如何讓超寬帶（UWB）信號(hào)測(cè)試變得簡(jiǎn)單易行？

現(xiàn)如今，無(wú)線電技術(shù)新興起一種名叫超寬帶(UWB)無(wú)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(wú)線應(yīng)用上廣泛普及。目前，UWB技術(shù)已經(jīng)迅速成為無(wú)線USB 和短程探地雷達(dá)等應(yīng)用的領(lǐng)導(dǎo)技術(shù)。UWB無(wú)線電不同于傳統(tǒng)窄帶無(wú)線電，擁有大量的專用測(cè)試需求。巨大的信號(hào)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(cè)試起來(lái)非常困難。泰克在UWB測(cè)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(xì)說(shuō)。

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(wú)線通信技術(shù)。它通過(guò)對(duì)具有很陡上升和下降時(shí)間的沖激脈沖進(jìn)行直接調(diào)制，使信號(hào)具有GHz量級(jí)的帶寬。超寬帶技術(shù)解決了無(wú)線電多年以來(lái)對(duì)信道衰落不敏感、發(fā)射信號(hào)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(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(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(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單的無(wú)線通信技術(shù)。UWB技術(shù)與傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)有著本質(zhì)區(qū)別，如目前幾乎所有的無(wú)線通信包括移動(dòng)電話、無(wú)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(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(jì)時(shí)的，每個(gè)只有幾個(gè)毫微秒長(zhǎng)，可以覆蓋非常廣泛的區(qū)域。

泰克針對(duì)超寬帶(UWB)信號(hào)測(cè)試提供專用的生成分析測(cè)試儀器

AWG70000 任意波形發(fā)生器

UWB信號(hào)帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)性的測(cè)試和測(cè)量問(wèn)題，需要專用的測(cè)試儀器功能。泰克為UWB生成和分析超寬帶測(cè)試信號(hào)，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(hào)帶寬要求的DPO70000系列)。

泰克AWG7000系列和RFXpress為UWB 測(cè)試信號(hào)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(hào)。對(duì)自定義的UWB 信號(hào)或針對(duì)最新WiMedia 規(guī)范定義的信號(hào)而言，AWG7000 解決方案可創(chuàng)建超過(guò)1.6GHz 調(diào)制帶寬的實(shí)時(shí)跳頻信號(hào)。RFXpress 軟件使用戶能完全控制其UWB信號(hào)的特性，包括導(dǎo)引同步序列和時(shí)間頻率碼等。對(duì)WiMedia應(yīng)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(hào)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(hào)，添加去加重

使用AWG7000 和SerialXpress 添加有信號(hào)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(hào)

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(cè)試信號(hào)要求巨大的帶寬，這需要使用專用的信號(hào)生成設(shè)備。大多數(shù)常用的實(shí)驗(yàn)室信號(hào)發(fā)生器只能生成幾十或幾百M(fèi)Hz的帶寬，而大多數(shù)UWB信號(hào)需要1.5 GHz的帶寬，遠(yuǎn)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(hào)發(fā)生方法。TH-UWB和DS-UWB之類的信號(hào)一般完全在基帶生成，要求幾千兆赫的基帶帶寬。其它信號(hào)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(lái)，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(hào)使用近四倍的過(guò)采樣率，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)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(hào)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(hào)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(hào)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(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(dá)5.8 GHz的UWB信號(hào)?？梢允褂猛獠可献冾l器或I-Q調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)WiMedia高頻段組#3-6的信號(hào)。

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(hào)創(chuàng)建工作使用軟件算法以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，因此任意波形存儲(chǔ)器靈活播放各種信號(hào)的能力對(duì)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(duì)任意波形存儲(chǔ)器編程。

泰克提供了RFXpress，這是一種強(qiáng)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(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)線電設(shè)計(jì)工具中下載波形數(shù)據(jù)，而且通常不需要進(jìn)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(hào)

為有效構(gòu)建UWB系統(tǒng)，需要各種測(cè)試激勵(lì)波形。過(guò)去，編譯復(fù)雜的UWB信號(hào)結(jié)構(gòu)一直很難。通常情況下，最容易隨時(shí)獲得的UWB信號(hào)，是來(lái)自于該系統(tǒng)自身軟件定義的信號(hào)編碼。這也是為什么泰克AWG信號(hào)發(fā)生器會(huì)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(wú)線電的設(shè)計(jì)工具。

但是，使用UWB自己的系統(tǒng)軟件生成測(cè)試信號(hào)可能會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。這種方法的主要問(wèn)題是它假設(shè)系統(tǒng)波形設(shè)計(jì)能夠正確運(yùn)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)線電系統(tǒng)軟件通常不能增加信號(hào)損傷，產(chǎn)生滿足測(cè)試目的的信號(hào)處理起來(lái)可能會(huì)非常麻煩，同時(shí)，這些系統(tǒng)軟件在設(shè)計(jì)時(shí)一般沒(méi)有考慮測(cè)試所用的人機(jī)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(hào)和基于標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，這些信號(hào)可以帶損傷，也可以不帶損傷。這消除了測(cè)試信號(hào)的不確定性，提供了簡(jiǎn)便易用的人機(jī)界面，加快了設(shè)計(jì)和調(diào)試流程。

