如何讓超寬帶（UWB）信號測試變得簡(jiǎn)單易行？

現如今，無(wú)線(xiàn)電技術(shù)新興起一種名叫超寬帶(UWB)無(wú)線(xiàn)技術(shù)，這種技術(shù)發(fā)展非常迅速，并且有望在低功耗、短距離無(wú)線(xiàn)應用上廣泛普及。目前，UWB技術(shù)已經(jīng)迅速成為無(wú)線(xiàn)USB 和短程探地雷達等應用的領(lǐng)導技術(shù)。UWB無(wú)線(xiàn)電不同于傳統窄帶無(wú)線(xiàn)電，擁有大量的專(zhuān)用測試需求。巨大的信號帶寬、窄脈沖和接近熱噪底的瞬態(tài)功率頻譜密度(PSD)，使得 UWB 測試起來(lái)非常困難。泰克在UWB測試上為業(yè)界提供了比較簡(jiǎn)單有效的解決方案。下面小編給大家展開(kāi)來(lái)細說(shuō)。

什么是超寬帶(UWB)技術(shù)?

根據百度解析，超寬帶技術(shù)(UWB，Ultra Wide Band)技術(shù)是一種新型的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。它通過(guò)對具有很陡上升和下降時(shí)間的沖激脈沖進(jìn)行直接調制，使信號具有GHz量級的帶寬。超寬帶技術(shù)解決了無(wú)線(xiàn)電多年以來(lái)對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低等問(wèn)題的解決，同時(shí)包括如低截獲能力、系統復雜度低、能提供數厘米的定位精度等一系列優(yōu)點(diǎn)。

簡(jiǎn)單來(lái)講，超寬帶(UWB)技術(shù)是一種低功耗、高帶寬并且實(shí)現相對簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。UWB技術(shù)與傳統的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)有著(zhù)本質(zhì)區別，如目前幾乎所有的無(wú)線(xiàn)通信包括移動(dòng)電話(huà)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等通信，其所使用的通信載波均為連續的電波，而超寬帶(UWB)產(chǎn)品在工作時(shí)發(fā)出則更多的是大量的非常短距離、能量非常大的脈沖波形。這些脈沖都是經(jīng)過(guò)精確計時(shí)的，每個(gè)只有幾個(gè)毫微秒長(cháng)，可以覆蓋非常廣泛的區域。

泰克針對超寬帶(UWB)信號測試提供專(zhuān)用的生成分析測試儀器

AWG70000 任意波形發(fā)生器

UWB信號帶來(lái)了許多挑戰性的測試和測量問(wèn)題，需要專(zhuān)用的測試儀器功能。泰克為UWB生成和分析超寬帶測試信號，給出了要求高性能任意波形發(fā)生器(如泰克AWG7000系列)和超寬帶數字熒光示波器(如可以滿(mǎn)足各種UWB信號帶寬要求的DPO70000系列)。

泰克AWG7000系列和RFXpress為UWB 測試信號的生成提供了可靠的解決方案。AWG7000和RFXpress能在UWB頻譜中以數字方式合成和產(chǎn)生信號。對自定義的UWB 信號或針對最新WiMedia 規范定義的信號而言，AWG7000 解決方案可創(chuàng )建超過(guò)1.6GHz 調制帶寬的實(shí)時(shí)跳頻信號。RFXpress 軟件使用戶(hù)能完全控制其UWB信號的特性，包括導引同步序列和時(shí)間頻率碼等。對WiMedia應用的全部六個(gè)頻帶組(BG1~BG6)，使用AWG7000 可以在IQ、IF 或直接RF 信號中，也給用戶(hù)提供了直接產(chǎn)生射頻、中頻上變頻或基帶調制等三種不同的選擇。

