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，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UWB的物理層特性的時候，會顯得力不從心。
首先是信號接收和分析：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的實時頻譜，最多只能使用“最大保持”一類的功能獲得MB－OFDM信號的頻譜包絡(luò)。
矢量信號分析儀的實時分析帶寬一般不超過120MHz，只能勉強(qiáng)測量一些低速率信號在某個特定時刻的調(diào)制域特性，無法完全滿足MB－OFDM的物理層驗證要求。
在信號的生成方面，MB－OFDM也有很高的要求。通用的測試方法是使用矢量信號源。但是流行的矢量信號源內(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，對于MB－OFDM至少528MHz、動輒超過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芯片內(nèi)。所以有別于一般軟件無線電系統(tǒng)，驗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—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解決方案是否合理的重要考慮方面。
一種新的物理層驗證方案
針對于MB－OFDM系統(tǒng)的測試挑戰(zhàn)，泰克公司提出了一種驗證測試方案：在接收機(jī)方面，使用通用儀器中的寬帶接收機(jī)—示波器做信號采集設(shè)備，配以專為MB－OFDM信令設(shè)計的解調(diào)軟件TDSUWB WiMedia V2做信號分析；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遵循“捕獲信號的三到五次諧波”的規(guī)則。而當(dāng)示波器作為射頻信號接收機(jī)時，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)。所以在選擇用來驗證MB－OFDM信號的示波器時，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)傳送時間一般較長(如BeaconSlotLength為85us)，要求示波器有較長的存儲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，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信號驗證和高速串行信號測試的通用閉環(huán)測試系統(tǒng)
泰克針對MB－OFDM信令的分析軟件TDSUWB WiMedia V2是業(yè)界第一個專業(yè)的自動分析軟件。其可以完成“一鍵式”驗證測量工作。對指定的數(shù)據(jù)包或者所有捕獲的數(shù)據(jù)包，它可以實現(xiàn)的功能有：自動識別頻段組；自動識別時間頻率碼(TFC)；自動分析調(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)(包括分析時間、信號來源及以上所有分析結(jié)果)歸檔(見圖5)。同時，該軟件也有通用的實時頻譜分析功能，可以分析MB－OFDM的頻譜特性、自動套用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)頻信號等隨時間變化的RF信號的時頻特性(見圖7)。
圖五 MB－OFDM信令分析
圖六 發(fā)射信號 PSD模板一致性測試(頻帶二)
圖七 TDSUWB軟件包的實時頻譜分析功能，Chirp信號異常一目了然。
信號源方面，泰克新推出的AWG7000系列提供最高20G的采樣速率和5.8GHz的輸出帶寬，可以直接產(chǎn)生頻段組一的信號(見圖8)。
圖八 示波器直接捕獲的由AWG7102輸出的BG1信號
對于更高頻段的信號，AWG7000系列中的雙通道型號，可以輸出I、Q各2.5G(4倍過采樣率下)的基帶供調(diào)制器調(diào)制，從而輕松解決了UWB(包括MB－OFDM、DS和脈沖等各種制式)的超高調(diào)制帶寬需求。當(dāng)然，AWG7000的特性也決定了它在高速預(yù)加重/去加重、脈沖幅度調(diào)制(PAM)和磁盤等傳統(tǒng)信號源難以實現(xiàn)的信號生成方面有很多優(yōu)勢，是一個兼顧性很好的信號源解決方案。
值得一提的是：AWG7000高達(dá)20G的采樣率和5.8GHz的輸出帶寬，可以完整復(fù)現(xiàn)流行示波器采集的信號——現(xiàn)在您可以使用示波器采集“標(biāo)準(zhǔn)”信號，然后根據(jù)需要加入各種其它信號元素，再用AWG7000系列回播，從而實現(xiàn)一個完整的閉環(huán)測試系統(tǒng)。
本文小結(jié)
隨著技術(shù)的深入發(fā)展，越來越多的半導(dǎo)體和消費(fèi)電子供應(yīng)商將會遇到來自超寬帶無線電的挑戰(zhàn)。
好的測試和驗證設(shè)備可以幫助開發(fā)者快速解決問題、縮短將產(chǎn)品推向市場的時間、提高利潤。泰克提供的測試解決方案，可以高效驗證MB－OFDM系統(tǒng)物理層；測試項目完全、操作簡單、結(jié)果直觀；同時兼顧了通用高速信號測試的需求，使用戶在不增加過多投資的情況下，輕松迎接挑戰(zhàn)。
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