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Misure EVM con analizzatore vettorialeIl modulo del vettore errore, o EVM (Error Vector Magnitude) è il parametro sintetico più utilizzato per valutare la qualità di un segnale modulato digitalmente.

La sua misura non è però delle più agevoli e richiede strumenti capaci di demodulare e rielaborare il segnale secondo il tipo di modulaizone utilizzata.

Ricordando i principi di base delle modulazioni digitali, si scopre come la definizione di EVM sia in realtà piuttosto semplice, mentre per sintetizzare in un solo numero la qualità di un segnale modulato digitalmente, gli strumenti di misura devono svolgere parecchie operazioni.

Fondamenti delle modulazioni digitali

Ogni portante sinusoidale modulata digitalmente può essere rappresentata con un vettore rotante alla velocità angolare della portante stessa disposto su un piano i cui assi sono indicati con I (in fase) e Q (in quadratura).

Immaginando un osservatore che ruoti anch'esso con la stessa velocità angolare di rotazione del segnale portante, il vettore della portante stessa, se non modulato, appare fermo ed è caratterizzato da un ampiezza (lunghezza dall'origine del piano IQ) e da una fase (angolo sul piano IQ). La modulazione della portante può avere l'effetto di modificarne l'ampiezza e/o la fase, facendo spostare il vettore all'interno del piano IQ.

Costellazione Modulazione QAM 32Tutte le modulazioni digitali funzionano secondo lo stesso principio e associano uno o più bit di informazione ad ogni possibile posizione del vettore nel piano IQ per ogni istante di decisione preso in considerazione dal ricevitore.

A seconda dello schema di modulazione prescelto, i punti ideali in cui il vettore si può trovare nel momento della decisione assumono la forma di una costellazione con punti più o meno fitti sul diagramma IQ.

Il problema è che, a causa del rumore o di altri fenomeni interferenti, nel momento della decisione da parte del ricevitore il vettore che rappresenta il segnale modulato ricevuto non si trova esattamente in uno dei punti della costellazione previsti teoricamente, ma un po' spostato da esso, tanto più spostato quanto più forti sono i disturbi o le non linearità della catena di trasmissione.

Definizione di vettore errore

Il ‘vettore errore' rappresenta la differenza tra il punto teorico in cui si sarebbe dovuto trovare il segnale nel piano IQ nel momento della decisione del ricevitore e il punto reale in cui si trova quando viene visto dal ricevitore stesso.

0907_EVM_vettore_erroreIl vettore errore, come tutti i verttori, può essere descritto e caratterizzato dal suo modulo e dalla sua fase.

Ripetendo la stessa osservazione per ogni simbolo trasmesso, si può ricavare un vettore errore per ogni simbolo trasmesso.

I vettori errore descrivono di quantoballa' il segnale ricevuto nei dintorni del punto teorico nel quale dovrebbe trovarsi e, rappresentati sul diagramma IQ, formano una ‘nuvola' nei dintorni di ogni punto teorico della costellazione.

Misurando tanti vettori errore, uno per ogni simbolo ricevuto, e prendendo in considerazione il valore quadratico medio del modulo degli stessi, si ricava il parametro che meglio descrive la qualità intrinseca della modulazione.

Tale parametro si chiama EVM (Error Vector Magnitude) ed esprime in valore percentuale quanto è grande l'errore rispetto al segnale.

Valori % più grandi di EVM indicano valori peggiori della qualità del segnale.

Attenzione, però, al fatto che l'EVM può essere definito, anzichè come forma percentuale, anche come rapporto tra potenze. In tal caso, viene calcolato come rapporto espresso in dB tra il valore quadratico medio della potenza del vettore errore e il valore quadratico medio della potenza del segnale ideale di riferimento.

Sebbene anche in questo caso valori più grandi di EVM indichino valori peggiori della qualità del segnale, ricordatevi però che essendo i valori dell'EVM in generale piuttosto piccoli (l'errore nei sistemi reali è più piccolo del segnale utile, almeno si spera!), il rapporto espresso in dB diventa un numero negativo, tanto più negativo quanto migliore è il segnale.

Riassumendo:

  • un valore EVM% di 0,10 (10%) rappresenta un segnale peggiore rispetto ad un altro con EVM% di 0,05 (5%)
  • un valore EVM di -10 dB rappresenta un segnale peggiore rispetto ad un altro con EVM di -20dB

Misura dell'EVM

Misure EVM con analizzatore di segnali vettoriali Agilent VXA

Con quale strumento si misura l'EVM?

Sul mercato esistono numerose soluzioni, identificate con nomi anche diversi: analizzatore di segnali, analizzatore di modulazione, analizzatore vettoriale e così via. Molto comune è anche la versione software, in pratica un applicativo che viene utilizzato su analizzatori di spettro, digitalizzatori od oscilloscopi.

Il principio di funzionamento degli sturmenti che misurano l'EVM è pero simile: il segnale viene demodulato, dai dati demodulati lo strumento ricostruisce via software il segnale ideale che avrebbe dovuto essere ricevuto, dopodichè per differenza è in grado di ottenere il 'segnale errore', la cui elaborazione matematica porta al risultato EVM cercato.

A seconda dello strumento, l'EVM può essere riportato in forma sintetica tabellare, in valore percentuale o in dB, oppure come grafico della sua evoluzione nel dominio del tempo al quale è associato il valore dell'EVM di ogni simbolo. Inoltre, alcuni strumenti riportano solo informazioni sul modulo del vettore errore, altri sono in grado di analizzare anche la fase del vettore errore.

Gli strumenti più sofisticati presentano spesso l'analisi dell'EVM insieme ad altri 'domini' per comprendere meglio i fenomeni di modulazione, come il diagramma a costellazione o l'analisi spettrale del vettore errore stesso.

 

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