設備日益增長的EVM要求

Wi-Fi7為了達到極高的吞吐量，離不開更大的帶寬，更高階的調制方式，當然還有編碼率，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介紹過了MRU和頻譜打孔技術，天線數量在終端里也不可能無限制增加，那么調制方案的提升就給我們帶來了另一層面的挑戰。例如802.11ac的256QAM提升到802.11be的4096QAM，我們就會發現星座點會如此接近，即使是微小的誤差也可能導致相鄰星座點的混淆，這就意味著需要一種完美的射頻鏈路來實現-38dB的EVM，并且要能夠支持3個頻段，這無疑對射頻設計與測試方面都是一個巨大的挑戰。

為了確保在實際應用中有足夠的性能余量，儀器通常需要實現比標準要求更低的EVM，往往4096QAM調制的殘余EVM需要達到-48dB或更低，以降低測量不確定度并應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性能對于實現高效穩定和可靠的通信系統中至關重要，特別是在采用高階調制的Wi-Fi7通信系統中。

優化的EVM測試方法

先回答大家最普遍關心的一個問題，極致的EVM指標是多少？

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

圖2 Wi-Fi7信號EVM測試結果

低于-50dB，這是一個比較理想的數值，但是想要達到極致的EVM指標，我們必須對測試與測量的設備進行一些設置，至少讓儀器可以展現出足夠的動態范圍性能，當然也要考慮到對EVM性能測量產生影響的不同情況。

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

圖3 信號源EVM優化功能

另外一個很重要的影響因素，就是如何能運用信號分析儀的最佳動態范圍，調整到合適的參考與測量電平。很多朋友都習慣采用FSW的Auto Level功能，這個功能確實可以根據輸入信號的平均強度自動調整分析儀內部的衰減與參考電平。但我們這里要談論的是信號的波峰系數，也就是峰均比，對于一個Wi-Fi的寬帶信號來說，帶寬和調制階數決定了波峰系數。如果調平信號波峰系數低，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完整的動態范圍，如果調平信號波峰系數高，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，如果比較信號質量，我們必須考慮波峰系數，這會對EVM造成較大的影響，過高過低都會導致測量結果變大。

讓我們回到儀器上來優化這個問題，在信號源的基帶模塊里（配備K147選件）具有削峰的設置，802.11be的前導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碼部分的信號和數據信號的電平調平，也可以通過Clip signal Fields to Payload Max Peak這個簡易的開關來激活，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范圍，而因為削峰的是前導碼序列部分，不影響原本的信號質量。

圖4 信號源基帶前導碼削峰

（圖5-1前導碼削峰前?）

（圖5-2前導碼削峰后?）

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，“我在進行Wi-Fi信號解調的時候，發現這個信道估計里面有很多選項，打開某個開關后會讓我測試到的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信號解調中用于獲取無線信道特性的過程，它幫助接收端準確恢復發送的信號。信道估計的目的是消除多徑效應和信道衰落的影響，提高通信質量和數據傳輸效率。

我們先來看看信道估計的設置界面，并給出協議上規定的設備測試要求，以及如何能達到最優的EVM設置。

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，有效載荷和前導碼之間存在不同，前導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行，這樣可以得到更好的EVM性能結果。默認選項是前導碼估計，這是協議對自身產生信號和調制器設備測量的標準，如果是驗證一個放大鏈路的EVM效果，當然可以采用有效載荷估計。

802.11標準允許設備EVM測試時在每個子載波上評估復雜信道的響應系數，信道評估是在頻域進行的，主要取決于前導碼序列中的長訓練序列符號（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內部的WLAN選件中配置得到，而在FSW解調時會自動檢測LTF的周期。通過在多個重復的LTF周期內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練結果。

信道估計插值的設置只在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失配補償相結合，就是另一個層面的EVM優化了。這里相位和時間追蹤是根據協議要求默認打開的，但幅度的追蹤只在11ax里打開來補償幅度漂移，11be里暫時不使用。

IQ失配補償現在可以在每個子載波上的基礎上進行，假設每個子載波上都有獨立的噪聲，做一些平均可以降低頻率響應計算的噪聲。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來進行平均可以達到更好的效果。

圖8 IQ失配補償設置

這個時候我們可以通過把FSW解調界面Display-Result Summary Detailed的功能拖出來，觀察此時打開和關閉IQ失配補償帶來的效果，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信號發生器作為數據源的話，你還可以在源端進行修正與補償，具體到每個偏移量找到設備鏈路上帶來EVM惡化的因素，非常適合研發工程師。

圖9 IQ適配補償參數

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指標的因素有：

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

頻率響應，可以通過儀器內部均衡器的補償達到一個應用的標準；

非線性，可以通過調整充分衰減來降低影響；

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

當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行比較，將接收機功率測量和輸入端口負載情況比較就可以得到接收機內部的噪聲，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，將多次的測量結果和這個平均值做修正運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數據上完成的，純算法的方式就可以達到3-4個dB的EVM優化，當然這個測量結果的提升是犧牲一定測量時間換取的。我們還是以4.2.1章節中我們舉例的那個Wi-Fi7頻率6 GHz，320MHz帶寬，4096QAM調制方式的信號來看，打開20次平均后的EVM就可以達到-54dB，這個提升在一些具有外部嘈雜噪聲的OTA環境或者路徑損耗較大的測試場景中有很大的應用價值。

圖10 802.11be做IQNC20次平均后的測量結果

因為現在Wi-Fi7的研發對于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的到來不僅預示著無線通信技術的一次重大飛躍，也為射頻設計和測試領域帶來了新的挑戰。帶寬和高階調制對射頻前端設計提出了更高的要求，設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雜的問題。R&S公司憑借其身后的技術積累和創新能力，將繼續為推動Wi-Fi7技術的發展和應用貢獻力量。

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