RFXpress同時(shí)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(hào)

RFXpress波形合成軟件支持創(chuàng)建通用信號(hào)，及創(chuàng)建特定標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，如WiMedia格式。因此，RFXpress同時(shí)適用于WiMedia設(shè)備的頻譜環(huán)境仿真和功能測(cè)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(rèn)波形和設(shè)置。RFXpress可以快速合成波形，簡(jiǎn)便地自動(dòng)校準(zhǔn)，創(chuàng)建RF和IF信號(hào)。它還擁有“自動(dòng)發(fā)現(xiàn)儀器”功能，消除麻煩的手動(dòng)儀器設(shè)置工作。為簡(jiǎn)化通用波形或基于標(biāo)準(zhǔn)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?fù)播放的波形開(kāi)頭和末尾信號(hào)幅度差異大時(shí)連續(xù)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(hào)動(dòng)態(tài)范圍達(dá)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(dòng)態(tài)范圍。

通過(guò)使用一致性模式，用戶只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)，就可以合成復(fù)雜的MB-OFDM WiMedia信號(hào)。RFXpress包含業(yè)內(nèi)采用的各種WiMedia信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，允許用戶在最高層級(jí)上選擇信號(hào)屬性。這消除了手動(dòng)編程實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)特性的復(fù)雜性。它還降低了構(gòu)建WiMedia信號(hào)時(shí)因疏忽而產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性。

RFXpress可以對(duì)大量的WiMedia信號(hào)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(rèn)識(shí)到，許多工程師可能希望在IF上執(zhí)行測(cè)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(hào)。

RFXpress配置WiMedia信號(hào)的靈活性遠(yuǎn)不止輸出頻率。它可以在數(shù)據(jù)包組級(jí)定義許多UWB參數(shù)。

WiMedia UWB信號(hào)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(gè)用于數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包長(zhǎng)度、介質(zhì)訪問(wèn)控制器(MAC)信息、編碼和其它信號(hào)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(jí)生成波形。測(cè)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(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(jìn)制顯示，測(cè)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(cè)設(shè)備(DUT)靈活地創(chuàng)建完整的激勵(lì)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(shí)現(xiàn)OFDM音調(diào)清零，實(shí)現(xiàn)每個(gè)載波功率電平獨(dú)立設(shè)置的靈活性。為測(cè)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(shù)據(jù)凈荷，這有助于創(chuàng)建調(diào)試方案。

UWB調(diào)制能夠強(qiáng)健地耐受信號(hào)損傷的能力，是許多UWB應(yīng)用賴以生存的一項(xiàng)重要功能。為評(píng)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(lì)信號(hào)。RFXpress不僅可以生成復(fù)雜的WiMedia MB-OFDM信號(hào)，而且可以生成常見(jiàn)的信號(hào)損傷。由于能夠以數(shù)字方式添加信號(hào)，因此可以合成及在所需信號(hào)中添加所有類型的帶內(nèi)干擾源和帶外干擾源，以評(píng)估RF數(shù)據(jù)鏈路的耐受性。類似的，可以在適當(dāng)?shù)臅r(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(jī)測(cè)試接收機(jī)性能，保證RF互操作性。

在RF設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)空中接口可能會(huì)極具挑戰(zhàn)性。實(shí)現(xiàn)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)線設(shè)備的UWB RF傳輸，然后播放到目標(biāo)無(wú)線設(shè)備，評(píng)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(lì)信號(hào)提供了簡(jiǎn)便的文件生成工具，是一種強(qiáng)大的波形合成工具。

RFXpress可以從數(shù)據(jù)包組級(jí)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(cè)試干擾

測(cè)試UWB接收機(jī)的干擾靈敏度一直被測(cè)試專家列為重大挑戰(zhàn)，因此我們認(rèn)真地考察一下這個(gè)問(wèn)題。UWB信號(hào)涵蓋的大型帶寬自然會(huì)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(huì)導(dǎo)致問(wèn)題。UWB設(shè)計(jì)通常不能選擇陡峭的IF濾波器，這就需要更寬的測(cè)試帶寬。幾乎沒(méi)有UWB鏈路是僅僅只被一個(gè)窄帶信號(hào)干擾，所以在測(cè)試中，通常要求復(fù)雜的頻譜測(cè)試環(huán)境，因此優(yōu)化干擾性能問(wèn)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(huì)非常高。把多個(gè)信號(hào)源疊加在一起，以生成實(shí)際干擾環(huán)境的傳統(tǒng)方法一般要求大量的信號(hào)源投資。

