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相位噪声对误差向量幅度的影响

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耿志，夏爱军，刘涛庆

电子信息对抗技术· 第28卷

2013年1月第1期

相位噪声对误差向量幅度的影响

中图分类号：TN752

文献标志码：A

文章编号：1674—2230(2013}01—0082—03

相位噪声对误差向量幅度的影响

耿志1，夏爱军2，刘涛庆3

(1．成都军区联勤部指挥自动化工作站，成都610015；2．第二炮兵驻成都地区专装军事代表室，成都610036；

3．中国电子科技集团公司第二十七研究所，郑州450047)

摘要：对本振源相位噪声与直接变频发射机误差向量(EVM)之间的关系进行了分析，综合考虑

了测试电路中升余弦滤波器的影响，在锁相环路(PLL)建模方面引入了峰值相噪以及噪声底

的因素。通过Matlab仿真，给出了部分典型情况下本振源相位噪声与EVM之间的对应关系曲

线，仿真结果表明峰值噪声和升余弦滤波器的确对直接变频发射机的误差向量有不可忽略的

较大影响，从而大大提高了EVM估算的精度。

关键词：误差向量；锁相环路；升余弦滤波器；锁相环路带宽

DOI：10．3969／j．issn．1674—2230．2013．01．018

Effect of Phase Noise on Error Vector

Magnitude

GENG

Zhil，XIA

Ai-jun2，LIU Tao-qin93

Command Work Station of the

(1．Automatic

Joint

610015，China；

Chengdu Mihtary Region，Chengdu

Logistics Department

Staff of

2．The Second

610036，China；

artillery Military Representative

Spacial Equir恍nt

Chengdu Area，Chengdu

3．‰ 27th Research Institute of China Electronic

450047，China)

Technology Group Corporation，盈engzhou

for

the transmitter evaluation．To

Abstract：ElTorVector

Magnitude(EVM)is key parameter

study

con—

Magnitude(EVM)of^directfrequency

the effects

noise of local oscillator on EITOr Vector

^ofphase

set of

the

noise

at the

bandwidth andthe noise bottom is

loop

verter，a

deduced

equations including

phase

peaks

the effect of the raised cosine filter in the蝴urement

considering

circuits．Finally，simula—

tion results

Matlab indicate the above considerations do be critical for an accurate calculation．

through

vector

locked

cosine

loop；raised

of PLL

Key^{words：elTor}

magnitude；phase

filter；bandwidth

在我们的研究中，综合考虑了本振源噪声平台的

尖角，以及测试时接收端平方根升余弦滤波器对

EVM的影响。从而大大提高了EVM估算的精

度。为电路和系统设计者乃至通信系统规范的设

计者提供了有力的设计依据。

引言

误差向量幅度(EVM)是描述发射信号调制精

度的重要指标。在现代军事电子领域都用此标准

来规定发射信号的的质量。本振源是发射机的心

脏，本振源的性能对发射信号的好坏有直接的影

响。如何找到本振源指标与EVM之间的关系，对

于本振源及发射机系统的设计非常重要。

2删定义及算法分析

纵览国内外相关文献，虽有一些关于相位噪

声对发射机性能影响的文献[1—3]，但都存在计

算精确度不高，或对测试条件考虑不全的问题。

EVM是对理想波形与实际波形之差的度

旦『41

里。。O

安捷伦公司提供的测量规范被广泛地应用于

收稿日期：2012—10—30；修回日期：2012—11—30

作者简介：耿志(1963一)，男，博士研究生，高级工程师。

万方数据

电子信息对抗技术· 第28卷

2013年1月第1期

耿志，夏爱军，刘涛庆

相位噪声对误差向量幅度的影响

测量仪器和商业仿真软件，其具体内容如下：

设Z(k)为在灯(r为码元周期)时刻通过理

想接收机滤波器观测待测发射机而得到的抽样复

为简化计算并保持一定的计算精度，可将本

振源PLL相位噪声谱简化为图2所示。其中，s

和，分别为取对数前的相噪密度和频率，设PLL

噪声底功率为Ⅳ60泐。。

向量(即，，Q相量)，Is(k)为归一化到的单位圆

上的理想参考向量。则Z(．i})可以表示为：

(1)

Z(k)=[Co+Cl(S(k)+E(k))]驴

／dB

程

式中，W=ear+J△。代表频率偏移(Aa弧度／一个码

元的相位偏移)和幅度变化率(Ar奈培(衰耗单

位)／一个码元的相位偏移)；C。为常复数，代表正

交调制器的不平衡性；C．为一复数常量，代表发

射机的任意相位和输出功率；E(k)为对应于样点

S(k)的剩余误差向量。

图2锁相环路相位噪声谱

则误差向量的总平方和为：

分析得出5的分段函数表达式为：

X ．|})i

2：鳘l型警一s(．|})I

E(．|})： l坐型P—s(．|})l

＆：MIN

I=MINl

t+毡俨

(2)

：

^S=1¹0⁰_1^{_—产1<I，I<止}

—

掣

1厂

工

一工 ,f

五

‘

姐

产

—矿

争

一

调整co，c】和形应使式(2)取得最小值，在

5(，)=

此条件下求得每一个码元各自所对应的误差向量

妞衄

E(k)。

S=10klo

I>￡．10卜可坳

Iflfl>五．1净

EVM定义为误差向量E(k)的幅度的均方根

(5)

值，即：

由于EVM的测试中有升余弦滤波器的加入。

因此，应当综合考虑PLL频谱和理想接收机滤波

器的共同作用。升余弦滤波器的表达式为：

(3)

EvM嘲s

一^：．^^愿／^登l砌)!zNI一=MIN uV!

