(完整版)常用通信射频指标的意义

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么我们假设空间衰落-200dB，发射信号带宽 1Hz，功率 50dBm，信噪比 50dB，接收机收到信 号的 SNR 是多少？ 接收机收到信号的功率是 50-200=-150Bm（带宽 1Hz），而发射机的噪声 50-50=0dBm 通过空 间衰落，到达接收机的功率是 0-200=-200dBm（带宽 1Hz）？这时候这部分噪声早已被“淹 没”在-174dBm/Hz 的自然噪声底之下了，此时我们计算接收机入口的噪声，只需要考虑-17 4dBm/Hz 的“基本成分”即可。 这在通信系统的绝大部分情况下是适用的。
基础概念！ 基础概念！ 基础概念！ 重要的事情说三遍。 当你写完“EVM 可能随着 Front-End 的 IL 增大而恶化”的时候，如果阅读者是一个基础概 念知识都不好的工程师（工厂里的工程师很多都是如此），人家第一反应是“EVM 是什么”， 继而是“EVM 是为什么会跟 IL 有关系”，然后还可能是“EVM 还跟什么指标有关系”——这 就没完没了了。 所以我这里打算“扯到哪算哪”，把一些常见的概念列举出来，抛砖引玉，然后看看效果如 何。
SEM 是提供一个“频谱模版”，然后在测量发射机带内频谱泄漏的时候，看有没有超出模版 限值的点。可以说它与 ACLR 有关系，但是又不相同：ACLR 是考虑泄漏到邻近信道中的平均 功率，所以它以信道带宽为测量带宽，它体现的是发射机在邻近信道内的“噪声底”；SEM 反映的是以较小的测量带宽（往往 100kHz 到 1MHz）捕捉在邻近频段内的超标点，体现的是 “以噪声底为基础的杂散发射”。 如果用频谱仪扫描 SEM，可以看到邻信道上的杂散点会普遍的高出 ACLR 均值，所以如果 AC LR 指标本身没有余量，SEM 就很容易超标。反之 SEM 超标并不一定意味着 ACLR 不良，有一 种常见的现象就是有 LO 的杂散或者某个时钟与 LO 调制分量（往往带宽很窄，类似点频）串 入发射机链路，这时候即便 ACLR 很好，SEM 也可能超标。
ACLR/ACPR 我们把这些项目放在一起，是因为它们表征的实际上是“发射机噪声”的一部分，只是这些 噪声不是在发射信道之内，而是发射机泄漏到临近信道中去的部分，可以统称为“邻道泄漏”。 其中 ACLR 和 ACPR（其实是一个东西，不过一个是在终端测试中的叫法，一个是在基站测试 中的叫法罢了），都是以“Adjacent Channel”命名，顾名思义，都是描述本机对其他设备 的干扰。而且它们有个共同点，对干扰信号的功率计算也是以一个信道带宽为计。这种计量 方法表明，这一指标的设计目的，是考量发射机泄漏的信号，对相同或相似制式的设备接收 机的干扰——干扰信号以同频同带宽的模式落到接收机带内，形成对接收机接收信号的同频 干扰。 在 LTE 中，ACLR 的测试有两种设置，EUTRA 和 UTRA，前者是描述 LTE 系统对 LTE 系统的干 扰，后者是考虑 LTE 系统对 UMTS 系统的干扰。所以我们可以看到 EUTRAACLR 的测量带宽是 LTE RB 的占用带宽，UTRA ACLR 的测量带宽是 UMTS 信号的占用带宽（FDD 系统 3.84MHz，T DD 系统 1.28MHz）。换句话说，ACLR/ACPR 描述的是一种“对等的”干扰：发射信号的泄漏 对同样或者类似的通信系统发生的干扰。 这一定义是有非常重要的实际意义的。实际网络中同小区邻小区还有附近小区经常会有信号 泄漏过来，所以网规网优的过程实际上就是容量最大化和干扰最小化的过程，而系统本身的 邻道泄漏对于邻近小区就是典型的干扰信号；从系统的另一个方向来看，拥挤人群中用户的 手机也可能成为互相的干扰源。 同样的，在通信系统的演化中，从来是以“平滑过渡”为目标，即在现有网络上升级改造进 入下一代网络。那么两代甚至三代系统共存就需要考虑不同系统之间的干扰，LTE 引入 UTR A 即是考虑了 LTE 在与 UMTS 共存的情形下对前代系统的射频干扰。