使用AWG7000 和SerialXpress 產(chǎn)生數字信號，添加去加重

使用AWG7000 和SerialXpress 添加有信號還原的數字數據

泰克AWG7000系列任意波形生成器調制超寬帶(UWB)信號

泰克AWG7000任意波形發(fā)生器提供 20Gs/s 的采樣率，可直接生成多種 UWB 波形

生成UWB測試信號要求巨大的帶寬，這需要使用專(zhuān)用的信號生成設備。大多數常用的實(shí)驗室信號發(fā)生器只能生成幾十或幾百MHz的帶寬，而大多數UWB信號需要1.5 GHz的帶寬，遠不能滿(mǎn)足UWB要求。

根據要生成的UWB調制，可能需要不同的信號發(fā)生方法。TH-UWB和DS-UWB之類(lèi)的信號一般完全在基帶生成，要求幾千兆赫的基帶帶寬。其它信號如MB-OFDM則更多地上變頻到相應的RF頻段。上變頻方法要求的基帶帶寬較少，但增加了外部上變頻器或調制器，提高了復雜性。

多年來(lái)，泰克AWG系列的帶寬能力一直居于業(yè)內領(lǐng)先地位。AWG7000等型號使用近四倍的過(guò)采樣率，實(shí)現了高達20 GS/s的采樣率和5.8 GHz的基帶帶寬。這為BG1和BG2的WiMedia MB-OFDM信號直接生成RF提供了足夠的帶寬。

AWG7000支持直接基帶和外部I-Q調制器/上變頻器UWB信號生成方法

通用AWG可以執行直接基帶任意波形生成功能，生成的I-Q基帶信號還可以使用傳統外部調制器調制和上變頻到更高的頻率。AWG7000提供了8 - 10位的動(dòng)態(tài)范圍，可以在沒(méi)有外部元件的情況下，直接生成高達5.8 GHz的UWB信號?？梢允褂猛獠可献冾l器或I-Q調制器，實(shí)現WiMedia高頻段組#3-6的信號。

AWG7000系列也配有差分輸出，可以直接同流行的平衡放大器和混頻器元件接口，改善了抗共模干擾的能力。由于大量的UWB信號創(chuàng )建工作使用軟件算法以數字方式實(shí)現，因此任意波形存儲器靈活播放各種信號的能力對UWB工程師尤其具有吸引力。

可以使用儀器面板操作或PC，通過(guò)多種編程方式對任意波形存儲器編程。

泰克提供了RFXpress，這是一種強大的軟件工具，可以合成復雜的UWB調制波形文件。此外，泰克AWG還可以導入許多常用的文件類(lèi)型進(jìn)行播放，如.pat、.seq、.wfm、MATLAB®、Mathcad®或Excel®。這種靈活的文件格式允許工程師直接從軟件定義無(wú)線(xiàn)電設計工具中下載波形數據，而且通常不需要進(jìn)行格式轉換。

利用RFXpress 快速創(chuàng )建基于通用或標準RF/IF信號

為有效構建UWB系統，需要各種測試激勵波形。過(guò)去，編譯復雜的UWB信號結構一直很難。通常情況下，最容易隨時(shí)獲得的UWB信號，是來(lái)自于該系統自身軟件定義的信號編碼。這也是為什么泰克AWG信號發(fā)生器會(huì )支持多種兼容文件類(lèi)型：這些文件類(lèi)型被廣泛用于流行軟件定義無(wú)線(xiàn)電的設計工具。

但是，使用UWB自己的系統軟件生成測試信號可能會(huì )帶來(lái)問(wèn)題。這種方法的主要問(wèn)題是它假設系統波形設計能夠正確運行，而在開(kāi)發(fā)階段早期，這可能并不符合實(shí)際情況。此外，無(wú)線(xiàn)電系統軟件通常不能增加信號損傷，產(chǎn)生滿(mǎn)足測試目的的信號處理起來(lái)可能會(huì )非常麻煩，同時(shí)，這些系統軟件在設計時(shí)一般沒(méi)有考慮測試所用的人機界面。

更加首選的方法是使用已知良好的軟件工具，這種工具能夠可靠地合成通用信號和基于標準的信號，這些信號可以帶損傷，也可以不帶損傷。這消除了測試信號的不確定性，提供了簡(jiǎn)便易用的人機界面，加快了設計和調試流程。

