LTE系统中射频滤波器对EVM影响分析(二)

4、LTE下行链路测试测量结果：

4.1、引言

本节展示了在不同条件下使用LTE下行链路信号进行实验的结果。所有实验均使用相同的被测设备（DUT），即第3.3节中描述的陶瓷带通滤波器。

4.2、误差矢量幅度（EVM）上升与接收器同步方法

实验发现，LTE下行链路信号通过DUT后的EVM上升程度很大程度上取决于是德信号分析仪上选择的同步选项。这些选项包括：

• P-SS（主同步信号）

• RS（参考信号）

使用P-SS同步得到的结果相对较差，如下面的图11所示。对于相位波动小于30°峰峰值的滤波器，测得的EVM上升幅度较小，但随着相位波动超过这一水平，EVM迅速增加，信号很快丢失。

使用RS同步则得到了极好的结果。在大多数情况下，无论滤波器的插入损耗变化、相位波动或群延迟变化如何，测得的EVM上升幅度均小于0.8%均方根值。此外，实验发现EVM上升几乎完全独立于信号频率、带宽和子载波调制类型。

因此，以下各节中展示的所有下行链路结果均使用RS同步方法获得。

不同同步选项下LTE下行链路信号的误差矢量幅度（EVM）与载波频率的关系

（信号带宽=10 MHz，子载波调制=64QAM，源功率=0 dBm）

图11 - LTE下行链路信号通过被测设备（DUT）后的误差矢量幅度（EVM）与载波频率的关系，该数据是在是德信号分析仪上使用主同步信号（PSS）和参考信号（RS）两种同步选项测量的。

4.3、误差矢量幅度（EVM）上升与信号带宽的关系

LTE信号可以占用多个带宽之一，包括1.4、3、5、10、15和20 MHz。图12展示了使用其中一些带宽进行EVM测试的结果。

在每个测试案例中，LTE信号的载波频率都被设置为与被测设备（DUT）的极端上边缘对齐，因为那里的线性失真最大。

从图12中可以看出，在所有情况下，EVM的上升都非常低。最糟糕的结果是15 MHz带宽的情况，EVM上升了1%。然而，这可能是由于信号的带宽（15 MHz）大于DUT的带宽（14.6 MHz），导致DUT拒绝了信号频谱的一部分。因此，EVM读数较高并不奇怪。

其他信号带宽的EVM结果表明了一个明显的趋势：信号的带宽越宽，测得的EVM上升越低。这可以通过以下事实来解释：对于窄带LTE信号，其资源块（Resource Blocks）的更大比例位于DUT的带宽边缘附近，那里的线性失真最大。因此，平均资源块EVM水平会更高，导致整个信号的EVM水平更高。

相比之下，带宽更宽的LTE信号在DUT带宽边缘附近的资源块比例较低。这意味着平均资源块EVM水平会更低，从而产生更低的整体EVM水平。

LTE下行链路信号的误差矢量幅度（EVM）上升与带宽的关系

（子载波调制=64QAM，源功率=0 dBm）

图12 - 不同信号带宽下LTE下行链路信号的误差矢量幅度（EVM）上升情况。每次测试前都调整了载波频率，以确保信号位于被测设备（DUT）通带的极端上边缘。

4.4、误差矢量幅度（EVM）上升与载波功率的关系

图13展示了使用10 MHz带宽的LTE下行链路信号，针对三种不同类型的子载波调制方式进行的功率扫描结果。

在所有情况下，测得的EVM上升值都很低，并且通常不会随子载波调制类型的不同而有显著变化。在载波功率高于-20 dBm时，观察到了最佳结果，此时EVM上升值在0.2%或以下。

当载波功率降至-20 dBm以下时，EVM稳步上升。最差的结果是0.8%，这是在-30 dBm载波功率下使用64QAM调制时记录的。这些结果可以用以下事实来解释：随着载波功率的降低，LTE信号的信噪比（SNR）也会降低。此外，可以证明，对于数字调制信号，EVM与SNR的平方根成反比变化[3]。因此，SNR的降低会导致EVM相应上升。

