現代無線技術可增加訊號頻寬，並使用高階調變機制來實現更快的資料速率。然而，其規範要求也因而變得更嚴苛，業者需要為此做好準備。
儘管下一代802.11標準的802.11be Wi-Fi 7仍處於早期開發階段，業者普遍看好其未來發展。Wi-Fi 7將帶來許多新特性，可進一步提升傳輸速率，並支援各式各樣的即時應用。這些特性包括320MHz傳輸頻寬、4096-QAM調變，以及支援更多空間串流的多輸入多輸出(MIMO)增強特性。和802.11ax一樣，802.11be也可在2.4、5和6GHz頻段運作。為了透過緊密調變機制來實現更大的資料容量，業者須符合嚴格的誤差向量振幅(EVM)要求。
EVM量測基本原理
誤差向量是指在給定時間內，理想參考訊號與量測訊號的差異。換句話說，它是理想訊號衰減後所出現的殘餘雜訊和失真。視採用的技術而定，量測者可採用理想訊號平均功率平方根百分比、平均符碼功率平方根百分比，或是訊號峰值位準百分比(通常由星座圖的角落狀態定義)來呈現EVM值。
量測者也可以將EVM值以dB為單位呈現，有些無線網路標準以相對星座圖誤差(RCE)一詞來指稱EVM。誤差向量雖有一個相位值，但此角度通常是隨機數值，因為其為誤差本身和資料符碼在星座圖位置的函數(實際上是隨機的)。量測者可在實際相量與理想相量之間，量測到一個更有用的角度，其中包含讓量測人員能對訊號問題進行除錯的寶貴資訊。與此相同，IQ誤差振幅或振幅誤差，可顯示實際訊號與理想訊號之間的振幅差(圖1)。
圖1 EVM是實際量測訊號與理想參考訊號之間的差異
EVM在IEEE 802.11be的作用
EVM量測可讓量測者深入洞察通訊發射器和接收器的效能。量測結果可呈現波形失真情形，讓量測者清楚掌握裝置的相位、振幅和雜訊特性。此外，美國電機電子工程師學會(IEEE)在標準中定義了可允許的最大發射器星座圖誤差。可允許的最大值取決於資料傳輸速率或星座圖的大小，因為更高階的星座圖需要更高的調變準確度(圖2)。
圖2 3GPP TS 38.101-1對於不同調變機制的EVM要求
然而，任何可能影響訊號振幅和相位的訊號缺損，例如IQ不平衡，或是基頻、中頻或射頻的元件非線性度，都會影響到EVM量測結果。因此，EVM已成為一項關鍵量測項目。
影響EVM量測結果的因素
EVM是一種誤差參數，因此系統內的所有誤差源都會對它造成影響。藉由計算所有缺損導致接收和發射訊號失真的程度，可以量化它們對EVM的影響。另一方面，新標準也帶來新的挑戰，以下幾點為可能導致誤差的因素：
．頻寬的增加會產生更多雜訊，進而導致訊噪比(SNR)下降
．局部震盪器(Local Oscillator, LO)的相位雜訊
．複合調變需求所導致的IQ調變器缺損
．來自功率放大器的雜訊
由於待測裝置(DUT)的EVM非常接近系統的EVM，使得EVM的量測挑戰不斷提升。量測中最大的干擾因素是寬頻接收器產生的寬頻雜訊，以及頻寬增加導致SNR降低。如欲量測裝置在這些條件下的效能，測試系統的殘餘EVM雜訊底線必須夠低，才能測出待測裝置的真實效能。測試系統的殘餘EVM效能不應是主要的誤差源，否則將會掩蓋裝置的真實效能。
舉例而言，802.11ax標準將1024QAM下的發射器EVM規格要求設為-35dB，而晶片研發工程師希望訊號分析儀的殘餘EVM底線設置低於-45dB。當進行生產測試，且測試邊限為5dB時，EVM效能應小於-40dB。訊號分析儀LO訊號的相位雜訊會被轉換為訊號分析儀混頻器的輸入訊號(圖3)。相位雜訊對IQ星座圖的直接影響是符碼的徑向模糊(Radial Smearing)。在256QAM等高階調變機制下，各個符碼靠得更近，因此對EVM效能的要求更高。為此，量測者須確保訊號分析儀的相位雜訊效能不會影響EVM量測結果，以避免造成更大的EVM量測誤差。
