 形式

（2）百分比形式

公式好簡單啊，初中生的數(shù)學水平就可以了。

所以呢，從定義上來說EVM并不難，通過實際信號與理想信號的矢量運算就出來了。

EVM能夠表示整個通信系統(tǒng)信號質(zhì)量的優(yōu)劣，所以針對不同的通信系統(tǒng)，有不同的EVM的要求。

IEEE給出了802.11WLAN的最大能夠允許的EVM標準，基于不同的調(diào)制方式和通信速率的要求，EVM的要求也不同，如下表所示，通常調(diào)制系數(shù)越高，所要求的EVM也就越嚴格。

802.11 給出的EVM的計算公式如下：

對于5G通信系統(tǒng)針對不同的頻段，EVM的要求也不同：在sub-6G，EVM的要求一般要小于0.5%，也就是-46dB，在毫米波頻段，EVM小于0.75%（-42.6dB）。

在ETSI的標準中，定義了BS type 1-C 和 BS type 1-H 最小允許EVM標準。

同時也給出了關于EVM測量點和更詳細的計算公式。

影響EVM的因素

EVM表示了通信系統(tǒng)調(diào)制質(zhì)量的好壞，所以幾乎所有的系統(tǒng)誤差都會影響EVM，所以呢，一旦EVM惡化，需要從很多方面去排查，有時候是很多個影響因素綜合到一起的結果。但是對于設計人員來說，最好的辦法是逐一排查，找出木桶的最短板，依次修正。

通常系統(tǒng)噪聲，相位噪聲，非線性失真都是影響EVM的罪魁禍首。

白噪聲對EVM的影響

白噪聲存在于所有的通信系統(tǒng)中，如果只考慮白噪聲的影響的話，EVM的計算公式可以簡化為：

SNR：Signal to Noise Ratio 信噪比（dB）

PAPR：peak-to-average power ratio信號的峰均比 （dB）

對于高速轉換器，無論是高速DAC或者高速ADC，白噪聲引起的EVM公式可以表示為：

NSD是噪聲普密度，單位是dBFS/Hz；BW是信號帶寬，單位是Hz；PAPR是調(diào)制信號的峰均比；Pbackoff是信號峰值功率與轉換器滿量程范圍之間的差異。

（注意公式最后的+3，單音信號的PARA是3dB，如果波形具有任意的峰均比PARA，則需要從SNR中減去3.）

從上面公式可以看出，白噪聲產(chǎn)生的EVM和信號的信噪比SNR以及調(diào)制信號的峰均比PAPR直接相關，信噪比越差， EVM越差；峰均比越高，EVM越差。

相位噪聲對EVM的影響

相位噪聲，是指系統(tǒng)在各種噪聲的影響下，系統(tǒng)輸出信號相位的隨機變化。所有的非線性器件都會引入相位噪聲，影響比較大的包括系統(tǒng)的本振LO，參考時鐘和采樣時鐘等。

系統(tǒng)的相位噪聲會直接影響系統(tǒng)的EVM。在整個帶寬內(nèi)對相位噪聲求積分，可計算出系統(tǒng)相位噪聲引起的EVM。

對于大多數(shù)采用正交頻域調(diào)制(OFDM)的現(xiàn)代通信標準，應從大約10%的副載波間隔開始對相位噪聲求積分，直至達到總信號帶寬。

式中，L為單邊帶相位噪聲密度，fsc為副載波間隔，BW為信號帶寬。

非線性對EVM的影響

系統(tǒng)級非線性會導致可能處于信號帶寬范圍內(nèi)的交調(diào)產(chǎn)物。這些交調(diào)產(chǎn)物可與副載波重疊，影響它們的幅度和相位。

非線性對EVM的影響可通過下面公式計算。

其中，Prms為信號的均方根平均值，而C為一個常數(shù)（范圍介于0 dB至3 dB之間，具體取決于調(diào)制方案）。如上式所示，EVM隨著系統(tǒng)的OIP3的升高而降低。這與預期相符，因為OIP3越高，通常意味著系統(tǒng)更具線性。此外，隨著信號均方根功率的降低，EVM隨著非線性產(chǎn)物功率的降低而降低。

下圖給出了相位噪聲與信號矢量調(diào)制誤差(EVM)的關系圖。

為了更好評估各個因素對EVM的影響，設計人員做了下面這個EVM Bathtub 曲線 。下圖是基于工作功率水平的系統(tǒng)典型EVM浴盆曲線。

在低工作功率水平下，EVM性能主要由系統(tǒng)的噪聲性能決定；在高工作功率水平下，系統(tǒng)的非線性會影響EVM；系統(tǒng)的最低EVM水平通常根據(jù)所有誤差源（包括相位噪聲）的組合來定義。

今天先學到這里，有人說射頻設計是一個玄學，這里面的很多因素互相影響，很難從一個因素的優(yōu)劣去評估對系統(tǒng)的影響，找到一個平衡的方案也許才是解決問題的方式。

調(diào)試是一個抽絲剝繭的過程，一層一層撥開，問題的根本原因就找出來了。最好在撥的過程中，把理論再梳理一遍，往往和理論不相符的地方，就是問題所在，事出有因必有妖。

審核編輯：劉清