如何讓超寬帶（UWB）信號測試變得簡單易行？

作者：時間：2018-08-02 來源：網(wǎng)絡(luò)

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現(xiàn)如今，無線電技術(shù)新興起一種名叫超寬帶(UWB)無線技術(shù)，這種技術(shù)發(fā)展非常迅速，并且有望在低功耗、短距離無線應(yīng)用上廣泛普及。目前，UWB技術(shù)已經(jīng)迅速成為無線USB 和短程探地雷達等應(yīng)用的領(lǐng)導(dǎo)技術(shù)。UWB無線電不同于傳統(tǒng)窄帶無線電，擁有大量的專用測試需求。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 測試起來非常困難。泰克在UWB測試上為業(yè)界提供了比較簡單有效的解決方案。下面小編給大家展開來細說。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201808/385001.htm

什么是超寬帶(UWB)技術(shù)?

根據(jù)百度解析，超寬帶技術(shù)(UWB，Ultra Wide Band)技術(shù)是一種新型的無線通信技術(shù)。它通過對具有很陡上升和下降時間的沖激脈沖進行直接調(diào)制，使信號具有GHz量級的帶寬。超寬帶技術(shù)解決了無線電多年以來對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低等問題的解決，同時包括如低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供數(shù)厘米的定位精度等一系列優(yōu)點。

簡單來講，超寬帶(UWB)技術(shù)是一種低功耗、高帶寬并且實現(xiàn)相對簡單的無線通信技術(shù)。UWB技術(shù)與傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)有著本質(zhì)區(qū)別，如目前幾乎所有的無線通信包括移動電話、無線局域網(wǎng)等通信，其所使用的通信載波均為連續(xù)的電波，而超寬帶(UWB)產(chǎn)品在工作時發(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)過精確計時的，每個只有幾個毫微秒長，可以覆蓋非常廣泛的區(qū)域。

泰克針對超寬帶(UWB)信號測試提供專用的生成分析測試儀器

AWG70000 任意波形發(fā)生器

UWB信號帶來了許多挑戰(zhàn)性的測試和測量問題，需要專用的測試儀器功能。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(shù)字熒光示波器(如可以滿足各種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(shù)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(guī)范定義的信號而言，AWG7000 解決方案可創(chuàng)建超過1.6GHz 調(diào)制帶寬的實時跳頻信號。RFXpress 軟件使用戶能完全控制其UWB信號的特性，包括導(dǎo)引同步序列和時間頻率碼等。對WiMedia應(yīng)用的全部六個頻帶組(BG1~BG6)，使用AWG7000 可以在IQ、IF 或直接RF 信號中，也給用戶提供了直接產(chǎn)生射頻、中頻上變頻或基帶調(diào)制等三種不同的選擇。

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

使用AWG7000 和SerialXpress 添加有信號還原的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

泰克AWG7000系列任意波形生成器調(diào)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，這需要使用專用的信號生成設(shè)備。大多數(shù)常用的實驗室信號發(fā)生器只能生成幾十或幾百MHz的帶寬，而大多數(shù)UWB信號需要1.5 GHz的帶寬，遠不能滿足UWB要求。

根據(jù)要生成的UWB調(diào)制，可能需要不同的信號發(fā)生方法。TH-UWB和DS-UWB之類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(yīng)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(diào)制器，提高了復(fù)雜性。

多年來，泰克AWG系列的帶寬能力一直居于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先地位。AWG7000等型號使用近四倍的過采樣率，實現(xiàn)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(diào)制器/上變頻器UWB信號生成方法

通用AWG可以執(zhí)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(tǒng)外部調(diào)制器調(diào)制和上變頻到更高的頻率。AWG7000提供了8 - 10位的動態(tài)范圍，可以在沒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(diào)制器，實現(xiàn)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(shù)字方式實現(xiàn)，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(fù)雜的UWB調(diào)制波形文件。此外，泰克AWG還可以導(dǎo)入許多常用的文件類型進行播放，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線電設(shè)計工具中下載波形數(shù)據(jù)，而且通常不需要進行格式轉(zhuǎn)換。