創(chuàng)建干擾測(cè)試信號(hào)的更好方法是使用AWG的超寬帶寬和獨(dú)特的軟件工具，如RFXpress，使用一個(gè)AWG信號(hào)源合成整個(gè)頻譜環(huán)境。可以在RFXpress中隨機(jī)生成復(fù)雜的一系列窄帶頻譜干擾源，然后存儲(chǔ)在AWG中。使用單臺(tái)AWG就可以播放包含所需UWB信號(hào)的整個(gè)頻譜環(huán)境，從而簡(jiǎn)便地判斷設(shè)計(jì)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(hào)。它可以精確播放實(shí)際信號(hào)頻譜環(huán)境，評(píng)估不同設(shè)計(jì)在受控條件下的性能，復(fù)現(xiàn)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(dú)立信號(hào)發(fā)生器，為評(píng)估UWB干擾靈敏度提供了更加經(jīng)濟(jì)、更加靈活的解決方案。

UWB頻譜測(cè)量

UWB頻譜測(cè)量給開(kāi)發(fā)和測(cè)試工程師帶來(lái)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(hào)中進(jìn)行頻譜測(cè)量。內(nèi)部測(cè)試點(diǎn)連接可能不可行，或可能反映不了超寬帶天線的衰減特點(diǎn)。除這些問(wèn)題外，發(fā)送信號(hào)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(shí)測(cè)試WiMedia頻段組每個(gè)頻段的頻譜模板，并進(jìn)行ACPR測(cè)量。

法規(guī)要求測(cè)試UWB信號(hào)頻譜需要50 MHz頻譜測(cè)量分辨率帶寬。UWB信號(hào)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(dá)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(xiǎn)。這一要求使許多流行的頻譜分析儀無(wú)能為力，因?yàn)橹挥猩倭款l譜分析儀才有這么寬的內(nèi)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(cè)量的設(shè)置會(huì)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(shí)域信號(hào)中生成發(fā)射信號(hào)頻譜曲線。此外，泰克DPO70000示波器帶有UWB軟件，可以自動(dòng)對(duì)WiMediaUWB信號(hào)進(jìn)行頻譜模板測(cè)量。

UWB分析軟件自動(dòng)識(shí)別信號(hào)的TFC，選擇要使用的相應(yīng)頻譜模板。然后軟件確定信號(hào)是否通過(guò)模板測(cè)試，并計(jì)算總的積分信道功率。

一旦實(shí)現(xiàn)滿足要求的UWB輸出頻譜，下一個(gè)測(cè)量問(wèn)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(cè)量的一部分，自動(dòng)識(shí)別這個(gè)MB-OFDM頻譜圖的TFC，為每個(gè)分析的數(shù)據(jù)包繪制曲線。

UWB調(diào)制測(cè)量

WiMedia的MB-OFDM UWB調(diào)制非常復(fù)雜，在檢定性能時(shí)提出了多個(gè)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(diǎn)可能會(huì)使UWB信號(hào)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(hào)中檢測(cè)這些問(wèn)題及其它問(wèn)題，要求的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(hào)確定相應(yīng)的TFC。如果不知道被測(cè)設(shè)備的工作模式，可能很難識(shí)別正確的代碼。幸運(yùn)的是，泰克UWB分析軟件利用DPO70000捕獲的波形，自動(dòng)識(shí)別信號(hào)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(shí)別所有WiMedia頻段組中的MB-OFDM信號(hào)，對(duì)于全球不同地區(qū)對(duì)UWB信號(hào)的法規(guī)要求，都可以簡(jiǎn)化相應(yīng)的設(shè)備測(cè)試。

UWB 分析軟件測(cè)量單個(gè)OFDM載波的星座圖及EVM、數(shù)據(jù)速率和中心頻率

然后，UWB分析軟件可以查看詳細(xì)的調(diào)制測(cè)量結(jié)果。該軟件擁有強(qiáng)大的頻域功能，可以確定信號(hào)是否通過(guò)三個(gè)頻譜模板。它還獨(dú)立測(cè)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(shù)量和頻段組外面超出模板的數(shù)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(shù)據(jù)速率、中心頻率、數(shù)據(jù)符號(hào)數(shù)和公共相位誤差(CPE)評(píng)估調(diào)制質(zhì)量。

UWB矢量幅度誤差(EVM)的計(jì)算過(guò)程要比傳統(tǒng)連續(xù)波測(cè)量復(fù)雜。UWB EVM包括使用信道估算(CE)符號(hào)進(jìn)行初始信道估算，提供相位和定時(shí)的估值。這允許對(duì)導(dǎo)頻的頻率偏置估算應(yīng)用校正，通過(guò)簡(jiǎn)單地選擇CPE分析類型，更精確地進(jìn)行測(cè)量。

泰克UWB分析軟件可以簡(jiǎn)便地測(cè)量復(fù)雜的UWB信號(hào)屬性，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)領(lǐng)先的產(chǎn)品。

泰克適用于超寬帶(UWB)測(cè)試最新產(chǎn)品系列