使用直接合成技術(shù)生成UWB-WiMedia信號

時間：2007-10-10 14:20:00

關(guān)鍵字：信號 MEDIA UWB 頻段

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引言

本文重點介紹了直接生成基于WiMedia的UWB信號的測試測量需求。它討論了生成超寬帶跳頻信號可以使用的不同方法。為提供高數(shù)據(jù)速率，在2002年，F(xiàn)CC批準(zhǔn)在3.1～10.6GHz的頻譜中無須牌照使用UWB設(shè)備，前提是信號帶寬要高于載頻的25%，即部分帶寬=(F_H-F_L)/FC>25%或總帶寬>1.5GHz。其中一種方法是采用多頻段OFDM技術(shù)的UWB-WiMedia。WiMedia規(guī)范把UWB頻譜分成6個頻段組，其中5個(第1個到第4個及第6個)頻段組由3個頻段組成，第5個頻段組由兩個頻段組成。每個頻段的帶寬為528MHz。物理層采用OFDM技術(shù)，在528MHz的每個頻段中有122個音調(diào)。然后使用時間頻率代碼(TFC)分布OFDM包。它一共定義了兩種擴頻：一種用于三個頻段上的跳頻，稱為時間頻率通道復(fù)用(TFI)；另一種在單個頻段中發(fā)送，稱為固定頻率通道復(fù)用(FFI)。
對5個頻段組(第1個到第4個及第6個)，共定義了10個TFC，其中包括7個TFI和3個FFI。對第五個頻段組，共定義了3個FFI，因此通道總數(shù)達到53個。

發(fā)射機WiMedia RF信號定義為：

信道化

每個頻段組可以使用最多10個不同的TFC代碼，定義獨特的邏輯通道。

下面的表1中列出了頻段組1的TFC和相關(guān)基本序列。

表1 頻段組1的TFC和相關(guān)基本序列

有3個頻段的TFC#1的符號表示如圖1所示。

圖1 3個頻段的TFC#1的符號表示

挑戰(zhàn)

生成測試各種設(shè)備的WiMedia信號是一個挑戰(zhàn)，其不僅用于一致性測試，還用來確定工作余量。目前，有兩種方式生成WiMedia信號。

第一種方法

第二種方法

這兩種方法各有優(yōu)缺點。在第一種方法中，盡管它提供了任意波形發(fā)生器的所有優(yōu)勢，如創(chuàng)建包括失真和損傷的實際環(huán)境信號，但在RF上跳頻需要使用昂貴復(fù)雜的方法，如外部跳頻裝置，而WiMedia規(guī)范要求必須在RF上跳頻。盡管第二種方法能夠?qū)崿F(xiàn)跳頻信號，但它沒有AWG的靈活性和機動性。

這里的挑戰(zhàn)是怎樣同時實現(xiàn)這兩種方法的優(yōu)點。本文介紹了一種最佳途徑，通過使用任意波形生成技術(shù)實現(xiàn)這一目標(biāo)。

實現(xiàn)

在高達10GHz的載頻上合成帶寬超過1.5GHz的信號，超出了無線通信測試中使用的傳統(tǒng)矢量信號生成方法的能力。必需的調(diào)制和基帶帶寬、信號I和Q成分中任何幅度、定時和頻響未對準(zhǔn)帶來的影響，都需要進一步提高，得到的信號才能實現(xiàn)要求的質(zhì)量水平。下面介紹了三種可能的UWB信號生成方法。

1. IQ基帶生成和正交調(diào)制:這是一種傳統(tǒng)矢量信號生成方法?？梢酝ㄟ^兩種方式實現(xiàn)跳頻：對每個符號以要求的頻率漂移合成基帶IQ對，或在IQ調(diào)制器上改變LO頻率。在跳頻信號的實際基帶生成中，要求使用雙通道AWG，采樣率應(yīng)在2GS/s左右，模擬帶寬約為1GHz。在IQ調(diào)制器上通過控制載頻實現(xiàn)跳頻，要求能夠在不到70ns的時間內(nèi)跳頻1GHz以上。由于采樣率和跳頻速度的局限性，當(dāng)前實現(xiàn)方案只能生成非跳頻信號。在I和Q基帶成分中使用兩條不同的信號路徑時，他們的對準(zhǔn)是獲得滿意結(jié)果的關(guān)鍵。必需認(rèn)真進行長時間校準(zhǔn)，這要求額外的高性能分析設(shè)備，由于相關(guān)的溫度和時間漂移，可能要頻繁地進行校準(zhǔn)。

