FSMR50矢量信號分析儀的使用和EVM不確定度評定分析

中圖分類號：TN98 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2025）13-0024-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.13.004

Application of FSMR5o Vector Signal Analyzer and EVM Uncertainty Evaluation

LIU Huiyan'SUN Rongxu2 （1.The 27th Research Institute of China Electronic Technology Corporation， Zhengzhou 45o047，China; 2.Nanyang Product Quality Inspection and Testing Center，Nanyang 473OOo，China）

Abstract：[Purposes] How to use FSMR5O vector signal analyzer to achieve accurate measurement of complex vector modulation signal.[Methods] The measurement principle of vector signal modulation quality parameters is described，and the influence of different modulation parameters on calibration results is analyzed in detail according to the calibration specification for vector signal generator，and the uncertainty of EVMcalibration results is evaluated and analyzed.[Findings] Only when the reference frequency，filter combination，filter parameters and symbol rate all meet the requirements of calibration specifications and indexes can accurate measurements of vector-modulated signals be achieved.[Conclusions] Through research，the FSMR5O vector signal analyzer has been successfully implemented to measure the complex vector-modulated signal with high precision.

Keywords：EVM; reference frequency;symbol rate; filter parameters

0 引言

數字通信技術因其具有帶寬利用率高、抗噪聲性能好、保密性強等優勢，已成為現代通信系統的基本技術[]。數字通信產業的迅速發展對矢量調制信號的測量技術提出了更高的要求。矢量信號分析儀作為一種新型的測量儀器，具有時域、頻域、調制域分析能力，可用于復雜矢量調制信號的定性和定量分析，如瞬時信號、突發信號、通信系統中的調制信號等[2]。

誤差矢量幅度（ErrorVectorMagnitude，EVM）是衡量矢量調制信號調制質量的關鍵技術指標[3]。本研究基于Ramp;S公司的FSMR50矢量信號分析儀選件（以下簡稱VSA）和Agilent公司的E8267D矢量信號發生器，分析矢量調制信號校準過程中的解調參數設置和EVM的不確定度評定。

1調制質量參數

誤差矢量幅度對矢量調制信號來說是所有影響調制質量因素的綜合指標，可以十分全面地反映矢量調制信號的調制精度[4]。誤差矢量的坐標圖如圖1所示，其中EVM是參考矢量幅度和測量矢量幅度之間的差值，具體計算見式（1）。

式中： I_?M 和 Q_?M 分別表示被測矢量信號的兩路正交分量； I_?R 和 Q_?R 分別表示理想參考信號的兩路正交分量。

圖1誤差矢量的坐標圖

矢量信號分析儀在測量矢量調制信號時，EVM是一串碼元序列的統計結果，通常采用EVM均方根的平均值表征。因此，FSMR50采用EVM-RMS-AVG表示，其單位是 % 或dB，可通過式2進行轉換。

2矢量調制信號校準

矢量信號分析儀通過正交解調和分析，實現對頻率、功率和調制準確度的測量。其中，星座圖、眼圖、矢量圖、相位軌跡圖等是矢量調制信號測量的直觀表達形式，碼元表和調制質量參數列表給出了碼元符號的二進制位和誤差列表[2]。

矢量信號發生器置于用戶定義矢量調制狀態。當矢量信號分析儀校準矢量調制信號時，其中心頻率設置值和矢量信號發生器的輸出頻率一致，隨后設置解調方式和調制參數（包括濾波器組合、符號速率、滾降系數或歸一化帶寬等）[5。校準時儀器連接如圖2所示。

圖2校準矢量調制信號儀器連接

2.1參考頻率

矢量信號分析儀校準矢量調制信號時，必須將矢量信號發生器的參考頻率輸出端口連接至矢量信號分析儀的參考頻率輸入端口，并將矢量信號分析儀的參考頻率設置為外參考，這樣可消除兩臺儀器之間的相對頻率誤差。使用計算計數器EE3301A分別測量VSA和E8267D的 10MHz 參考頻率，測量結果VSA為9.99999956MHz，E8267D為 9.999999691MHz 。

E8267D設置自定義矢量調制信號（載頻 1GHz ，調制方式QPSK，符號速率 4MHz ，濾波器為RNYQ，濾波器系數為0.3）。選取不同的頻率點，VSA分別設置與E8267D同參考頻率和不同參考頻率進行校準，校準結果見表1。

表1VSA同頻和非同頻的EVM校準值和載頻誤差值

由表1可知，矢量信號分析儀在同參考頻率和不同參考頻率時校準得到的EVM值基本一致。由于《矢量信號發生器校準規范》（JJF1174—2017）中關于頻率誤差值范圍要求滿足 ±（5～15）Hz^[6] ，而不同參考頻率設置時得到的載頻誤差校準值明顯不滿足校準規范要求，所以VSA校準E8267D輸出的矢量調制信號時，必須將E8267D的 10MHz 參考輸出端口連接至VSA的 10MHz 輸入端口。

2.2 濾波器類型

矢量信號發生器生成矢量調制信號時，經過脈沖成型濾波器（即發送濾波器），以最小化符號間干擾。為了使矢量信號分析儀獲得最佳的信號分析結果，考慮了相應的測量濾波器和參考濾波器。測量濾波器必須與發送濾波器相對應；參考濾波器設置必須與被測系統的整體（發送端和接收端）信道濾波器特性相匹配[4]。升余弦濾波器簡稱RC或NYQ，根升余弦濾波器簡稱RRC或RNYQ，高斯濾波器簡稱GAUSS。VSA中濾波器組合見表2。