RFXpress同時(shí)提供了通用多信道調制合成功能和基于標準的合成功能，如WiMedia的UWB信號

RFXpress波形合成軟件支持創(chuàng )建通用信號，及創(chuàng )建特定標準信號，如WiMedia格式。因此，RFXpress同時(shí)適用于WiMedia設備的頻譜環(huán)境仿真和功能測試。RFXpress是一種基于流行PC的軟件工具，其圖形用戶(hù)界面可以以可視方式確認波形和設置。RFXpress可以快速合成波形，簡(jiǎn)便地自動(dòng)校準，創(chuàng )建RF和IF信號。它還擁有“自動(dòng)發(fā)現儀器”功能，消除麻煩的手動(dòng)儀器設置工作。為簡(jiǎn)化通用波形或基于標準的波形創(chuàng )建過(guò)程，RFXpress還擁有自動(dòng)回卷(Wrap around)校正及歸一化波形幅度?；鼐硇Ｕδ芟嗽谥貜筒シ诺牟ㄐ伍_(kāi)頭和末尾信號幅度差異大時(shí)連續播放時(shí)可能發(fā)生的頻譜毛刺。歸一化波形幅度使輸出信號動(dòng)態(tài)范圍達到最大，它縮放波形的幅度，以最好地適應AWG的數模轉換器(DAC)的動(dòng)態(tài)范圍。

通過(guò)使用一致性模式，用戶(hù)只需點(diǎn)擊鼠標，就可以合成復雜的MB-OFDM WiMedia信號。RFXpress包含業(yè)內采用的各種WiMedia信號標準，允許用戶(hù)在最高層級上選擇信號屬性。這消除了手動(dòng)編程實(shí)現標準規定的信號特性的復雜性。它還降低了構建WiMedia信號時(shí)因疏忽而產(chǎn)生錯誤的可能性。

RFXpress可以對大量的WiMedia信號特性編程。例如，盡管WiMedia規定了RF頻段組和中心頻率，但泰克認識到，許多工程師可能希望在IF上執行測試。RFXpress允許在A(yíng)WG指標范圍內，用戶(hù)可選擇在IF頻率或WiMedia標準RF頻率上定義信號。

RFXpress配置WiMedia信號的靈活性遠不止輸出頻率。它可以在數據包組級定義許多UWB參數。

WiMedia UWB信號使用復雜的PLCP協(xié)議數據單元(PPDU )，定義傳輸所需的協(xié)議。PLCP前置碼、PLCP包頭和PSDU構成了PLCP協(xié)議數據單元(PPDU)。PLCP包括一個(gè)用于數據包同步和信道估算的前置碼及用于PHY特點(diǎn)的PLCP包頭，這些特點(diǎn)包括速率、數據包長(cháng)度、介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制器(MAC)信息、編碼和其它信號協(xié)議屬性。數據包的PSDU部分包括數據凈荷及其它功能，如tail bit和Pad bit。

RFXpress可以全面控制PLCP和PSDU單元，從數字數據包組級生成波形。測試工程師可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的圖形PPDU界面簡(jiǎn)便地創(chuàng )建不同的數據包，其中包括碼型選擇指示及發(fā)送的數據包的十六進(jìn)制顯示，測試WiMedia設備的功能性能。此外，用戶(hù)可以選擇及以圖形方式查看所有TFC碼及數據包之間的間隔。

RFXpress可以為被測設備(DUT)靈活地創(chuàng )建完整的激勵數據包，包括設置MAC包頭和數據凈荷。甚至可以實(shí)現OFDM音調清零，實(shí)現每個(gè)載波功率電平獨立設置的靈活性。為測試基本采集電路和均衡器，RFXpress還可以只生成WiMedia前置碼，而沒(méi)有PLCP包頭和數據凈荷，這有助于創(chuàng )建調試方案。