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

為有效構(gòu)建UWB系統(tǒng)，需要各種測試激勵波形。過去，編譯復(fù)雜的UWB信號結(jié)構(gòu)一直很難。通常情況下，最容易隨時獲得的UWB信號，是來自于該系統(tǒng)自身軟件定義的信號編碼。這也是為什么泰克AWG信號發(fā)生器會支持多種兼容文件類型：這些文件類型被廣泛用于流行軟件定義無線電的設(shè)計工具。

但是，使用UWB自己的系統(tǒng)軟件生成測試信號可能會帶來問題。這種方法的主要問題是它假設(shè)系統(tǒng)波形設(shè)計能夠正確運行，而在開發(fā)階段早期，這可能并不符合實際情況。此外，無線電系統(tǒng)軟件通常不能增加信號損傷，產(chǎn)生滿足測試目的的信號處理起來可能會非常麻煩，同時，這些系統(tǒng)軟件在設(shè)計時一般沒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(biāo)準(zhǔn)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，提供了簡便易用的人機界面，加快了設(shè)計和調(diào)試流程。

RFXpress同時提供了通用多信道調(diào)制合成功能和基于標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)信號，如WiMedia格式。因此，RFXpress同時適用于WiMedia設(shè)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，其圖形用戶界面可以以可視方式確認波形和設(shè)置。RFXpress可以快速合成波形，簡便地自動校準(zhǔn)，創(chuàng)建RF和IF信號。它還擁有“自動發(fā)現(xiàn)儀器”功能，消除麻煩的手動儀器設(shè)置工作。為簡化通用波形或基于標(biāo)準(zhǔn)的波形創(chuàng)建過程，RFXpress還擁有自動回卷(Wrap around)校正及歸一化波形幅度。回卷校正功能消除了在重復(fù)播放的波形開頭和末尾信號幅度差異大時連續(xù)播放時可能發(fā)生的頻譜毛刺。歸一化波形幅度使輸出信號動態(tài)范圍達到最大，它縮放波形的幅度，以最好地適應(yīng)AWG的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的動態(tài)范圍。

通過使用一致性模式，用戶只需點擊鼠標(biāo)，就可以合成復(fù)雜的MB-OFDM WiMedia信號。RFXpress包含業(yè)內(nèi)采用的各種WiMedia信號標(biāo)準(zhǔn)，允許用戶在最高層級上選擇信號屬性。這消除了手動編程實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號特性的復(fù)雜性。它還降低了構(gòu)建WiMedia信號時因疏忽而產(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(guī)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(zhí)行測試。RFXpress允許在AWG指標(biāo)范圍內(nèi)，用戶可選擇在IF頻率或WiMedia標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)包組級定義許多UWB參數(shù)。

WiMedia UWB信號使用復(fù)雜的PLCP協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDU )，定義傳輸所需的協(xié)議。PLCP前置碼、PLCP包頭和PSDU構(gòu)成了PLCP協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDU)。PLCP包括一個用于數(shù)據(jù)包同步和信道估算的前置碼及用于PHY特點的PLCP包頭，這些特點包括速率、數(shù)據(jù)包長度、介質(zhì)訪問控制器(MAC)信息、編碼和其它信號協(xié)議屬性。數(shù)據(jù)包的PSDU部分包括數(shù)據(jù)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(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包組級生成波形。測試工程師可以使用一個簡單的圖形PPDU界面簡便地創(chuàng)建不同的數(shù)據(jù)包，其中包括碼型選擇指示及發(fā)送的數(shù)據(jù)包的十六進制顯示，測試WiMedia設(shè)備的功能性能。此外，用戶可以選擇及以圖形方式查看所有TFC碼及數(shù)據(jù)包之間的間隔。

