1148
4、LTE下行鏈路測試測量結果：
4.1、引言
本節(jié)展示了在不同條件下使用LTE下行鏈路信號進行實驗的結果。所有實驗均使用相同的被測設備（DUT），即第3.3節(jié)中描述的陶瓷帶通濾波器。
4.2、誤差矢量幅度（EVM）上升與接收器同步方法
實驗發(fā)現(xiàn)，LTE下行鏈路信號通過DUT后的EVM上升程度很大程度上取決于是德信號分析儀上選擇的同步選項。這些選項包括：
? P-SS（主同步信號）
? RS（參考信號）
使用P-SS同步得到的結果相對較差，如下面的圖11所示。對于相位波動小于30°峰峰值的濾波器，測得的EVM上升幅度較小，但隨著相位波動超過這一水平，EVM迅速增加，信號很快丟失。
使用RS同步則得到了極好的結果。在大多數(shù)情況下，無論濾波器的插入損耗變化、相位波動或群延遲變化如何，測得的EVM上升幅度均小于0.8%均方根值。此外，實驗發(fā)現(xiàn)EVM上升幾乎完全獨立于信號頻率、帶寬和子載波調制類型。
因此，以下各節(jié)中展示的所有下行鏈路結果均使用RS同步方法獲得。
不同同步選項下LTE下行鏈路信號的誤差矢量幅度（EVM）與載波頻率的關系
（信號帶寬=10 MHz，子載波調制=64QAM，源功率=0 dBm）
圖11 - LTE下行鏈路信號通過被測設備（DUT）后的誤差矢量幅度（EVM）與載波頻率的關系，該數(shù)據(jù)是在是德信號分析儀上使用主同步信號（PSS）和參考信號（RS）兩種同步選項測量的。
4.3、誤差矢量幅度（EVM）上升與信號帶寬的關系
LTE信號可以占用多個帶寬之一，包括1.4、3、5、10、15和20 MHz。圖12展示了使用其中一些帶寬進行EVM測試的結果。
在每個測試案例中，LTE信號的載波頻率都被設置為與被測設備（DUT）的極端上邊緣對齊，因為那里的線性失真最大。
從圖12中可以看出，在所有情況下，EVM的上升都非常低。最糟糕的結果是15 MHz帶寬的情況，EVM上升了1%。然而，這可能是由于信號的帶寬（15 MHz）大于DUT的帶寬（14.6 MHz），導致DUT拒絕了信號頻譜的一部分。因此，EVM讀數(shù)較高并不奇怪。
其他信號帶寬的EVM結果表明了一個明顯的趨勢：信號的帶寬越寬，測得的EVM上升越低。這可以通過以下事實來解釋：對于窄帶LTE信號，其資源塊（Resource Blocks）的更大比例位于DUT的帶寬邊緣附近，那里的線性失真最大。因此，平均資源塊EVM水平會更高，導致整個信號的EVM水平更高。
相比之下，帶寬更寬的LTE信號在DUT帶寬邊緣附近的資源塊比例較低。這意味著平均資源塊EVM水平會更低，從而產(chǎn)生更低的整體EVM水平。
LTE下行鏈路信號的誤差矢量幅度（EVM）上升與帶寬的關系
（子載波調制=64QAM，源功率=0 dBm）
圖12 - 不同信號帶寬下LTE下行鏈路信號的誤差矢量幅度（EVM）上升情況。每次測試前都調整了載波頻率，以確保信號位于被測設備（DUT）通帶的極端上邊緣。
4.4、誤差矢量幅度（EVM）上升與載波功率的關系
圖13展示了使用10 MHz帶寬的LTE下行鏈路信號，針對三種不同類型的子載波調制方式進行的功率掃描結果。
在所有情況下，測得的EVM上升值都很低，并且通常不會隨子載波調制類型的不同而有顯著變化。在載波功率高于-20 dBm時，觀察到了最佳結果，此時EVM上升值在0.2%或以下。