圖3 訊號分析儀方塊圖
相位雜訊也是導致正交分頻多工(OFDM)系統出現EVM問題的主要原因。OFDM是寬頻數位通訊常用的調變機制。它使用許多間隔很近的正交子載波訊號，每個訊號都有自己的調變機制，以便同時傳輸不同資料。當相位雜訊效能不佳的LO進行轉頻時，具有相位雜訊的子載波會散播到其他子載波中並形成干擾。
OFDM具有很高的峰均功率比(PAPR)，使得訊號波峰很容易出現大幅度的波動。OFDM的高PAPR值，代表在相同通道功率下，放大器將在接近飽和的情況下運作，因而導致訊號峰值削波，進而使EVM惡化。此外，功率放大器特有的非線性度會造成頻譜再生(Spectral Regrowth)，導致相鄰通道干擾，並違反監管機構規定的頻外放射(Out-of Band Emissions)標準。它也可能導致頻內失真，使得EVM問題進一步惡化。
了解訊號分析儀的功能和效能，是執行準確且可穩定重測的第一步。藉由確認這些特性，便可獲得準確的EVM量測結果，並符合各種標準要求。
EVM量測工具
在全面了解EVM及其對新標準的重要性後，接下來將深入探討如何將EVM量測最佳化，以及如何測試無線區域網路(WLAN)發射器的真實效能，確保無線裝置符合下一代IEEE標準的規範。
Keysight N9042B UXA X系列訊號分析儀和擴頻器提供11GHz的分析頻寬，以及寬廣的動態範圍和極佳的殘餘EVM。此外，該系列配備現成可用的量測應用軟體和向量訊號分析軟體，可協助工程師進行必要的測試，確保其設計符合最新標準。
Keysight N9042B訊號分析儀使用高度客製化的訊號路徑前端，可提供出色的雜訊效能。此儀器提供優秀的掃描平均顯示雜訊位準(DANL)，在1GHz時低至-174dBm。該分析儀也提供出色的動態範圍，可在大訊號中，精確量測雜訊附近的小訊號。相較於市面上其他訊號分析解決方案，Keysight N9042B提供110GHz的頻率範圍，可在更寬的功率範圍內，將EVM效能提升50%(圖4)。
圖4 Keysight UXA EVM效能與功率位準
PathWave向量訊號分析(VSA)軟體是訊號分析儀的核心，可確保業者的設計符合法規要求。Keysight 89600 VSA軟體是完整的解調和VSA工具套件，支援超過75種訊號標準和調變類型。利用VSA軟體，工程師可探索訊號每一個面向，以便將其尖端設計最佳化，並大幅縮減量測設定及產出重複結果的時間。工程師還可使用選項89601BHXC來量測WLAN 802.11n/ac/ax/be訊號(圖5)，並使用選項89601B7RC來量測WLAN 802.11a/b/g/j訊號，進行頻域、時域和調變域量測。這些WLAN選項提供先進的除錯和評估工具套件，讓工程師能得心應手地分析各種新舊WLAN訊號。例如，為因應最新標準的要求，是德科技WLAN選項涵蓋多使用者多輸入/多輸出(MU-MIMO)和OFDMA等技術。
圖5 802.11be訊號以誤差摘要表、偵測到的叢發資訊，以及解碼後的SIG資訊，來顯示深入的位元級分析結果
緊跟最新標準要求 訊號分析洞察裝置性能
使用具有優異相位雜訊效能的訊號分析儀，是洞察裝置真實特性的關鍵要素，可確保裝置符合最新的標準和法規要求。具有相關需求的企業應花時間進行進階除錯，並審慎評估專為因應新舊WLAN訊號分析挑戰而設計的工具套件，以避免讓過多的雜訊阻礙準確的EVM量測，才能獲得真正有參考價值的量測結果。
(本文作者為是德科技EMEAI市場專案經理)