第四章 數位調變實驗結果
4.2 補償改善及 LUT 實驗結果
從上一節 EVM(rms)、Magnitude error、Phase error、Quadrature error、
Gain Imbalance 的結果可看出，在此 PA Sample 中，影響 EVM(rms)最大的參 數是 Magnitude error，因此我們在建立 Lookup Table 時，依據每一個 Pin 紀錄下所有的參數值，但要將 Lookup table 傳回 Baseband IQ data 做補償的 時候，主要還是使用 inverse Magnitude error，圖 4.21 表示 EVM(rms)在經 過 Lookup table 補償後，1M、2M、5.5M、11M bps 的結果比較，從結果可看 出在改善後，EVMrms 約 improve 0.5~1%不等，若換算成百分比，Sample 1 比 較圖 4.11，在 P1dB 點，Pin=-11dBm 時 1M/2M/5.5M/11M bps improve 約 15.2~28.9%不等 。
我們將 Sample 1 所產生的 Lookup table 直接用在 Sample 2，目的是為了 驗證此系統的可複製性，發現結果與 Sample 1 極為類似，另一方面也印證這 兩 PA Sample 的 variation 不大。
圖 4.22 表示 LUT(Lookup table)用在 Sample 2 的結果，EVM(rms) 一樣有 0.5~1.5%的改善，可複製。
Sample1 EVM(rms) vs Pin
圖 4.21 EVM vs Pin on Sample 1 after compensation
Sample2 EVM(rms) vs Pin
0
圖 4.22 EVM vs Pin on Sample 2 after compensation
對於 Magnitude error 的補償，圖 4.23 表示在經過補償後，1M、2M、5.5M、
11M bps 的結果比較，可看出改善後，Magnitude error 約 improve 0.5~1.5%
不等。
同上，圖 4.24 表示 LUT(Lookup Table)直接用在 Sample 2 的 Magnitude error 的結果，一樣可改善，代表 LUT 的方法是可以複製。
本系統由於儀器的限制，並沒有針對 Phase error 做補償的動作，意即 Pin>-7dBm 之後會對 EVM 造成影響的 phase error 並沒有被補償，如圖 4.25 表示 Sample 1，觀察系統經由 Magnitude error 補償後，Ｐhase error 是否 有任何變化。
從圖 4.25 看來，phase error 並沒有明顯的變化。
Sample1 Mag err vs Pin
0
圖 4.23 Magnitude error vs Pin on Sample 1 after compensation
Sample2 Mag err vs Pin
圖 4.24 Magnitude error vs Pin on Sample 2 after compensation
Sample1 Phase err vs Pin
0
圖 4.25 Phase error vs Pin on Sample 1 after compensation
Sample2 Phase err vs Pin
圖 4.26 Phase error vs Pin on Sample 2 after compensation
圖 4.26 表示 Sample 2 在使用 Lookup table 之後的結果，與 Sample 1 相同，
phase error 並沒有因為 magnitude error 的補償而有任何 improve。
其餘如 Quadrature error、Ｇain Imbalance 補償前後的 Error 值極小，因 此在此附上 Sample 1 的圖表，如圖 4.27 表示 Sample 1 的 Quadrature error 結果，圖 4.28 表示 Sample 1 的 Gain Imbalance 結果。
如圖，Quadrature error 皆小於
±
0.05mdeg，Gain Imbalance 皆小於 0.01dB。±
Sample1 Quad err vs Pin
Quad err(mdeg) 1M
2M 5.5M 11M
圖 4.27 Quadrature error vs Pin on Sample 1 after compensation
Sample1 Gain Imbalance vs Pin
-0.02
圖 4.28 Gain Imbalance vs Pin on Sample 1 after compensation
單純針對 1Mbps 來看 PA Sample 補償前後的 EVMrms 變化，如圖 4.29 表示 Sample 1，若以 P1dB 點來看，Pin=-11dBm 時，改善前後由 EVM(rms)=3.2%進 步到 2.4%，換算成百分比約 improve 23.9%。如圖 4.30 表示 Sample 2 的改善。
Sample1 EVM(rms) vs Pin
0 大部分的點幾乎都落在理想點(白色圈圈)外側，補償後由於 Magnitude error 變小，有一部分的 Data 回到理想點(白色圈圈)內側，EVM 自然也變好。以下
constellation 的變化。
Sample2 EVM(rms) vs Pin
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 Pin(dBm)
EVMrms(%)
1M original 1M compensate
P1dB
PA線性區 PA非線性
圖 4.30 1Mbps EVM vs. Pin on Sample 2
original compensation
圖 4.31 1Mbps EVM Constellation Original vs. Compensation
針對 2Mbps 來看，兩片 Sample 補償前後的 EVMrms 變化，如圖 4.32 圖 4.33
Sample1 EVM(rms) vs Pin
Sample2 EVM(rms) vs Pin
0
圖 4.34 表示實際 2M bps IQ constellation 在 P1dB 點補償前後的變化。
original compensation
圖 4.34 2Mbps EVM Constellation Original vs. Compensation
針對 5.5Mbps 來看，兩片 Sample 補償前後的 EVMrms 變化，如圖 4.35、圖 4.36
Sample1 EVM(rms) vs Pin
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 Pin(dBm)