RFXpress可以為被測設(shè)備(DUT)靈活地創(chuàng)建完整的激勵數(shù)據(jù)包，包括設(shè)置MAC包頭和數(shù)據(jù)凈荷。甚至可以實現(xiàn)OFDM音調(diào)清零，實現(xiàn)每個載波功率電平獨立設(shè)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，而沒有PLCP包頭和數(shù)據(jù)凈荷，這有助于創(chuàng)建調(diào)試方案。

UWB調(diào)制能夠強健地耐受信號損傷的能力，是許多UWB應(yīng)用賴以生存的一項重要功能。為評估UWB設(shè)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(fù)雜的WiMedia MB-OFDM信號，而且可以生成常見的信號損傷。由于能夠以數(shù)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型的帶內(nèi)干擾源和帶外干擾源，以評估RF數(shù)據(jù)鏈路的耐受性。類似的，可以在適當(dāng)?shù)臅r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(shè)備之間實現(xiàn)無差錯空中接口可能會極具挑戰(zhàn)性。實現(xiàn)這一點的方式之一，是在不同環(huán)境中記錄來自一系列無線設(shè)備的UWB RF傳輸，然后播放到目標(biāo)無線設(shè)備，評估其響應(yīng)。

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

RFXpress可以從數(shù)據(jù)包組級合成WiMedia數(shù)據(jù)包波形，控制PLCP前置碼、包頭和PSDU數(shù)據(jù)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家列為重大挑戰(zhàn)，因此我們認真地考察一下這個問題。UWB信號涵蓋的大型帶寬自然會導(dǎo)致廣泛的潛在窄帶干擾源。帶內(nèi)干擾源和附近的帶外干擾源都會導(dǎo)致問題。UWB設(shè)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。幾乎沒有UWB鏈路是僅僅只被一個窄帶信號干擾，所以在測試中，通常要求復(fù)雜的頻譜測試環(huán)境，因此優(yōu)化干擾性能問題尤其突出。

仿真嚴(yán)酷的充滿干擾、涵蓋極高帶寬的頻譜環(huán)境的成本可能會非常高。把多個信號源疊加在一起，以生成實際干擾環(huán)境的傳統(tǒng)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AWG信號源合成整個頻譜環(huán)境。可以在RFXpress中隨機生成復(fù)雜的一系列窄帶頻譜干擾源，然后存儲在AWG中。使用單臺AWG就可以播放包含所需UWB信號的整個頻譜環(huán)境，從而簡便地判斷設(shè)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。它可以精確播放實際信號頻譜環(huán)境，評估不同設(shè)計在受控條件下的性能，復(fù)現(xiàn)實際頻譜環(huán)境。

單個超寬帶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頻譜測量給開發(fā)和測試工程師帶來了某些不同尋常的挑戰(zhàn)。

集成度高的UWB設(shè)備通常只允許從發(fā)射信號中進行頻譜測量。內(nèi)部測試點連接可能不可行，或可能反映不了超寬帶天線的衰減特點。除這些問題外，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(yīng)用軟件的DPO70000系列示波器同時測試WiMedia頻段組每個頻段的頻譜模板，并進行ACPR測量。

法規(guī)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(zhǔn)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能為力，因為只有少量頻譜分析儀才有這么寬的內(nèi)部帶寬。

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

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

一旦實現(xiàn)滿足要求的UWB輸出頻譜，下一個測量問題通常是優(yōu)化調(diào)制性能。

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

UWB調(diào)制測量

WiMedia的MB-OFDM UWB調(diào)制非常復(fù)雜，在檢定性能時提出了多個挑戰(zhàn)。

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

首先，必須為某個WiMedia信號確定相應(yīng)的TFC。如果不知道被測設(shè)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，自動識別信號的TFC、跳頻序列和數(shù)據(jù)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(qū)對UWB信號的法規(guī)要求，都可以簡化相應(yīng)的設(shè)備測試。