Wimax系统三阶交调失真对EVM影响的评估

刘永辉，王 芳，黄莎莎，吴晨光

(①河南省电力通信自动化公司，河南 郑州 450052；②中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；③河南省电力公司，河南 郑州 450052)

0 引言

IEEE802.16e中规定了发射机要求，包括发射功率控制、发射机频谱平坦度、发射机星座误差、发射频谱模板（对于许可频段的工作）等。但是对于射频链路设计各个部分的具体指标并未做要求，这里通过仿真给出了三阶交调失真(IM3,Third-order Intermodulation)与误差矢量幅度(EVM, Error Vector Magnitude)之间的对应关系，从而使射频工程师在设计链路时对射频参数对系统性能的影响有定量的概念[1-3]。

1 三阶交调失真

射频功率放大器的非线性失真会使其产生新的频率分量，对于三阶失真会产生三次谐波和多音拍频。这些新的频率分量如落在通带内，将会对发射的信号造成直接干扰，如果落在通带外将会干扰其他频道的信号。三阶交调(IP3,Third-order Intercept Point)可用式（1）来表示：

POUT(dBM)为单音信号的功率，IP3(dBM)为三阶交调截断点,IM3为POUT与PIMD之差值即三阶交调失真，图 1给出了详细描述。

图1 等幅双音信号及其三阶分量关系

在测试单个器件（或系统）的IP3时，均是在信号输入端馈入两个频差为ω2-ω1的双音信号，然后根据图1所示，分别测出 P2（或 P1）（注：图中给出的是幅值 A1=A2，其量纲为电压，频谱仪实测值 P1、P2、M1、M2的量纲为功率，其归一化关系分别为IM3=P1−M1（或 P2−M2）ADS中放大器模型中有一个可调整参数三阶交调节点(IP3 TOI，Third-order Intercept）值，仿真时根据公式（1）调整IP3得到期望的IM3[4]。

2 EVM计算方法

EVM 是指测量波形与理想调制波形之间的矢量差，参见图2。EVM定义为平均误差矢量信号功率和平均参考信号功率之比的均方根，用“%”来表示。

图2 EVM说明

定义了两种EVM的计算，如式（2）：其中N是1帧信号解调的symbol总数，Smax是最大的星座图幅度。理想的调制信号为 S0(t)=I0+j× Q0，测量信号为S1(t)=I1+j× Q1。公式（2）摘自16e协议[5-6]。

3 评估方法

仿真流程示意图如图3所示。

仿真主要是调整放大器的三阶参数，然后分别计算不同调制方式的信号对应的EVM值。对其中的几个模块分别进行说明[6-7]：

①基带数据源：按照802.16e规范，分别生成QPSK1/2、16QAM1/2和64QAM2/3下1 M带宽的OFDM信号；

②ADS中的D/A变换、调频都认为是理想的，另外理想的变频接收，在仿真中是采用ADS自带的TimeSink模块；

③ADS中的放大器：调整放大倍数使输出信号稳定在25 dBm左右。然后根据不同的IM3调整参数TOI(即IP3)值。

因为射频链路是稳定的，这样每次仿真结果中的随机因素只有数据的 bit流，所以仿真结果相对比较固定。后面的结果都是仿真1帧的情况下得到的。

图3 仿真流程

4 评估结果及分析

仿真得到EVM与IM3的关系曲线如图4所示。

图4 EVM与IM3对应关系

为了方便与802.16e的技术要求进行对比，结果见表1示。

表1 QPSK1/2调制

表2 16QAM1/2调制

表3 64QAM2/3调制

802.16e中对OFDMA发射链路EVM的技术要求[6]（见表4示，摘自802.16e协议）。即QPSK调制要求IM3＞30 dBc、16QAM调制要求IM3＞35 dBc、64QAM调制要求IM3＞40 dBc,IM3越大对系统性能影响越小，考虑到射频的实现和技术要求的要求留有一定余量，推荐IM3指标为35～40dBc。802.16e中SS的相对星座图误差（RCE，Relative Constellation Error）如表4所示（均衡之后）。其中RCE= 20 log(EVM)。

表4 SS的相对星座图误差

5 结语

参考16e协议，QPSK1调制1/2卷积码要求IM3＞30 dBc、16QAM调制1/2卷积码要求IM3＞35 dBc、64QAM调制2/3卷积码要求IM3＞40 dBc，IM3越大对系统性能影响越小，考虑到射频的实现和技术要求的要求留有一定余量，推荐三阶交调指标为35～40 dBc。

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