UWB調制能夠強健地耐受信號損傷的能力，是許多UWB應用賴(lài)以生存的一項重要功能。為評估UWB設備的性能，工程師通常希望提供增加了損傷的激勵信號。RFXpress不僅可以生成復雜的WiMedia MB-OFDM信號，而且可以生成常見(jiàn)的信號損傷。由于能夠以數字方式添加信號，因此可以合成及在所需信號中添加所有類(lèi)型的帶內干擾源和帶外干擾源，以評估RF數據鏈路的耐受性。類(lèi)似的，可以在適當的時(shí)間增加選通噪聲。甚至可以增加失真和I-Q損傷，使用并非完美的發(fā)射機測試接收機性能，保證RF互操作性。

在RF設備之間實(shí)現無(wú)差錯空中接口可能會(huì )極具挑戰性。實(shí)現這一點(diǎn)的方式之一，是在不同環(huán)境中記錄來(lái)自一系列無(wú)線(xiàn)設備的UWB RF傳輸，然后播放到目標無(wú)線(xiàn)設備，評估其響應。

RFXpress靈活的自定義和其內建的標準一致性合成能力，為AWG產(chǎn)生激勵信號提供了簡(jiǎn)便的文件生成工具，是一種強大的波形合成工具。

RFXpress可以從數據包組級合成WiMedia數據包波形，控制PLCP前置碼、包頭和PSDU數據凈荷。

有效測試干擾

測試UWB接收機的干擾靈敏度一直被測試專(zhuān)家列為重大挑戰，因此我們認真地考察一下這個(gè)問(wèn)題。UWB信號涵蓋的大型帶寬自然會(huì )導致廣泛的潛在窄帶干擾源。帶內干擾源和附近的帶外干擾源都會(huì )導致問(wèn)題。UWB設計通常不能選擇陡峭的IF濾波器，這就需要更寬的測試帶寬。幾乎沒(méi)有UWB鏈路是僅僅只被一個(gè)窄帶信號干擾，所以在測試中，通常要求復雜的頻譜測試環(huán)境，因此優(yōu)化干擾性能問(wèn)題尤其突出。

仿真嚴酷的充滿(mǎn)干擾、涵蓋極高帶寬的頻譜環(huán)境的成本可能會(huì )非常高。把多個(gè)信號源疊加在一起，以生成實(shí)際干擾環(huán)境的傳統方法一般要求大量的信號源投資。

創(chuàng )建干擾測試信號的更好方法是使用AWG的超寬帶寬和獨特的軟件工具，如RFXpress，使用一個(gè)AWG信號源合成整個(gè)頻譜環(huán)境?？梢栽赗FXpress中隨機生成復雜的一系列窄帶頻譜干擾源，然后存儲在A(yíng)WG中。使用單臺AWG就可以播放包含所需UWB信號的整個(gè)頻譜環(huán)境，從而簡(jiǎn)便地判斷設計在改善干擾靈敏度方面的效果。

RFXpress還可以控制泰克高速示波器，從而能夠捕獲和重放寬帶信號。它可以精確播放實(shí)際信號頻譜環(huán)境，評估不同設計在受控條件下的性能，復現實(shí)際頻譜環(huán)境。

單個(gè)超寬帶AWG可以代替許多昂貴的獨立信號發(fā)生器，為評估UWB干擾靈敏度提供了更加經(jīng)濟、更加靈活的解決方案。

UWB頻譜測量

UWB頻譜測量給開(kāi)發(fā)和測試工程師帶來(lái)了某些不同尋常的挑戰。

集成度高的UWB設備通常只允許從發(fā)射信號中進(jìn)行頻譜測量。內部測試點(diǎn)連接可能不可行，或可能反映不了超寬帶天線(xiàn)的衰減特點(diǎn)。除這些問(wèn)題外，發(fā)送信號可能位于噪底附近，要求非常靈敏的頻譜分析儀或外部前置放大器。

