传输信号质量的优化方法

参考文献[2]包含了与调制方式相关的误差矢量幅度（Error Vector Magni-tude，EVM）要求，以充分确保传输基站信号具有较高质量（见表11-5）。

表11-5 EVM要求

对传输信号调制精度的典型损害因素是模拟RF失真（频偏、本振相位噪声、来自于模拟滤波器的幅度/相位波动）以及数字域内产生的失真，如来自用于频谱整形的数字滤波器的符号间干扰（Inter-symbol Interference，ISI）、有限字长效应、来自于峰均比（Peak-to-Average Radio，PAR）降低方案的限幅噪声（这对接近最大发射功率的情形非常重要）。

EVM要求能够保证由基站非理想波形导致的下行链路吞吐量降低幅度不会太大，如果假定UE采用理想接收的话，则下行链路吞吐量降低幅度约为5%。对于所有发射配置以及基站使用的整个动态范围内的功率电平来说，必须满足所需的EVM要求。

11.3.4.1 EVM的定义

更确切地说，EVM是一种理想星座点与测量星座点之差的量度标准，测量星座点是由已定义的“参考接收机”通过均衡操作得到的。与WCDMA不同，EVM不是在发射的组合时域信号波形上测量，而是在频域内进行测量，完成快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）后，通过在每个子载波上分析星座点的调制精度即可得到。图11-9给出了EVM测量的参考点。

EVM参考点前面的OFDM信号处理块，尤其是受限迫零（Zero-Forcing，ZF）均衡器，通常与实际UE中的不同。这种复杂EVM定义的基本原理是那些发射机损害因素会对EVM产生“污染”，且UE接收端不会自动消除这种影响。例如，来自于峰均比（Peak-to-Average Radio，PAR）降低方案的限幅噪声具有类似加性高斯白噪声（AWGN）的特性，UE均衡器无法去除该噪声，而来自于模拟滤波器失真的非线性相位响应可以根据参考信号进行估计，且能够被迫零（ZF）均衡器去除。包含在迫零（ZF）均衡过程中的“限制因素”是指一个已定义的原始信道估计值的频率平均过程，该估计值主要用于计算迫零（ZF）均衡器权重。在UE接收机实现方案中，包含了参考信号位置处原始信道估计值的一些频率平均形式，因而这将会对一些影响因素的去除构成限制，例如具有子载波间隔量级空间频率的滤波器幅度（或相位）波动。因此，针对EVM测量过程，定义了一个与该频率平均过程等价的过程。

图11-9 EVM测量的参考点

然而，在FFT处理过程中，EVM定义的另一个特征是选择的时间同步点。EVM故意不在理想时间同步瞬间进行测量，该瞬间约位于循环前缀的中心，而是分别在循环前缀刚开始后和结束前的两个点上进行测量。这样还保证了当来自于频谱整形滤波器的前体和后体存在时，即使在非理想时间跟踪条件下，UE的符号间干扰也将会非常低。

关于EVM测量过程的详细信息，包括上面所有方面的内容，见参考文献[5]附件F。

11.3.4.2 EVM要求的导出

下面，我们将根据参考文献[10]中给出的分析方法，来提供EVM要求的基本原理。当针对每个瞬间C/I（Carrier Interference Ratio，载干比）值的吞吐量损耗为5%时，我们来计算对应于已选特定调制和编码方案（Modulation and Coding Scheme，MCS）所需的EVM。

首先，我们考虑如图11-10所示的MCS吞吐量曲线和MCS近似包络。使用接收机中的理想信道估计值，采用1×1天线配置（1个发射天线，1个接收天线），在AWGN信道条件下，通过链路级仿真，就可以得到MCS曲线。(www.xing528.com)

我们可以通过使用拟合参数α=0.65的香农信道容量公式，来近似表示这些吞吐量曲线，即

图11-10 MCS吞吐量曲线和MCS近似包络

式中，S为信号功率；N为噪声功率。后面假定发射损害模型是功率为M的AWGN，接收噪声因素模型是功率为N的AWGN。这样，发射机AWGN导致5%吞吐量损耗的条件可以表示为

根据条件，我们可以得出所需的EVM_req：

图11-11给出了针对C/I范围所需的EVM值，此处的C/I范围符合图11-10中近似包络MCS的吞吐量曲线。由图可知，对于最高吞吐量MCS（64QAM8/9，工作S/N约为17.7dB）来说，所需的EVM约为6.3%。但是，对于所有采用64QAM调制方式的MCS来说，当采用单一EVM要求时，这种情况将会比较严格，因为根据已选的MCS集，当C/I在12～17.7dB范围内变化时，可能会选择64QAM调制方式。这将导致所需的EVM值在10%～6.3%范围内变化。如果选择64QAMMCS方案，则对应于S/N的中点（约为15dB）的所需EVM值为7.9%。同样，我们可以得到：

图11-11 吞吐量损耗为5%时所需的EVM

1）16QAM：当C/I在6～12dB范围内变化时，C/I的中点约为9dB，此时所需EVM值为12.9%；

2）QPSK：当C/I在-8～6dB范围内变化时，C/I的中点约为-1dB，此时所需的EVM值为29.6%，当C/I取值为6dB时，所需EVM值为16.3%。对于64QAM、16QAM和QPSK调制方案来说，所需的EVM值分别为8%、12.5%和17.5%。

但是，上面的推导公式假定MCS近似包络是平坦的。实际应用中，在AWGN信道条件下，MCS包络形状类似于“瀑布”，如图11-10所示，且该包络要么会对坡度较大区域的EVM值产生显著影响，要么对具有平坦响应区域的EVM值影响较小。在实际系统场景中，C/I分布将对整个MCS“瀑布”包络上不相等的吞吐量损耗计算平均值。参考文献[10]中的准静态系统仿真验证了采用64QAM调制方案得出的平均吞吐量损耗，确实符合上述简化推导公式。