表2VSA中濾波器組合

E8267D設置載頻 1GHz ，調制方式QPSK，符號速率 4MHz ，濾波器為RNYQ，滾降系數為0.3；VSA設置載頻 1GHz ，解調方式QPSK，符號速率 4MHz 滾降系數0.3，測量濾波器和參考濾波器組合分別選擇：無、RC；RRC、RRC；無、GAUSS。校準結果如圖3至圖5所示。由圖3至圖5可知，E8267D發送濾波器為RNYQ時，VSA濾波器組合只有在設置為RRC、RRC時，校準可以得到理想星座圖，EVM值為 0.513% 。VSA濾波器組合選擇不匹配時，校準得到的星座圖中含有寄生信號或干擾信號。

圖3濾波器組合RRC、無、RC

圖4濾波器組合RRC、RRC、RRC

圖5濾波器組合RRC、無、GAUSS

2.3 濾波器參數

矢量信號分析儀中的測量濾波器類型和Al- 帶寬系數設置必須與矢量信號發生器中的設置完全一致。E8267D設置載頻 1GHz ，調制方式QPSK，符號速率 1MHz ，濾波器RNYQ，滾降系數0.3;VSA設置載頻 1GHz ，解調方式QPSK，濾波器RRC、RC，符號速率 1MHz ，分別設置滾降系數0.3和0.33，校準得到結果如圖6至圖9所示。

由圖6和圖7可知，當滾降系數設置一致時，EVM值整體較小，誤差頻譜非常平坦，EVM值為0.400% 。由圖8和圖9可知，當滾降系數設置不一致時，EVM值明顯增大，誤差頻譜在邊緣處明顯增大，EVM值為 0.443% 。

2.4符號速率

符號速率是指單位時間內通過信道傳輸的符號數（單位是 Hz 或symbol/s或Baud）[7]。矢量調制信號是類噪信號，占有一定的頻帶寬度，符號速率和頻帶寬度密切相關，符號速率越低，傳輸所要求

圖6滾降系數一致時EVM值

圖7滾降系數一致時誤差頻譜

圖9滾降系數不一致時誤差頻譜

的帶寬越窄[8]。最大符號速率受限于帶寬和濾波器滾降系數（alpha），FSMR50VSA中，選取升余弦濾波器、帶寬最大值為 28MHz 、符號速率要滿足symbolrate ?（1+alpha）?28MHz 。

矢量信號分析儀校準矢量調制信號時，必須將矢量信號分析儀和矢量信號發生器的符號速率設置完全一致，否則即使是非常微小的差異也會導致EVM校準值的巨大差異。E8267D設置載頻 1GHz ，調制方式16QAM，符號速率 1MHz ，濾波器RNYQ，滾降系數0.3；VSA設置載頻 1GHz ，解調方式16QAM，濾波器RRC、RC，滾降系數O.3，分別設置符號速率 1MHz 和 1.00005MHz ，校準結果如圖10和圖11所示。

由圖10可知，當符號速率設置一致時，EVM值整體較小，EVM值為 0.396% 。由圖11可知，當符號速率不一致，僅僅相差 0.005% 時，EVM值只在解調范圍的中心才實現最佳匹配，其余點的EVM值明顯增大，EVM值為 1.109% ○

圖10符號速率一致時EVM值

圖11符號速率不一致時EVM值

3EVM測量不確定度評定

本研究僅評定基于FSMR50VSA對E8267D矢量信號發生器（載波頻率 1GHz ，調制方式QPSK，符號速率 4MHz ，濾波器為RRC，濾波器系數為0.3）產生的矢量調制信號測量結果的測量不確定度。

3.1 數學模型

VSA采用直接測量法對E8267D產生的矢量調制信號進行校準，VSA中EVM示值即為校準結果，數學模型為： Y=X 。

3.2測量不確定度來源

在滿足《矢量信號發生器校準規范》（JJF1174—2017）要求的環境條件下，環境溫度、相對濕度、供電電壓、電磁等因素產生的影響可以忽略。EVM的測量不確定度來源有FSMR50VSA的剩余EVM本底噪聲引人的標準不確定度分量 u₁ 、

VSA測量分辨力誤差引入的標準不確定度分量 u₂ ）測量重復性引入的標準不確定度分量 u₃^[6] 。

3.3測量結果不確定度分析

由FSMR50矢量信號分析儀說明書可知，符號速率為 4MHz 時，剩余EVM本底噪聲為 1.0% ，假設u₁ 服從均勻分布，取 ，按 B 類方法進行評定，可得u1= 0

FSMR50矢量信號分析儀分辨力為 0.001% ，假設 u₂ 服從均勻分布，取 ，按 B 類方法進行評定，可得

測量重復性引入的不確定度分量 u₃ 用10次測量實驗標準偏差評估，VSA示值見表3。

表3EVM的重復性測試結果

單次測量值的實驗標準偏差的計算為 。

由于各不確定度分量獨立不相關，因此合成標準不確定度 u_c 的計算為 。

擴展不確定度 U=ku_c ，取包含因子 k=2 ，計算擴展不確定度，可得 U=ku_c=1.2% 。

4結語

通過研究分析發現，只有在參考頻率、濾波器組合、濾波器參數和符號速率等均滿足《矢量信號發生器校準規范》（JJF1174—2017）及矢量信號發生器和FSMR50矢量信號分析儀指標要求時，FSMR50矢量信號分析儀才能實現對復雜矢量調制信號的高精度測量。

參考文獻：

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[8]邱冬冬，魯新龍，杜建堯，等.直序擴頻信號碼元的同步方法研究[J].國外電子測量技術，2012，31（9）：23-26.