基于星座图的信号质量评估方法

你想不想，从频谱仪上显示的星座图，就能轻轻松松低分析出，信号质量差是由于啥原因产生的么？

想的话，就请往下看。

星座图上的点，分别代表载波的幅度和相位。

星座图，显示了每个符号对应的点，是由点组成的。矢量图，显示了点到点的路径，是由线组成的。

矢量图的一个重要应用，就是区分不同的调制变体。

如下图所示，左边为标准的QPSK调制方式，右边为偏移QPSK调制方式。

但是，在大多数情况下，星座图对于我们debug EVM恶化的来源，更有帮助。

数字通信系统中，主打三个部分，即发射机，接收机和传播路径。

EVM或者SNR虽然能够告诉我们调制信号质量的好坏，但他们就是一个简单的数字。没法告诉我们EVM恶化的原因。

但是星座图可以。

造成EVM恶化的原因，主要分为四大类，包括：幅度影响，相位影响，I/Q不平衡，还有设置问题。

首先看幅度影响。

假设系统发生压缩。

QAM和APSK使用不同的离散幅度电平来传输信息。最常见的幅度问题，就是非线性，即器件发生压缩。

而压缩现象，一般是发生在输入信号电平比较高的情况，也就是说，在输入电平比较高的时候，获得的增益，要比低输入电平的时候小。

而在星座图中，测量点到原点的距离，就代表信号的幅度。所以距离原点越远的点，信号的幅度就越大。

如下图所示，四个角落上的点，离原点最远，具有最高的幅度。

所以，当系统进入压缩状态时，他们获得的增益，就要比里面的那些点要小，所以这四个点会被往原点推。

这会导致，这些点与星座上的其他点距离拉进，导致EVM恶化，误判概率上升。

噪声是数字通信系统中另外一种形式的幅度失真。

当信号幅度低的时候，噪声会使得SNR变低。当然，信号幅度高的时候，噪声也会使SNR变低，但是幅度高的时候，SNR本来就很好，所以无所谓。

低SNR的时候，在星座图中，测量点在理想点的周围扩散开来。

而且，SNR下降的越多，扩散的越厉害。

如果噪声是宽带的或不相关的，则星座点将或多或少地随机分布在理想点周围，从而导致星座图类似于下图所示。

带内杂散也会在星座图中反应出来。

带内杂散，是指落在调制信号带宽内的窄带干扰或者杂散。

在星座图中，这些杂散通常会使得测试点在理想点周围围成一个圈，如下图所示。杂散信号的幅度越大，圈的半径也越大。

再看相位影响。

相位噪声，在星座图中是很容被识别出来的。

QAM和APSK调制信号，部分通过使用相位变化来传递信息，因此信号相位的随机波动可能导致接收端解调不正确，使得EVM恶化。

如下图所示，相位的变化，使得星座图上的点，绕着原点旋转，在理想点附近，形成一个弧形。而且相位噪声越差，弧形就越长。

再看I/Q不平衡。

I/Q调制或解调器的不理想性，是EVM 变差的另一个常见原因。

星座图中的X轴和Y轴，分别代表I路和Q路的幅度。

射频矢量信号，通常使用I/Q调制产生的，如下图所示。在I/Q调制器中，同相通道和正交通道都与LO混频。在Q通路中，LO的相位需要精确偏移90度。这些I和Q部件，然后相加，得到调制矢量信号。

接收端是上述过程的逆过程。

所以，如果I/Q调制或解调器不完美的话，会导致星座图的形状失真，使得EVM恶化。

先说 I/Q 增益不平衡。

理想情况下，I路和Q路应该具有相同的增益，此时，大多数QAM星座图为方形。

如果I/Q增益不平衡发生的话，星座图会从方形会被拉伸，变成矩形。

而且，这个拉伸的程度，与增益不平衡的程度成正比，相差的越多，拉伸就越严重。

如下图所示，蓝色曲线是理想的星座图，橙色曲线是由于Q路增益比I路增益高而拉伸后的星座图。

还有I/Q正交误差。

正交误差，有时候也被称为正交偏移，当I路和Q路相位不是完美的90度时，就会发生。

大多数理想的QAM星座图中的符号，都是以正方形的形状安排的，星座图的平行边和垂直边是垂直的。

正交误差，会导致星座图变斜。当偏离90度越大，星座图倾斜的就越严重，EVM恶化更多，误判概率就越大，如下图所示。

怎么样，看到这，是不是忍不住点点头？

审核编辑：汤梓红