请注意，由于SNR不佳导致的EVM恶化无法通过LTE信道估计过程进行补偿。这是因为信道估计过程旨在考虑无线电信道频率响应中的固定（或至少缓慢变化）线性变化。它无法考虑由随机噪声源引起的快速、瞬态误差。

LTE下行链路信号误差矢量幅度（EVM）上升与载波功率的关系

（信号带宽=10 MHz，中心频率=884.6 MHz）

图13 - 不同载波功率水平和子载波调制类型下，10 MHz LTE下行链路信号的误差矢量幅度（EVM）上升情况。

4.5、误差矢量幅度（EVM）上升与载波频率的关系

图14展示了一系列使用位于被测设备（DUT）通带内不同位置的、带宽为1.4 MHz的LTE下行链路信号进行的EVM测量结果。

从图中可以看出，在通带的下半部分，EVM的上升非常低，几乎无法测量。这是因为，如图3之前所示，DUT通带下半部分的振幅、相位和群延迟波动相对较低。这自然导致了较低的EVM结果。

然而，在DUT通带的上半部分，线性失真更为严重。因此，在这个频率范围内，EVM的上升相对较高。

LTE下行链路信号的误差矢量幅度（EVM）上升与载波频率的关系

（信号带宽=1.4 MHz，源功率=0 dBm）

图14 - 在不同载波频率下，1.4 MHz LTE下行链路信号的误差矢量幅度（EVM）上升情况。

4.6、实测结果与3GPP EVM要求的比较

表2将被测设备（DUT）在最坏情况下的实测误差矢量幅度（EVM）上升与[1]中规定的3GPP EVM要求进行了比较。尽管被测设备对LTE信号产生了非常高的线性失真，但它仍然轻松地满足了3GPP标准中的要求。

表2 - 实测结果与3GPP误差矢量幅度（EVM）要求的比较。被测设备（DUT）结果是通过使用带宽为10 MHz、子载波调制为64QAM的LTE下行链路信号获得的，该信号位于DUT通带的极端上边缘。

5、LTE上行链路测试实测结果：

5.1、引言

本节展示了在不同条件下使用LTE上行链路信号进行实验的结果。所有实验均使用相同的被测设备（DUT），即第3.3节中描述的陶瓷带通滤波器。

在LTE上行链路信号中测得的误差矢量幅度（EVM）上升始终极低，在所有情况下均小于0.7% rms（均方根值），无论滤波器插入损耗变化、相位波动或群延迟变化如何。此外，LTE上行链路信号的EVM上升几乎完全独立于信号频率和子载波调制类型。

5.2、EVM上升与载波功率的关系

图15显示了使用10 MHz带宽的LTE上行链路信号，针对三种不同类型的子载波调制进行的功率扫描结果。

在所有情况下，测得的EVM上升都很低，并且似乎不会随子载波调制类型发生显著变化。在载波功率高于-15 dBm时观察到最佳结果，此时EVM上升小于0.2%。

随着载波功率降至-15 dBm以下，EVM稳步增加。最差的结果是0.61%，这是在-30 dBm载波功率和16QAM调制下记录的。如第5.4节所述，这些结果可以通过以下事实来解释：随着载波功率的降低，LTE信号的信噪比减小。这会导致测得的EVM增加，而LTE信道估计过程无法对此进行补偿。

LTE上行链路信号的误差矢量幅度（EVM）上升与载波功率的关系

（信号带宽=10 MHz，中心频率=884.6 MHz）

图15 - 在不同载波功率水平和子载波调制类型下，10 MHz LTE上行链路信号的误差矢量幅度（EVM）上升情况。

5.3、EVM上升与载波频率的关系

图16展示了使用带宽为10 MHz的LTE上行链路信号在被测设备（DUT）通带内不同位置，以及三种不同的子载波调制类型下，进行的一系列误差矢量幅度（EVM）测量结果。