裝有UWB應用軟件的DPO70000系列示波器同時(shí)測試WiMedia頻段組每個(gè)頻段的頻譜模板，并進(jìn)行ACPR測量。

法規要求測試UWB信號頻譜需要50 MHz頻譜測量分辨率帶寬。UWB信號涵蓋了多個(gè)寬帶頻譜，有部分需要牌照的信道被包含在這些頻譜中，這些信道可以寬達50 MHz。因此，需要50 MHz的RBW，才能準確了解潛在的干擾風(fēng)險。這一要求使許多流行的頻譜分析儀無(wú)能為力，因為只有少量頻譜分析儀才有這么寬的內部帶寬。

示波器通常沒(méi)有典型頻譜分析儀的動(dòng)態(tài)范圍，一些測量的設置會(huì )更加麻煩。但是，高速示波器，如泰克DPO70000系列，擁有內部快速傅立葉變換(FFT)功能，其可以從捕獲的時(shí)域信號中生成發(fā)射信號頻譜曲線(xiàn)。此外，泰克DPO70000示波器帶有UWB軟件，可以自動(dòng)對WiMediaUWB信號進(jìn)行頻譜模板測量。

UWB分析軟件自動(dòng)識別信號的TFC，選擇要使用的相應頻譜模板。然后軟件確定信號是否通過(guò)模板測試，并計算總的積分信道功率。

一旦實(shí)現滿(mǎn)足要求的UWB輸出頻譜，下一個(gè)測量問(wèn)題通常是優(yōu)化調制性能。

DPO70000示波器和UWB分析軟件作為整套測量的一部分，自動(dòng)識別這個(gè)MB-OFDM頻譜圖的TFC，為每個(gè)分析的數據包繪制曲線(xiàn)。

UWB調制測量

WiMedia的MB-OFDM UWB調制非常復雜，在檢定性能時(shí)提出了多個(gè)挑戰。

與在小頻頻范圍上依賴(lài)杰出元件性能的許多窄帶調制不同，超寬帶元件特點(diǎn)可能會(huì )使UWB信號失真。例如，幅度平坦度、群時(shí)延變化和跳頻毛刺都可能會(huì )使重要的鏈路性能劣化。從多頻段信號中檢測這些問(wèn)題及其它問(wèn)題，要求的功能遠遠超過(guò)了簡(jiǎn)單地捕獲時(shí)域波形。

首先，必須為某個(gè)WiMedia信號確定相應的TFC。如果不知道被測設備的工作模式，可能很難識別正確的代碼。幸運的是，泰克UWB分析軟件利用DPO70000捕獲的波形，自動(dòng)識別信號的TFC、跳頻序列和數據速率。UWB軟件和擁有足夠的帶寬的DPO70000示波器，可以識別所有WiMedia頻段組中的MB-OFDM信號，對于全球不同地區對UWB信號的法規要求，都可以簡(jiǎn)化相應的設備測試。

UWB 分析軟件測量單個(gè)OFDM載波的星座圖及EVM、數據速率和中心頻率

然后，UWB分析軟件可以查看詳細的調制測量結果。該軟件擁有強大的頻域功能，可以確定信號是否通過(guò)三個(gè)頻譜模板。它還獨立測量頻段組中每個(gè)頻段的鄰道功率比(ACPR)，以及頻段組中超出模板的數量和頻段組外面超出模板的數量。

在確定頻譜一致性后，可以使用矢量幅度誤差(EVM)、峰值EVM、數據速率、中心頻率、數據符號數和公共相位誤差(CPE)評估調制質(zhì)量。

UWB矢量幅度誤差(EVM)的計算過(guò)程要比傳統連續波測量復雜。UWB EVM包括使用信道估算(CE)符號進(jìn)行初始信道估算，提供相位和定時(shí)的估值。這允許對導頻的頻率偏置估算應用校正，通過(guò)簡(jiǎn)單地選擇CPE分析類(lèi)型，更精確地進(jìn)行測量。

泰克UWB分析軟件可以簡(jiǎn)便地測量復雜的UWB信號屬性，設計和生產(chǎn)領(lǐng)先的產(chǎn)品。

泰克適用于超寬帶(UWB)測試最新產(chǎn)品系列