作为发射机性能指标的 EVM 这里我想拓开来讲一下 EVM 在衡量发射机性能上的作用。 做 802.11 系统的工程师，往往用 EVM 来衡量 Tx 线性度；而做 3GPP 系统的工程师，则喜欢 用 ACLR/ACPR/Spectrum 来衡量 Tx 线性性能。 从起源上讲，3GPP 是蜂窝通信的演进道路，从一开始就不得不关注邻信道、隔信道（adjac ent channel, alternative channel）的干扰（北邮通信工程毕业的学生应该都学过怎么按 照六边形小区推算最近的邻频小区）。换句话说，干扰是影响蜂窝通信速率的第一大障碍， 所以 3GPP 在演进的过程中，总是以“干扰最小化”为目标的：GSM 时代的跳频，UMTS 时代 的扩频，LTE 时代 RB 概念的引入，都是如此。 而 802.11 系统是固定无线接入的演进，它是秉承 TCP/IP 协议精神而来，以“尽最大能力的 服务”为目标，802.11 中经常会有时分或者跳频的手段来实现多用户共存，而布网则比较 灵活（毕竟以局域网为主），信道宽度也灵活可变。总的来说它对干扰并不敏感（或者说容 忍度比较高）。 通俗的讲，就是蜂窝通信的起源是打电话，打不通电话用户会去电信局砸场子；802.11 的 起源是局域网，网络不好大概率是先耐着性子等等（其实这时候设备是在作纠错和重传）。 这就决定了 3GPP 系列必然以 ACLR/ACPR 一类“频谱再生”性能为指标，而 802.11 系列则可 以以牺牲速率来适应网络环境。 具体说来，“以牺牲速率来适应网络环境”，就是指的 802.11 系列中以不同的调制阶数来 应对传播条件：当接收机发现信号差，就立即通知对面的发射机降低调制阶数，反之亦然。 前面提到过，802.11 系统中 SNR 与 EVM 相关很大，很大程度上 EVM 降低可以提高 SNR。这样 我们就有两种途径改善接收性能：一是降低调制阶数，从而降低解调门限；二是降低发射机 EVM，使得信号 SNR 提高。 因为 EVM 与接收机解调效果密切相关，所以 802.11 系统中以 EVM 来衡量发射机性能（类似 的，3GPP 定义的蜂窝系统中，ACPR/ACLR 是主要影响网络性能的指标）；又因为发射机对 E VM 的恶化主要因为非线性引起（譬如 PA 的 AM-AM 失真），所以 EVM 通常作为衡量发射机线 性性能的标志。
TxPower（发射功率） 发射功率的重要性，在于发射机的信号需要经过空间的衰落之后才能到达接收机，那么越高 的发射功率意味着越远的通信距离。 那么我们的发射信号要不要讲究 SNR？譬如说，我们的发射信号 SNR 很差，那么到达接收机 的信号 SNR 是不是也很差？ 这个牵涉到刚才讲过的概念，自然噪声底。我们假设空间的衰落对信号和噪声都是效果相同 的（实际上不是，信号能够通编码抵御衰落而噪声不行）而且是如同衰减器一般作用的，那
SEM (Spectrum Emission Mask) 讲 SEM 的时候，首先要注意它是一个“带内指标”，与 spurious emission 区分开来，后者 在广义上是包含了 SEM 的，但是着重看的其实是发射机工作频段之外的频谱泄漏，其引入也 更多的是从 EMC（电磁兼容）的角度。
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这是发射机天线口处的信噪比，反映的是发射信号的“固有信噪比”。 在（一）中我们曾经解释过为什么发射信号的信噪比不是那么重要，原因有二：第一是发射 信号的 SNR 往往远远高于接收机解调所需要的 SNR；第二是我们计算接收灵敏度时参考的是 接收机最恶劣的情况，即在经过大幅度空间衰落之后，发射机噪声早已淹没在自然噪声底之 下，而有用信号也被衰减到接收机的解调门限附近。 但是发射机的“固有信噪比”在某些情况下是需要被考虑的，譬如近距离无线通信，典型的 如 802.11 系列。 802.11 系列演进到 802.11ac 的时候，已经引入了 256QAM 的调制，对于接收机而言，即便 不考虑空间衰落，光是解调这样高阶的正交调制信号就已经需要很高的信噪比，EVM 越差， SNR 就越差，解调难度就越高。 这是发射机天线口处的信噪比，反映的是发射信号的“固有信噪比”。 在（一）中我们曾经解释过为什么发射信号的信噪比不是那么重要，原因有二：第一是发射 信号的 SNR 往往远远高于接收机解调所需要的 SNR；第二是我们计算接收灵敏度时参考的是 接收机最恶劣的情况，即在经过大幅度空间衰落之后，发射机噪声早已淹没在自然噪声底之 下，而有用信号也被衰减到接收机的解调门限附近。 但是发射机的“固有信噪比”在某些情况下是需要被考虑的，譬如近距离无线通信，典型的 如 802.11 系列。 802.11 系列演进到 802.11ac 的时候，已经引入了 256QAM 的调制，对于接收机而言，即便 不考虑空间衰落，光是解调这样高阶的正交调制信号就已经需要很高的信噪比，EVM 越差， SNR 就越差，解调难度就越高。