2. IF生成和上變頻器:在這種方法中，使用單通道AWG生成UWB信號，輸送到覆蓋要求的頻率范圍的上變頻器中。AWG的實際要求取決于跳頻操作的實現(xiàn)方式。生成非跳頻信號要求的最低采樣率是1.5GS/s。生成跳頻信號要求兩倍的采樣率(>3.2GS/s)。這一系統(tǒng)中使用的上變頻器對非跳頻信號和跳頻信號分別要求最低750MHz和2GHz的上變頻帶寬。盡管這種方法還要求認(rèn)真校準(zhǔn)幅度和相位，才能實現(xiàn)最高的調(diào)制和頻譜精度，但其要求的苛刻程度要低得多，因為I成分和Q成分本身是對準(zhǔn)的，并共享相同的信號路徑。這種策略的主要限制是處理頻譜中出現(xiàn)的信號圖像。通過使用覆蓋目標(biāo)頻段的帶通濾波器，可以使這種影響達到最小。作為校準(zhǔn)程序的一部分，可以補償帶通濾波器引入的幅度和群時延失真。

3. RF直接合成：在這種方法中，單通道AWG直接在最后頻率上生成UWB信號。AWG的速度和模擬帶寬要求主要取決于覆蓋的具體頻段組，而不是最后信號的跳頻特點。對頻段組#1(最大頻率為4752MHz)，需要最低10GS/s的采樣率和5GHz的模擬帶寬。頻段組#2要求15GS/s的采樣率和7GHz的模擬帶寬。泰克新推出的一流的AWG7102能夠以20GS/s的采樣率生成帶寬為5.8GHz的波形，因此可以以足夠的性能余量在頻段組#1中生成跳頻信號。RF直接合成的校準(zhǔn)要求很低。受控溫度行為、低時間漂移及不需要使用外部設(shè)備，使其能夠在工廠中進行校準(zhǔn)，同時在長時間內(nèi)保持可以接受的信號質(zhì)量。詳情請參閱表2。

儀器設(shè)置

我們使用下述測試設(shè)置收集了試驗數(shù)據(jù)。

圖2 測試設(shè)置

測試設(shè)置:泰克AWG7102，采用通道復(fù)用時提供了20GS/s的采樣率；泰克TDS6154C，裝有WiMedia分析軟件。

所有WiMedia信號都是使用泰克任意波形發(fā)生器生成的。AWG7000系列任意波形發(fā)生器同時提供了無可比擬的采樣率、帶寬和信號保真度。由于5～20GS/s(10位)的采樣率及1～2條輸出通道，它可以輕松解決通信、數(shù)字消費電子和半導(dǎo)體設(shè)計/測試行業(yè)中最棘手的測量挑戰(zhàn)?；赪indows(Windows XP)的開放儀器簡便易用，可以連接外設(shè)，并兼容第三方軟件。

所有分析都是使用高帶寬示波器完成的，其提供了40GS/s的采樣率、15GHz的帶寬、64M樣點的記錄長度和UWB分析功能。由于內(nèi)置基于DSP的實時補償技術(shù)，并在制造過程中執(zhí)行時域校準(zhǔn)程序，分析示波器引入的幅度和相位失真非常低。示波器的高精度和可溯源性使其能夠用于波形發(fā)生器校準(zhǔn)程序中。

實驗觀察結(jié)果

基本實驗結(jié)果由為不同位速率和調(diào)制方案(QPSK和DCM)收集的EVM數(shù)據(jù)集組成。所有數(shù)據(jù)都表明，RF直接合成將得到非常好的EVM，比標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的-19.5dB EVM要好大約-30dB，如表3所示。