EVMrms(%)
5.5M original 5.5M compensate
P1dB
PA線性區 PA非線性
圖 4.35 5.5Mbps EVM vs. Pin on Sample 1
Sample2 EVM(rms) vs Pin
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
-20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 Pin(dBm)
EVMrms(%)
5.5M original 5.5M compensate
P1dB
PA線性區 PA非線性
圖 4.36 5.5Mbps EVM vs. Pin on Sample 2
圖 4.37 表示實際 5.5M bps IQ constellation 在 P1dB 點補償前後的變化。
original compensation
圖 4.37 5.5Mbps EVM Constellation Original vs. Compensation 針對 11Mbps 來看，兩片 Sample 補償前後的 EVMrms 變化，如圖 4.38、圖 4.39
Sample1 EVM(rms) vs Pin
Sample2 EVM(rms) vs Pin
0
圖 4.40 表示實際 11M bps IQ constellation 在 P1dB 點補償前後的變化。
original compensation
圖 4.40 11Mbps EVM Constellation Original vs. Compensation
若取 P1dB 點的 EVMrms 來比較改善前及改善後的情形，可得到下列結果，表 4.1:
EVMrms(%) 1Mbps 2Mbps 5.5Mbps 11Mbps Original 3.18 3.03 1.78 2.7 Compensation 2.42 2.31 1.51 1.92
Improvement 23.9% 23.8% 15.2% 28.9%
表 4.1 EVM improvement summary
從結果看來，利用 LUT 的方式的確可以在不同的數位調變下得到 15~29%的 Improvement。
但仔細觀察，Inverse Magnitude error 做為補償量的參考依據，但還是無 法將 EVMrms 及 Magnitude error 達到無誤差的結果，表示整個實驗平台還是 存在可能造成誤差的變因，推測可能是 PA 在 High power 的狀態下，非線性的
現象極為敏感，即使 Magnitude error 有些許誤差，也會被放大，無法達到 完全無誤差的結果。且 phase error 因為沒有補償，也貢獻了一部分的向量 誤差。
不過，透過自動測試平台的實現，我們模擬出整個無線傳輸時在面臨信號失 真的情況時，如何利用 Look-up table，例如在 Input Power 在某特定的值，
對應的 Magnitude error 應該補償多少，藉此修正 IQ modulation 的振幅或相 位達到改善 EVM 的效果。
嚴格來說，改善 EVM 的平台只在 IC 確認補償值之前出現，一旦透過補償路 徑得到 Look-up table，就不再需要做第二次補償，而且成立的條件亦包含製 程的穩定，不同顆 IC 間的變異不能太大，才能成功的複製。
前面所有的實驗都是將調變信號經由 Pure PA 放大後解調，若是我們使用整 合度較高的 IC(含 PA 加 Tranceiver)，其 2M bps EVM performance 如圖 4.41，
整合度較高的 IC 因為增加了元件：如 Tranceiver，等於多增加了 noise，因 此 EVM performance 明顯較 Pure PA 差，zero-crossing 的現象更為嚴重，圖 4.42 表示 5.5Mbps zero-crossing 的現象，其變差的程度沒有 2Mbps 來得嚴 重。此現象說明了本論文開宗明義提到的問題，一旦 IC 的整合度愈高，noise 的干擾勢必愈嚴重，如何提升訊號品質便成為本論文所要探討的主要目的。
Only PA PA+Tranceiver
圖 4.41 2Mbps zero-crossing trajectory
Only PA PA+Tranceiver
圖 4.42 5.5Mbps zero-crossing trajectory
第五章
結論與未來研究方向
5.1 結論
本論文中實現了一具有補償數位調變在 PA 非線性區向量誤差量(Error Vector Magnitude)劣化的實驗平台，使用的 PA Sample 型號為 SST12LP14A，
Typical Gain 29dB，電源供應為 3.3V，操作頻率為 2.4~2.5GHz，利用向量信 號分析儀(Vector Signal Analyzer)所得到的 EVMrms 、 Magnitude error、
Phase error 等參數紀錄於 Lookup table，再將其反逆(inverse)，並透過自 行開發的自動儀控程式，把 Lookup table 的值從 GPIB Port 送回儀器，完成 IQ modulation 補償。且發現利用 Lookup table 補償，改善程度可達 15~29%，
且不需要耗費複雜的 closed-loop 運算。
此外，本論文亦討論了不同調變下的 EVM performance，並從其不同調變下 的編碼方式推得 zero-crossing 的機率，最後，比較在單純只經過 PA 的訊號 及經過 PA+tranceiver 的 EVM 比較，說明當 IC 的整合度愈來愈高，noise 干 擾的情況愈加嚴重，如何透過有效的方法提升信號品質，此為本論文的主要目 的。
5.2 未來研究方向
其餘數位調變的補償分析:
我們設計的補償系統僅針對 802.11b 1M/2M/5.5M/11M bps（BPSK、DQPSK、
OQPSK、QPSK）來改善，對於 802.11g 6M/12M/18M/22M/33M/36M/48M/54M bps
等 OFDM 的 QAM 調變信號，其實可以再加以分析，研究利用 LUT 補償機制是否 可行，進一步更可以使用在 802.11n 及 MIMO 等先進的傳輸。
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作者學經歷
1. 姓名: 羅偉元 2. 籍貫: 高雄巿 3. 學歷:
z 高雄巿立高雄高級中學 (民國 80 年 9 月~民國 83 年 6 月) z 國立交通大學電子工程學系 (民國 83 年 9 月~民國 87 年 6 月)
z 國立交通大學在職專班電子與光電組 (民國 93 年 9 月~民國 96 年 5 月) 4. 經歷:
z 絡達科技（民國 91 年 6 月~）