其中，N=MAX—MIN+1，而MAX和MIN为EVM

测量信号段的第一个符号和最后一个符号的排序

数。

0 I／I (1一口)／2疋

吉{1-sin[7r。T,(1卅瓦1)])

HRc(厂)=

由图1可以看出本振源的相位偏移西与误差

向量E的关系为(不考虑幅度噪声)：IEl—R· 。R

是常量，因此，相位误差与EVM的关系为：删尺^巧=

(1一口)／2冗<l厂I (1+a)／2Ts

0,fl>(1+a)／2E

(6)

I研％懈I／R—100％R。声嬲／尺=100％‘声嬲。

其中，t为码元周期，a为滚降系数。功率谱Js(，)

通过滤波器后的功率谱为S(f)· l滤波器的传递

函数I2。因此，由相位噪声引起的EVM值的计算

公式为：

掣

‘，-’’

．，

参考

相位误差

：

发劂

：

E‰ =100％· 乒嬲=100％·

实

酬向量备’

’’．．．

-’‘～

_√I．sc伊l平方根升余玄滤波删函则

图1

相位ig差对EVM的影响斤f—————一

(7)

相位误差≠删s与相位噪声谱之间的关系为：

100％‘√上．s(厂)· HRc(f)df

(4)

声膦=

3结果分析

通过Matlab仿真，计算出当PLL环路带宽fc

其中Js(厂)为相位噪声谱密度。

万方数据

“

投稿邮箱：d。。幽。@126．。咖

“”””’一叫。

蛔持警宙蠢叠望警l翟鎏蠢影响

相位噪声对误差向量幅度的影响

为检验考虑峰值相噪P的必要性，在上述条件

下，设定P=4dB，(这是较低的设定，眦电路的

峰值常常超出10dB)。由图4可以明显看出EVM

=10kHz，滚降系数口=0．35，相噪峰值P=4dB

时，相噪密度k，升余弦滤波器码元速率届与环

路带宽之比r=D／fc=1／(Ts*fc)(其中，码元周

期为1／Ts)与EVM之间的对应关系，如图3所示。

由图中可以看出：当频率比r较小时，因为升余弦

滤波器的带宽对相噪平台的噪声滤除作用，EVM

会随r的增加而增加，而当频率比r较大时，由于

升余弦滤波器的带宽远大于锁相环路的环路带

宽。升余弦滤波器的带宽不会影响PLL相位噪

声，EVM不受频率比的影响。

值成2。4倍的比例的增加。因此，在EVM的计

算中，考虑峰值相噪P，是很有必要的。

4结论

本文对本振源相位噪声对EVM的影响进行

了全面分析，分析中综合考虑了相噪峰值的影响

及升余弦滤波器的作用，从而大大提高了EVM计

算的精确性。通过Matlab对EVM的计算表明，升

余弦滤波器所对应的码速率与环路滤波器带宽的

比值较小时，升余弦滤波器对EVM有较大影响；

l≠一

习一--．I--kb=-。7吣0dB

，

另外，相噪峰值(即图2中的P值)可成24倍的影

响EVM的最终结果。本文所得的公式和结论可

【-96_)童净凹

／

／／一

以广泛应用于诸如第三带移动通讯，TDMA等各

种通信设备EVM的精确仿真和预评估，并可为通

信标准的制定提供可靠精确的的理论运算依据。

●．_—，，一

0．1

100

0．3162

频率比1／(Ts*fc)

参考文献：

图3

P为0dB时，EVM与PLL相对相噪平台k和

频率比r=1／(Ts*乒)间的关系

Phase

Noise on

K．础6ect of

[1]N』恤～GWA T，ARAI(I

Communication

2，

Signals[C]／／IEEEVTS-Fall，Volume

鲫

拍

2000：24—28．

+拓一7叫_B|

一

HASHOI刁厄R

一80dB|

[2]

R，DI砸WES C，HA加Ⅷ￡RsC删r

／厂

，

∞

坫

S．The E瞻cts of Phase Noise on 26 MB／S 0兀)MA

／

Broadband Radio in‰ local

Loop Systems[C]／／Int‘l

(-96导苫》囡

Zurich Seminar on Broadband Communications(IZs‘98)，

1998：101—105．

／

，，／

BANAJI D．PLL

Performance，Simlllation，and Design

／，／

P为4dB时。EVM与PLL相对相噪平台Jj}和

M]．Second砒tiOn，USA：National Semiconductor，

0．1

0．3162

100

2001．152—158．

频率比1／(Ts*fc)

VOEU(ER_K．ApplyError Vector Measurements in Corn—

14J

图4

munications

Design[J]．Microwave&RF，1995(12)：30

频率比r=1／(Ts*矗)问的关系

—33．

(上接第57页)

[6]余巍，王小念，张建科，等．防空情报雷达反干扰能力

指标体系的建构方法[J]．数据采集与处理，2008，23

(4)：492—496．

综合分析和评估[J]．雷达科学与技术，2012，10(1)：

17—21．

[9]高卫．电子干扰效果一般评估准则探讨[J]．电子信

[7]刘晓东．雷达抗干扰效能评估指标体系及方法研究

[D]．成都：电子科技大学电子工程学院，2008．

息对抗技术，2006，21(6)：39—42．

[10]李潮，周金泉．基于干扰方的干扰效果评估研究

[8]刘晓东，唐斌，杜东平，等．一种雷达抗干扰效能评估

[J]．电子信息对抗技术，2008，23(2)：46—49．

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