LTE和WCDMA接收机比较：EVM相关因素

在第11.3.4节中，LTE下行链路预算设定为8%左右。在WCDMA中，即使是在HSDPA操作中，LTE下行链路预算的可接受范围也只为10%～12%。与WCDMA相比，LTE的要求显得更为严格。但是，LTE的创新之处在于EVM测量采用了迫零均衡器（参见11.3.4节）。因此，必须搞清楚那些类似AWGN的限制条件和那些可以进行均衡操作的限制条件之间的差异，使其对UE接收机来说是透明的。这是LTE与WCDMA的一个非常重要的差异。当SF足够大时，每个EVM限制条件的作用与AWGN类似^[36]。本节通过选取若干个典型的损害条件（如I/Q增益、相位失衡、ACF失真和DCR本振相位噪声），来说明这些差异。

11.8.4.1 由I/Q幅度和相位失配引起的有限镜像抑制的影响

在实际模拟/RF设计中，设计一个能够确保I分支和Q分支之间增益和相位响应相同的理想DCR几乎是不可能的。因此，DCR面临着两大自然损害：幅度和相位失配，分别用ΔA和ΔΦ^[8]来表示，它们会导致有限镜像抑制（Image Re-jection，IR）的发生。有限IR会造成每个子载波与位于其频率镜像处的子载波发生重叠，如图11-48所示^[9]。子载波与其镜像的功率比是由IR进行定义的。假定每个子载波携带的符号不相关，则IR对LTE的影响与单载波系统相同，且可以将其看作是一个AWGN源^[37]。

图11-48 有限镜像抑制

图11-49给出了使用Agilent^TM89600矢量信号分析仪（Vector Signal Analy-zer，VSA）完成的EVM测量，它给出了误差矢量频谱（Error Vector Spectrum，EVS）。EVS是一个用于描述每个子载波误差矢量大小的工具。图11-49b给出了LTE复合EVS，即它是每个物理信道EVS的叠加结果，图中黑线部分表示EVS平均值。图11-49中的EVS频谱平坦度证明了在两种标准下，由IR形成的EVM特性与AWGN类似。

11.8.4.2 带内模拟滤波器幅度和群延迟失真的影响

1.零中频（IF）低通滤波器影响因素

图11-50给出了I/Q信道原型滤波器^[10]对测量结果^[11]的影响，该原型滤波器与参考文献[31]中的5MHz 16QAM LTE和WCDMA下行链路载波类似。在图11-50c中，每个星座点的扩展相等，它证明了WCDMA中的EVM_LPF特性与AWGN类似，在这个实例中，会影响8%的EVM性能。图11-50b说明在不使用均衡器的情况下，最外面的子载波受到的影响最大，位于中间的子载波健壮性最好。使用迫零（ZF）均衡器，会使得EVS曲线变得平坦，且能够将复合EVM值降低1.2%左右。

图11-49 WCDMA和OFDM下行链路载波上ΔA和ΔΦ的影响（当ΔA=1.75dB时）

可以得出这样的结论，与WCDMA调制相比，LTE放宽了对LPF损害因素预算的要求。(www.xing528.com)

图11-50 I/QACF对5MHzLTE（N_RB=25）和WCDMA下行链路载波中复合EVM测量值的影响

2.零中频（IF）高通滤波器影响因素

11.8.1.2节中描述的IMD₂结果可以生成一个较大的DC分量，为了满足ADC目标BO要求，通过将I/Q功率放大几个分贝，就可以达到饱和状态。在WCDMA中，可以使用高通滤波器（HF）来滤除DC分量，参考文献[36]证明它对EVM的影响与AWGN类似。HPF设计是一种在EVM、电容器尺寸、占模片区和直流稳定时间^[12]之间的折中。可以选择截止频率为4.5kHz、群延迟失真超过CP长度的1阶无源高通滤波器来说明对LTE的影响。与LPF或BPF测试条件不同，靠近载波中心位置的子载波健壮性最差，如图11-51所示。举例来说，当带宽为1.4MHz时，占据载波中心位置的主同步信号（Primary Synchronization Signal，PSS）的EVM为7.5%，而由于分配给QPSK用户的带宽增加，其EVM也随之增加，如图11-51c和图11-51d所示。受失真影响的RS非常少，以至于迫零（ZF）均衡器都无法降低HPF的影响。因此，在LTE中，设计DC频偏补偿机制时一定要谨慎。

图11-51 当ZF均衡器工作时，4.5kHzHPF原型对测量值¹²的影响（星号表示PSSEVM平均值，菱形表示复合EVM平均值，方形表示QPSK用户EVM平均值）

11.8.4.3 锁相环相位噪声的影响

如果下行链路OFDM信号只是一组未调制的间隔很近的CW音频信号，则DCR混频器的相关I/Q输出等于每个CW音频信号与本振相位噪声（Phase Noise，PN）之积，如图11-52a所示。显而易见，任何大于子载波间隔的相位噪声都会导致SNR劣化。在大多数与PN有关的研究成果^[38，39]中，位于载波高频偏和低频偏处的PN限制因素之间存在着差别。靠近中心的PN将生成一个所有子载波都相同的随机相位旋转，又称为公共相位误差（Common Phase Error，CPE）。可以对CPE进行估计，因而也可以对其进行校正。高频偏相位噪声分量会生成载波间干扰（ICI）。该限制因素可看作是一个AWGN模型，且无法进行校正。由劣化的相位噪声分布导致的CPE和ICI如图11-52c所示，其中LTE16QAM用户数据既受到星座旋转的影响，又受到状态扩展的影响。

总之，当频偏≥15kHz时，LTE中的OFDM子载波间隔引入了一条与本振相位噪声有关的新要求。在WCDMA中，该损害因素的EVM取决于综合本振相位误差，而LTE与WCDMA不同。

图11-52 相位噪声的影响