很明显，在每个测量频率下，EVM的上升都非常低，所有情况下均低于0.2%。结果似乎不会随子载波调制类型发生显著变化。有趣的是，EVM值的分布与第5.5节中展示的1.4 MHz带宽下行链路信号的结果有所不同。这种差异可能是由于这两个实验中使用的信号带宽不同。也有可能是下行链路和上行链路方向使用的不同调制方案影响了结果（下行链路使用OFDMA，上行链路使用SC-FDMA）。无论如何，本次实验中下行链路和上行链路结果之间的差异很小，而且从系统角度来看，两种情况下EVM的绝对上升都非常小，几乎可以忽略不计。

LTE上行链路信号的误差矢量幅度（EVM）上升与载波频率的关系

（信号带宽=10 MHz，源功率=0 dBm）

图16 - 在一系列载波频率下，10 MHz LTE上行链路信号的误差矢量幅度（EVM）上升情况。

6、结论：

6.1、LTE下行链路与上行链路信号EVM上升结果的差异

LTE下行链路信号与上行链路信号所观察到的EVM上升差异几乎无法区分。因此，以下得出的结论同样适用于下行链路和上行链路信号，除非另有说明。

6.2、射频滤波器线性失真导致的实测EVM上升

(1)一般来说，经过射频滤波器处理的LTE信号的EVM上升非常低，通常仅百分之零点几。即使对于带内线性失真极高的滤波器，也是如此。

(2)LTE信号上应用的子载波调制类型对射频滤波器导致的EVM上升影响微乎其微。

(3)射频滤波导致的LTE信号EVM上升受信号带宽的影响极小。信号带宽越窄，EVM上升越大。当信号位于滤波器上带边或下带边附近时，这种趋势最为明显，因为此时的线性失真往往最大。

(4)射频滤波导致的LTE信号EVM上升受信号在滤波器通带中位置的影响也极小。一般来说，位于滤波器幅度/相位/群延迟波动较大的频率上的LTE信号，其EVM上升会比位于通带更线性区域的信号更大。

(5)当信号移出滤波器的通带时，射频滤波器导致的LTE信号EVM上升会迅速增加。即使只有一小部分信号频谱位于通带之外，也是如此。

(6)随着载波功率的降低，LTE信号的EVM上升会增加。这并不是射频滤波器存在的结果，而是由于在较低功率水平下接收器动态范围受限导致的信噪比降低，进而对EVM性能产生不利影响。

6.3、LTE下行链路测量的同步方法

为了获得最佳测量结果，LTE下行链路信号的EVM上升应通过同步到参考信号（RS）来测量，而不是同步到主同步信号（P-SS）。如果无法实现同步到RS，那么测得的EVM上升可能会远大于实际情况，并且可能需要大幅收紧射频滤波器的线性度规格。

6.4、对符合3GPP EVM要求的影响

本次调查的结果表明，射频滤波对LTE系统整体EVM性能的影响极低，通常仅百分之零点几。即使滤波器的通带中存在大量线性失真，也是如此。因此，LTE收发器中的射频滤波器不应对系统满足3GPP标准中规定的EVM要求的能力产生不利影响。

参考文献：

1. LTE: Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) – Base Station (BS) radiotransmission and reception; 3GPP TS 36.104 version 8.4.0 Release 8.

2. Impact of SAW RF and IF Filter Characteristics on UMTS Transceiver Performance; Pimingsdorfer, D. et al; 1999 IEEE Ultrasonics Symposium; pp. 365–368.

3. On the Error Vector Magnitude as a Performance Metric and Comparative Analysis; Shafik, R. A. et al; 2006 IEEE 2nd International Conference on Emerging Technologies; pp. 27–31.