芯耀
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一、什么是IQ信号
下图是一个用于生成正交信号的常见框图（图1）。还有一个相应的接收机框图，用于提取信号的同相（I）和正交（Q）分量（图2）。信号由ADC转换为数字形式，然后使用数字技术进行处理。并非一定要采用这种方式——该系统也可以用模拟电路来实现 —— 但大多数正交接收机都是数字化的。
图1. 正交调制器通过组合两个已调制载波来产生调制输出：同相部分i(t)和正交部分q(t)。正交载波相移90°。
图2. 正交接收机接收数字化的分量信号，并将其分离为原始的同相数据流和正交数据流。
I信号是通过将输入信号与数字本地振荡器（LO）相乘得到的。得到的信号经过一个低通滤波器，以去除高频分量，从而生成仍为数字形式的I信号。Q通道的工作方式相同，但对本地振荡器（LO）施加了90°的相移。在输出端，我们得到了两个数据流，通常称为接收信号的I/Q数据。
二、什么是误差矢量幅度（EVM）
接收机的功能是从信号中提取矢量信息，这些信息可以用幅度/相位形式或I/Q形式来表示，如图3所示。现实世界中的信号存在噪声和其他不理想的情况，这会影响接收机对信号进行解调并恢复所传输比特的能力。通信行业使用EVM这一概念来描述正交调制信号中的误差。EVM有时也被称为相对星座误差（RCE）。
图3. 正交信号的矢量表示。
如图4所示，误差矢量表示测量信号与其理想信号之间的矢量差。EVM是在一段时间间隔内（在有效符号时间点进行评估）误差矢量的均方根（RMS）值。EVM通常以理想信号的百分比形式给出，但也可能以dB形式呈现。理想信号可以定义为理想信号平均功率的平方根、平均符号功率或峰值信号电平。
图4. EVM是误差矢量的幅度，该误差矢量是从理想信号指向测量信号绘制的。
测量EVM需要一个精确的接收机，它能够将测量到的信号与理想信号进行比较。在当今复杂的调制格式下，测量接收机必须了解所使用的特定调制格式，并且仅在有效的符号时间内进行EVM测量。
三、什么是星座图
图5展示了16进制正交幅度调制（16-QAM）信号的星座图。这16个矢量状态中的每一个都代表4比特的信息。理想情况下，这些状态在图中应该是微小的点，不存在任何噪声或失真。当然，通信信道总是不完美的，所以实际信号在这个显示图上会有所扩散。宽带噪声、相位噪声、非线性、频率响应误差以及干扰信号，所有这些因素都可能导致EVM变差。
图5. 16-QAM使用幅度和相位的16种组合来表示四位数据（共16种组合）。
图6展示了对一个16-QAM信号的测量结果。左侧的窗口显示了与每个矢量状态相关的点，这些点被一个圆形的误差界限所包围。落在误差界限内的矢量被认为是“良好”的，而落在界限外的则是“不良”的。所显示的这个信号非常纯净，所有的点都在误差界限内，并且其EVM为0.37%。
图6. 16-QAM信号的星座图，其EVM为0.37%
在左侧窗口中，矢量状态仅在矢量的有效采样窗口内显示。然而，在右侧窗口中，有效状态之间的时间也会显示出来，这样我们就可以观察到矢量的过渡情况。这对于了解系统性能以及排查系统出现错误的原因而言，可能是非常重要的信息。
图7展示了一个质量下降的16-QAM信号，其EVM为10.0%。在图的左侧窗口中，我们可以看到星座点更加杂乱无章且分布更为分散。这与变差的EVM以及接收信号中增加的数字错误情况是相符的。
图7. 带有信号误差的16-QAM信号的星座图，其EVM为10.0% 。
1、相位噪声误差
相位噪声是载波的非期望调制，它会导致星座点围绕原点旋转（图8），迫使边界区域相互靠近，从而导致 EVM 和误码率（BER）升高。相位噪声通常由发射机或接收机引入，而非信道本身。
图8. 相位噪声导致星座图旋转
2、压缩效应
压缩或饱和是指针对高功率信号降低发射机/接收机增益的过程。压缩会导致星座图中距离原点最远的点（即振幅最大的点，因此受压缩效应影响最严重）被“向内拉”（图9）。这种失真可能由发射机或接收机的压缩引起，并导致EVM和误码率（BER）升高。
图9. 压缩效应导致星座图向内拉伸
3、宽带噪声（低信噪比）
宽带噪声会降低接收机的信噪比（SNR）。需注意，信噪比恶化通常由接收机的高噪声系数（Noise Figure）引起，EVM和SNR之间的关系，可以用下面的公式求得。
低信噪比会导致星座点围绕其理想位置随机扩散：信噪比越低，扩散程度和误差矢量幅度（EVM）越大（误码率越高）（图10）。
图10. 低SNR导致星座图随机离散
4、IQ不平衡
IQ调制要求IQ调制器（发射机）和解调器（接收机）在I通道和Q通道具有相等的增益，并且在整个工作频段内需要保持90°的相移。然而，实际上这种平衡是不可能完全实现的，从而导致星座图失真，如下所述。请注意，这里以16-QAM调制为例来说明IQ不平衡问题。
(a) 增益不平衡会导致星座图在一个方向上被拉伸，结果使星座图呈矩形而非正方形。
图11. IQ增益不平衡导致星座图向一侧拉伸
(b) 相位不平衡会导致星座图发生倾斜，使其呈现梯形而非理想的正方形。请注意，下图为便于解释仅显示了最外层点的偏移，而实际上，所有星座点都会因相位不平衡而偏离其理想位置。QAM星座图偏离理想正方形（由于增益或相位不平衡）会导致EVM和BER增加。
图12.?IQ相位不平衡导致星座图发生倾斜
5、直流泄露
直流泄露（DC Offset）是指信号链中存在的非期望的直流分量，混入到基带I/Q信号或射频调制信号中。直流泄露会直接叠加在信号上，导致部分星座点超出判决区域，使EVM变得恶化（图13）。
直流泄露的原因：
（1）理想混频器的本振（LO）和射频（RF）端口应完全隔离，但实际混频器存在LO-to-RF泄漏（LO自混频）。当LO信号泄漏到RF输出端，并与自身混频，
会产生直流分量。
（2）在零中频（Direct-Conversion）架构中，I/Q调制器的LO信号可能直接耦合到输出，形成载波泄漏（Carrier Leakage）。
图13. 直流泄露导致星座图会有离散点落在外面
不同阶QAM对信号的抗干扰能力是不一样的，数字调制信号调制方式越复杂，频率带宽利用率越高，调制方式越复杂，抗干扰能力越差，功率利用率低，也就是说接收时需要较高的C/N比，才能达到相同传输质量，选择调制方式需要根据通信系统在这两个方面折衷256QAM的符号点间距离比BPSK调制近的多，这意味256QAM和BPSK相比容易被干扰而造成误码。（图14）
图14. 不同调制方式抗干扰的能力
总结
本文全面解析了IQ信号、误差矢量幅度（EVM）及星座图在通信系统中的核心概念与影响。IQ信号作为正交调制基础，其数字化处理至关重要；EVM作为信号质量指标，反映了实际与理想信号的偏差。星座图直观展示了信号状态，其失真受多种因素影响，包括相位噪声、压缩效应、宽带噪声、IQ不平衡及直流泄露。不同调制方式抗干扰能力各异，选择时需在带宽利用率与抗干扰性间权衡，以确保通信质量。
