新的解決方案加速UWB 物理層驗證

UWB(超寬帶)無(wú)線(xiàn)技術(shù)，以其高傳輸速率、低功率、小范圍的特點(diǎn)，得到了越來(lái)越多新興無(wú)線(xiàn)技術(shù)的青睞。但是它非常高的調制帶寬(通常高于500MHz)和相對帶寬(>20%)，又給研發(fā)和測試UWB產(chǎn)品帶來(lái)了很多挑戰。傳統的通用測試方法，在面對UWB的物理層特性的時(shí)候，會(huì )顯得力不從心。

首先是信號接收和分析：傳統的頻譜分析儀是窄帶接收機，無(wú)法測量超寬帶信號的實(shí)時(shí)頻譜，最多只能使用“最大保持”一類(lèi)的功能獲得MB－OFDM信號的頻譜包絡(luò )。

矢量信號分析儀的實(shí)時(shí)分析帶寬一般不超過(guò)120MHz，只能勉強測量一些低速率信號在某個(gè)特定時(shí)刻的調制域特性，無(wú)法完全滿(mǎn)足MB－OFDM的物理層驗證要求。

在信號的生成方面，MB－OFDM也有很高的要求。通用的測試方法是使用矢量信號源。但是流行的矢量信號源內置的IQ基帶發(fā)生器一般只有產(chǎn)生幾十兆調制帶寬的能力，對于MB－OFDM至少528MHz、動(dòng)輒超過(guò)1.5GHz的要求難免力不從心。所以可行的方案是高性能矢量信號源和高性能任意波形發(fā)生器的配合。

在探測方式上，由于高的集成度，被測MAC/PHY的所有基本器件(見(jiàn)圖3)一般都被封裝在一個(gè)芯片內。所以有別于一般軟件無(wú)線(xiàn)電系統，驗證測試人員可能無(wú)法再在基帶、中頻和射頻上都有相應測試點(diǎn)—而射頻天線(xiàn)就成為唯一可行的探測端口，來(lái)進(jìn)行互操作驗證。

最后，由于無(wú)線(xiàn)設備有別于流行的有線(xiàn)應用(如高速串行設備)。所以消費電子開(kāi)發(fā)者如何利用已有工具、提高儀器利用率也是一個(gè)解決方案是否合理的重要考慮方面。

一種新的物理層驗證方案

針對于MB－OFDM系統的測試挑戰，泰克公司提出了一種驗證測試方案：在接收機方面，使用通用儀器中的寬帶接收機—示波器做信號采集設備，配以專(zhuān)為MB－OFDM信令設計的解調軟件TDSUWB WiMedia V2做信號分析；發(fā)射機方面，頻段組一可以用最新的AWG7102直接產(chǎn)生，而更高的頻段組的信號可以用雙通道的AWG7000系列任意波形發(fā)生器配合調制器得到。由于這些硬件測試設備也廣泛用于諸如高速串行信號的研發(fā)測試中，所以能夠提高設備利用率、最大化資源效能。

這種通用測試系統的配置和工作原理見(jiàn)圖1。

圖一：射頻芯片的功能框圖

本系統中，示波器的選擇非常重要。在通用有線(xiàn)測試中，我們選擇示波器一般會(huì )遵循“捕獲信號的三到五次諧波”的規則。而當示波器作為射頻信號接收機時(shí)，我們有“75％帶寬原則”：通常示波器的頻率響應(包括幅頻特性和相頻特性)，從直流到標定帶寬的75％處是比較理想的，即趨近理想的平坦幅頻特性和線(xiàn)性相位響應。所以在選擇用來(lái)驗證MB－OFDM信號的示波器時(shí)，就需要將使用頻帶的上限值除以0.75，得到示波器的最小帶寬要求。例如：BG5的最高載波頻率為10.56GHz，則作為接收機的示波器帶寬應該為(10.56GHz/0.75＝14.08GHz)；頻段最低的BG1(最高載頻約4.75GHz)的信號接收機也需要至少6.3GHz帶寬。泰克的DPO/DSA71604、DPO/DSA72004是此類(lèi)應用示波器市場(chǎng)上性能最強的選擇，它擁有超過(guò)16GHz的真實(shí)模擬帶寬，可以滿(mǎn)足所有UWB頻段組的需要，并覆蓋到Ku波段及以下的通用應用；同時(shí)兼顧新一代串行標準(如PCIE II、SATA III、2x XAUI、FBD、XFI等)的三到五次諧波或以上；另外，MB－OFDM信令中的突發(fā)傳送時(shí)間一般較長(cháng)(如BeaconSlotLength為85us)，要求示波器有較長(cháng)的存儲深度能夠捕獲豐富的波形信息來(lái)供分析使用，DPO/DSA70000系列的標配10M、可選200M高速內存可以50GS/s的采樣率輕輕松捕獲長(cháng)達8ms信號，這樣的能力遠遠超過(guò)其它廠(chǎng)商類(lèi)似解決方案的40GS/s 采樣率下50us的捕獲長(cháng)度。當然，充足的信息也保證著(zhù)測試人員對分析結果的信心。

圖二： 各地可使用的頻段 （綠色代表可用）

圖三 射頻芯片的功能框圖

圖四 可以滿(mǎn)足MB－OFDM信號驗證和高速串行信號測試的通用閉環(huán)測試系統

泰克針對MB－OFDM信令的分析軟件TDSUWB WiMedia V2是業(yè)界第一個(gè)專(zhuān)業(yè)的自動(dòng)分析軟件。其可以完成“一鍵式”驗證測量工作。對指定的數據包或者所有捕獲的數據包，它可以實(shí)現的功能有：自動(dòng)識別頻段組；自動(dòng)識別時(shí)間頻率碼(TFC)；自動(dòng)分析調制模式、調制速率并進(jìn)行解調；顯示星座圖、計算矢量幅度誤差的RMS和峰值(EVM)；并可以把所有分析的數據(包括分析時(shí)間、信號來(lái)源及以上所有分析結果)歸檔(見(jiàn)圖5)。同時(shí)，該軟件也有通用的實(shí)時(shí)頻譜分析功能，可以分析MB－OFDM的頻譜特性、自動(dòng)套用PSD(功率譜密度)模板進(jìn)行頻譜一致性測試(見(jiàn)圖6)；還可以分析諸如線(xiàn)性調頻信號等隨時(shí)間變化的RF信號的時(shí)頻特性(見(jiàn)圖7)。

圖五 MB－OFDM信令分析

圖六 發(fā)射信號 PSD模板一致性測試(頻帶二)