FEM，F(xiàn)ront-end Modules，即射頻前端模塊。在硬件電路中，前端模塊主要完成射頻信號(hào)的發(fā)送放大和接受放大，以及起到功率檢測(cè)、控制和開(kāi)關(guān)的功能。FEM集成了功率放大器PA、低噪聲放大器LNA和開(kāi)關(guān)SW，其中最重要的便是射頻功率放大器（RF PA，radiofrequency power amplifier）。在發(fā)射機(jī)的前級(jí)電路中，射頻信號(hào)通過(guò)功率放大器進(jìn)行放大，得到足夠的射頻功率，再提供給天線進(jìn)行輻射。

輸出功率和效率是衡量射頻放大器功能中相當(dāng)重要的指標(biāo)。輸出功率的提高，輔以高增益和低電流帶來(lái)的效率提升，是評(píng)價(jià)射頻放大器性能的金標(biāo)準(zhǔn)。

在輸出功率的測(cè)量數(shù)據(jù)中，我們經(jīng)常能看到如以下指標(biāo)：

802.11ax output power: +18.5 dBm, -43 dB DEVM, MCS11

在這項(xiàng)指標(biāo)中，802.11ax即為我們?nèi)粘Ｋf(shuō)的Wi-Fi 6，Wi-Fi 6 協(xié)議升級(jí)引入的1024 QAM調(diào)制方式，提供了更高階的編碼組合MCS10和MCS11。-43 dB DEVM則規(guī)定了802.11ax的發(fā)射信號(hào)質(zhì)量為動(dòng)態(tài)誤差在-43 dB。這個(gè)數(shù)值越小，表示信號(hào)質(zhì)量越高，在此質(zhì)量下，想要提高輸出功率的難度也越大。在高信號(hào)質(zhì)量下追求高輸出功率，是射頻IC工程師的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。

可以看到，DEVM的指標(biāo)定義了信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣。DEVM意為Dynamic EVM,也就是動(dòng)態(tài)EVM，那么何為EVM和動(dòng)態(tài)EVM？這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)于通信系統(tǒng)中信號(hào)質(zhì)量的解讀有著什么意義呢？

首先，EVM是誤差向量幅度(Error Vector Magnitude)，用于量化理想信號(hào)與實(shí)際發(fā)射信號(hào)之間的差異，是量化矢量信號(hào)質(zhì)量的主要指標(biāo)。

以上圖發(fā)射鏈路為例，矢量信號(hào)由數(shù)字基帶調(diào)制進(jìn)入DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）后，再進(jìn)入上變頻器和功放放大即可完成發(fā)射過(guò)程。但在實(shí)際電路中，由于發(fā)射電路本身的不理想特性，例如功放的非線性特性和上變頻的雜散，矢量信號(hào)會(huì)在發(fā)射過(guò)程中發(fā)生畸變，原有的矢量會(huì)偏離理想位置。

圖中紅色實(shí)心點(diǎn)為測(cè)量矢量信號(hào)，藍(lán)色空心圓為理想矢量信號(hào)，EVM描述二者之間的矢量差。

當(dāng)計(jì)算誤差向量時(shí)，考慮信號(hào)的幅度、相位和頻率等多個(gè)維度，能得到一個(gè)多維度的誤差向量，而這個(gè)誤差向量的模長(zhǎng)就是EVM值。在測(cè)量領(lǐng)域，EVM通常以統(tǒng)計(jì)均方根的方式計(jì)算，描述的是單位時(shí)間內(nèi)調(diào)制信號(hào)的總體誤差矢量的大小，而不是某個(gè)瞬時(shí)時(shí)刻的結(jié)果，并以樣本整體的誤差評(píng)價(jià)通信信號(hào)。

EVM & DEVM

而DEVM則一種新的測(cè)量方法，全稱Dynamic EVM，動(dòng)態(tài)EVM，常用在無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域尤其是Wi-Fi中，其主要作用便是衡量系統(tǒng)信號(hào)質(zhì)量。前面我們說(shuō)到EVM是以樣本整體的誤差評(píng)價(jià)通信信號(hào)，但由于Wi-Fi其自身鏈路特性，不適宜用整體的誤差來(lái)進(jìn)行衡量。

主要原因就是因?yàn)閃i-Fi系統(tǒng)為一個(gè)TDD（時(shí)分雙工，Time Division Duplexing）系統(tǒng)，收發(fā)共用一個(gè)射頻頻點(diǎn)，上、下行鏈路使用不同的時(shí)隙來(lái)進(jìn)行通信。此外，為了降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，Wi-Fi的PA在不工作時(shí)（如接收時(shí)）或者在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)包之間時(shí)可以關(guān)機(jī)或禁用以節(jié)省功耗。因此，評(píng)價(jià)Wi-Fi的信號(hào)質(zhì)量需要測(cè)量每個(gè)瞬時(shí)時(shí)刻的誤差，而非直接評(píng)價(jià)一個(gè)時(shí)間段的樣本整體。

時(shí)分雙工（TDD）區(qū)分于頻分雙工（FDD）

在此需求下，動(dòng)態(tài)EVM（DEVM）的測(cè)量便應(yīng)運(yùn)而生。DEVM的測(cè)量要在所有波形采樣點(diǎn)時(shí)刻， Dynamic即描述了這種連續(xù)性和動(dòng)態(tài)性。DEVM的測(cè)試就是模擬實(shí)際在工作的時(shí)因?yàn)镻A的上下電動(dòng)作會(huì)引起瞬態(tài)和熱響應(yīng)，導(dǎo)致信道估計(jì)不完美，從而降低發(fā)射機(jī)的性能，導(dǎo)致DEVM比EVM一般會(huì)有一定惡化。

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在Wi-Fi通信系統(tǒng)中，由于頻段的擁擠、數(shù)據(jù)量的提升，信號(hào)質(zhì)量是不可忽視的控制因素。較小的DEVM值意味著調(diào)制信號(hào)更接近理想信號(hào)，無(wú)線通信質(zhì)量更高；而較大的DEVM值則表明存在較大的誤差，可能導(dǎo)致無(wú)線通信質(zhì)量下降。例如目前常見(jiàn)的5GHz Wi-Fi 6 FEM，在-43 dB的高精度要求下，輸出功率普遍在18-20 dBm之間，要能提高0.5 dBm都能使工程師為之欣喜。

功率放大器是一種追求性能精益求精的射頻器件，僅對(duì)輸出功率這項(xiàng)指標(biāo)，在Wi-Fi 6 協(xié)議規(guī)定的調(diào)制、編碼方式下，用極低的DEVM做限制，追求高質(zhì)量的功率放大性能。隨著Wi-Fi 6（802.11ax）及馬上到了的Wi-Fi 7（802.11be）終端的大量應(yīng)用，DEVM還會(huì)越來(lái)越多出現(xiàn)在大家的視野中。

本文部分內(nèi)容援引自微波射頻網(wǎng)5G技術(shù)專欄，原創(chuàng)工程師Altair Tang。

審核編輯：黃飛

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