Rx Sensitivity（接收灵敏度） 接收灵敏度，这应该是最基本的概念之一，表征的是接收机能够在不超过一定误码率的情况 下识别的最低信号强度。这里说误码率，是沿用 CS（电路交换）时代的定义作一个通称， 在多数情况下，BER (bit error rate)或者 PER (packet error rate)会用来考察灵敏度， 在 LTE 时代干脆用吞吐量 Throughput 来定义——因为 LTE 干脆没有电路交换的语音信道， 但是这也是一个实实在在的进化，因为第一次我们不再使用诸如 12.2kbps RMC（参考测量 信道，实际代表的是速率 12.2kbps 的语音编码）这样的“标准化替代品”来衡量灵敏度， 而是以用户可以实实在在感受到的吞吐量来定义之。
EVM（误差矢量） 首先，EVM 是一个矢量值，也就是说它有幅度和角度，它衡量的是“实际信号与理想信号的 误差”，这个量度可以有效的表达发射信号的“质量”——实际信号的点距离理想信号越远， 误差就越大，EVM 的模值就越大。 发射信号的 EVM 与 SNR EVM 是如何与 SNR 扯上关系的呢？这里摘录一段度娘上的文献：
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温故而知新 这篇文章的初衷是源自给工厂工程师写的一份“操作指南”，按理说写这些东西对于工作了 十来年的人来说应该是手到擒来的，但是真正写的时候就发现原本计划提纲挈领的东西写成 了冗长无比的八股文。 写完之后回头读一读，发现其实问题只有一个：
SNR（信噪比） 讲灵敏度的时候我们常常联系到 SNR（信噪比，我们一般是讲接收机的解调信噪比），我们 把解调信噪比定义为不超过一定误码率的情况下解调器能够解调的信噪比门限（面试的时候 经常会有人给你出题，给一串 NF、Gain，再告诉你解调门限要你推灵敏度）。那么 S 和 N 分别何来？ S 即信号 Signal，或者称为有用信号；N 即噪声 Noise，泛指一切不带有有用信息的信号。 有用信号一般是通信系统发射机发射出来，噪声的来源则是非常广泛的，最典型的就是那个 著名的-174dBm/Hz——自然噪声底，要记住它是一个与通信系统类型无关的量，从某种意义 上讲是从热力学推算出来的（所以它跟温度有关）；另外要注意的是它实际上是个噪声功率 密度（所以有 dBm/Hz 这个量纲），我们接收多大带宽的信号，就会接受多大带宽的噪声— —所以最终的噪声功率是用噪声功率密度对带宽积分得来。
Modulation Spectrum/Switching Spectrum 而退回到 GSM 系统，Modulation Spectrum（调制谱）和 Switching Spectrum（切换谱，也 有称为开关谱的，对舶来品不同翻译的缘故）也是扮演了邻道泄漏相似的角色。不同的是它 们的测量带宽并不是 GSM 信号的占用带宽。从定义上看，可以认为调制谱是衡量同步系统之 间的干扰，而切换谱是衡量非同步系统之间的干扰（事实上如果不对信号做 gating，切换 谱一定是会把调制谱淹没掉的）。 这就牵涉到另一个概念：GSM 系统中，各小区之间是不同步的，虽然它用的是 TDMA；而相比 之下，TD-SCDMA 和之后的 TD-LTE，小区之间是同步的（那个飞碟形状或者球头的 GPS 天线 永远是 TDD 系统摆脱不了的桎梏）。 因为小区间不同步，所以 A 小区上升沿／下降沿的功率泄漏可能落到 B 小区的 payload 部分， 所以我们用切换谱来衡量此状态下发射机对邻信道的干扰;而在整个 577us 的 GSM timeslot 里，上升沿／下降沿的占比毕竟很少，多数时候两个相邻小区的 payload 部分会在时间上交 叠，评估这种情况下发射机对邻信道的干扰就可以参考调制谱。