新的解決方案加速UWB 物理層驗(yàn)證

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

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

矢量信號(hào)分析儀的實(shí)時(shí)分析帶寬一般不超過120MHz，只能勉強(qiáng)測量一些低速率信號(hào)在某個(gè)特定時(shí)刻的調(diào)制域特性，無法完全滿足MB－OFDM的物理層驗(yàn)證要求。

在信號(hào)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(hào)源。但是流行的矢量信號(hào)源內(nèi)置的IQ基帶發(fā)生器一般只有產(chǎn)生幾十兆調(diào)制帶寬的能力，對(duì)于MB－OFDM至少528MHz、動(dòng)輒超過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(hào)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(見圖3)一般都被封裝在一個(gè)芯片內(nèi)。所以有別于一般軟件無線電系統(tǒng)，驗(yàn)證測試人員可能無法再在基帶、中頻和射頻上都有相應(yīng)測試點(diǎn)—而射頻天線就成為唯一可行的探測端口，來進(jìn)行互操作驗(yàn)證。

最后，由于無線設(shè)備有別于流行的有線應(yīng)用(如高速串行設(shè)備)。所以消費(fèi)電子開發(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(yàn)證方案

針對(duì)于MB－OFDM系統(tǒng)的測試挑戰(zhàn)，泰克公司提出了一種驗(yàn)證測試方案：在接收機(jī)方面，使用通用儀器中的寬帶接收機(jī)—示波器做信號(hào)采集設(shè)備，配以專為MB－OFDM信令設(shè)計(jì)的解調(diào)軟件TDSUWB WiMedia V2做信號(hào)分析；發(fā)射機(jī)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(hào)可以用雙通道的AWG7000系列任意波形發(fā)生器配合調(diào)制器得到。由于這些硬件測試設(shè)備也廣泛用于諸如高速串行信號(hào)的研發(fā)測試中，所以能夠提高設(shè)備利用率、最大化資源效能。

這種通用測試系統(tǒng)的配置和工作原理見圖1。

圖一：射頻芯片的功能框圖

本系統(tǒng)中，示波器的選擇非常重要。在通用有線測試中，我們選擇示波器一般會(huì)遵循“捕獲信號(hào)的三到五次諧波”的規(guī)則。而當(dāng)示波器作為射頻信號(hào)接收機(jī)時(shí)，我們有“75％帶寬原則”：通常示波器的頻率響應(yīng)(包括幅頻特性和相頻特性)，從直流到標(biāo)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性相位響應(yīng)。所以在選擇用來驗(yàn)證MB－OFDM信號(hào)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(jī)的示波器帶寬應(yīng)該為(10.56GHz/0.75＝14.08GHz)；頻段最低的BG1(最高載頻約4.75GHz)的信號(hào)接收機(jī)也需要至少6.3GHz帶寬。泰克的DPO/DSA71604、DPO/DSA72004是此類應(yīng)用示波器市場上性能最強(qiáng)的選擇，它擁有超過16GHz的真實(shí)模擬帶寬，可以滿足所有UWB頻段組的需要，并覆蓋到Ku波段及以下的通用應(yīng)用；同時(shí)兼顧新一代串行標(biāo)準(zhǔn)(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(如BeaconSlotLength為85us)，要求示波器有較長的存儲(chǔ)深度能夠捕獲豐富的波形信息來供分析使用，DPO/DSA70000系列的標(biāo)配10M、可選200M高速內(nèi)存可以50GS/s的采樣率輕輕松捕獲長達(dá)8ms信號(hào)，這樣的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它廠商類似解決方案的40GS/s 采樣率下50us的捕獲長度。當(dāng)然，充足的信息也保證著測試人員對(duì)分析結(jié)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 可以滿足MB－OFDM信號(hào)驗(yàn)證和高速串行信號(hào)測試的通用閉環(huán)測試系統(tǒng)

泰克針對(duì)MB－OFDM信令的分析軟件TDSUWB WiMedia V2是業(yè)界第一個(gè)專業(yè)的自動(dòng)分析軟件。其可以完成“一鍵式”驗(yàn)證測量工作。對(duì)指定的數(shù)據(jù)包或者所有捕獲的數(shù)據(jù)包，它可以實(shí)現(xiàn)的功能有：自動(dòng)識(shí)別頻段組；自動(dòng)識(shí)別時(shí)間頻率碼(TFC)；自動(dòng)分析調(diào)制模式、調(diào)制速率并進(jìn)行解調(diào)；顯示星座圖、計(jì)算矢量幅度誤差的RMS和峰值(EVM)；并可以把所有分析的數(shù)據(jù)(包括分析時(shí)間、信號(hào)來源及以上所有分析結(jié)果)歸檔(見圖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(見圖6)；還可以分析諸如線性調(diào)頻信號(hào)等隨時(shí)間變化的RF信號(hào)的時(shí)頻特性(見圖7)。

圖五 MB－OFDM信令分析

圖六 發(fā)射信號(hào) PSD模板一致性測試(頻帶二)