當載波功率降至-20 dBm以下時，EVM穩(wěn)步上升。最差的結果是0.8%，這是在-30 dBm載波功率下使用64QAM調制時記錄的。這些結果可以用以下事實來解釋：隨著載波功率的降低，LTE信號的信噪比（SNR）也會降低。此外，可以證明，對于數(shù)字調制信號，EVM與SNR的平方根成反比變化[3]。因此，SNR的降低會導致EVM相應上升。
請注意，由于SNR不佳導致的EVM惡化無法通過LTE信道估計過程進行補償。這是因為信道估計過程旨在考慮無線電信道頻率響應中的固定（或至少緩慢變化）線性變化。它無法考慮由隨機噪聲源引起的快速、瞬態(tài)誤差。
LTE下行鏈路信號誤差矢量幅度（EVM）上升與載波功率的關系
（信號帶寬=10 MHz，中心頻率=884.6 MHz）
圖13 - 不同載波功率水平和子載波調制類型下，10 MHz LTE下行鏈路信號的誤差矢量幅度（EVM）上升情況。
4.5、誤差矢量幅度（EVM）上升與載波頻率的關系
圖14展示了一系列使用位于被測設備（DUT）通帶內不同位置的、帶寬為1.4 MHz的LTE下行鏈路信號進行的EVM測量結果。
從圖中可以看出，在通帶的下半部分，EVM的上升非常低，幾乎無法測量。這是因為，如圖3之前所示，DUT通帶下半部分的振幅、相位和群延遲波動相對較低。這自然導致了較低的EVM結果。
然而，在DUT通帶的上半部分，線性失真更為嚴重。因此，在這個頻率范圍內，EVM的上升相對較高。
LTE下行鏈路信號的誤差矢量幅度（EVM）上升與載波頻率的關系
（信號帶寬=1.4 MHz，源功率=0 dBm）
圖14 - 在不同載波頻率下，1.4 MHz LTE下行鏈路信號的誤差矢量幅度（EVM）上升情況。
4.6、實測結果與3GPP EVM要求的比較
表2將被測設備（DUT）在最壞情況下的實測誤差矢量幅度（EVM）上升與[1]中規(guī)定的3GPP EVM要求進行了比較。盡管被測設備對LTE信號產(chǎn)生了非常高的線性失真，但它仍然輕松地滿足了3GPP標準中的要求。
表2 - 實測結果與3GPP誤差矢量幅度（EVM）要求的比較。被測設備（DUT）結果是通過使用帶寬為10 MHz、子載波調制為64QAM的LTE下行鏈路信號獲得的，該信號位于DUT通帶的極端上邊緣。
5、LTE上行鏈路測試實測結果：
5.1、引言
本節(jié)展示了在不同條件下使用LTE上行鏈路信號進行實驗的結果。所有實驗均使用相同的被測設備（DUT），即第3.3節(jié)中描述的陶瓷帶通濾波器。
在LTE上行鏈路信號中測得的誤差矢量幅度（EVM）上升始終極低，在所有情況下均小于0.7% rms（均方根值），無論濾波器插入損耗變化、相位波動或群延遲變化如何。此外，LTE上行鏈路信號的EVM上升幾乎完全獨立于信號頻率和子載波調制類型。
5.2、EVM上升與載波功率的關系
圖15顯示了使用10 MHz帶寬的LTE上行鏈路信號，針對三種不同類型的子載波調制進行的功率掃描結果。
在所有情況下，測得的EVM上升都很低，并且似乎不會隨子載波調制類型發(fā)生顯著變化。在載波功率高于-15 dBm時觀察到最佳結果，此時EVM上升小于0.2%。
隨著載波功率降至-15 dBm以下，EVM穩(wěn)步增加。最差的結果是0.61%，這是在-30 dBm載波功率和16QAM調制下記錄的。如第5.4節(jié)所述，這些結果可以通過以下事實來解釋：隨著載波功率的降低，LTE信號的信噪比減小。這會導致測得的EVM增加，而LTE信道估計過程無法對此進行補償。
LTE上行鏈路信號的誤差矢量幅度（EVM）上升與載波功率的關系
（信號帶寬=10 MHz，中心頻率=884.6 MHz）
圖15 - 在不同載波功率水平和子載波調制類型下，10 MHz LTE上行鏈路信號的誤差矢量幅度（EVM）上升情況。
5.3、EVM上升與載波頻率的關系
圖16展示了使用帶寬為10 MHz的LTE上行鏈路信號在被測設備（DUT）通帶內不同位置，以及三種不同的子載波調制類型下，進行的一系列誤差矢量幅度（EVM）測量結果。
很明顯，在每個測量頻率下，EVM的上升都非常低，所有情況下均低于0.2%。結果似乎不會隨子載波調制類型發(fā)生顯著變化。有趣的是，EVM值的分布與第5.5節(jié)中展示的1.4 MHz帶寬下行鏈路信號的結果有所不同。這種差異可能是由于這兩個實驗中使用的信號帶寬不同。也有可能是下行鏈路和上行鏈路方向使用的不同調制方案影響了結果（下行鏈路使用OFDMA，上行鏈路使用SC-FDMA）。無論如何，本次實驗中下行鏈路和上行鏈路結果之間的差異很小，而且從系統(tǒng)角度來看，兩種情況下EVM的絕對上升都非常小，幾乎可以忽略不計。
LTE上行鏈路信號的誤差矢量幅度（EVM）上升與載波頻率的關系
（信號帶寬=10 MHz，源功率=0 dBm）
圖16 - 在一系列載波頻率下，10 MHz LTE上行鏈路信號的誤差矢量幅度（EVM）上升情況。
6、結論：
6.1、LTE下行鏈路與上行鏈路信號EVM上升結果的差異
LTE下行鏈路信號與上行鏈路信號所觀察到的EVM上升差異幾乎無法區(qū)分。因此，以下得出的結論同樣適用于下行鏈路和上行鏈路信號，除非另有說明。
6.2、射頻濾波器線性失真導致的實測EVM上升
(1)一般來說，經(jīng)過射頻濾波器處理的LTE信號的EVM上升非常低，通常僅百分之零點幾。即使對于帶內線性失真極高的濾波器，也是如此。
(2)LTE信號上應用的子載波調制類型對射頻濾波器導致的EVM上升影響微乎其微。
(3)射頻濾波導致的LTE信號EVM上升受信號帶寬的影響極小。信號帶寬越窄，EVM上升越大。當信號位于濾波器上帶邊或下帶邊附近時，這種趨勢最為明顯，因為此時的線性失真往往最大。
(4)射頻濾波導致的LTE信號EVM上升受信號在濾波器通帶中位置的影響也極小。一般來說，位于濾波器幅度/相位/群延遲波動較大的頻率上的LTE信號，其EVM上升會比位于通帶更線性區(qū)域的信號更大。
(5)當信號移出濾波器的通帶時，射頻濾波器導致的LTE信號EVM上升會迅速增加。即使只有一小部分信號頻譜位于通帶之外，也是如此。
(6)隨著載波功率的降低，LTE信號的EVM上升會增加。這并不是射頻濾波器存在的結果，而是由于在較低功率水平下接收器動態(tài)范圍受限導致的信噪比降低，進而對EVM性能產(chǎn)生不利影響。
6.3、LTE下行鏈路測量的同步方法
為了獲得最佳測量結果，LTE下行鏈路信號的EVM上升應通過同步到參考信號（RS）來測量，而不是同步到主同步信號（P-SS）。如果無法實現(xiàn)同步到RS，那么測得的EVM上升可能會遠大于實際情況，并且可能需要大幅收緊射頻濾波器的線性度規(guī)格。
6.4、對符合3GPP EVM要求的影響
本次調查的結果表明，射頻濾波對LTE系統(tǒng)整體EVM性能的影響極低，通常僅百分之零點幾。即使濾波器的通帶中存在大量線性失真，也是如此。因此，LTE收發(fā)器中的射頻濾波器不應對系統(tǒng)滿足3GPP標準中規(guī)定的EVM要求的能力產(chǎn)生不利影響。
參考文獻：
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.
