新的解決方案加速UWB 物理層驗證

UWB(超寬帶)無線技術，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的青睞。但是它非常高的調制帶寬(通常高于500MHz)和相對帶寬(>20%)，又給研發和測試UWB產品帶來了很多挑戰。傳統的通用測試方法，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：傳統的頻譜分析儀是窄帶接收機，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。

矢量信號分析儀的實時分析帶寬一般不超過120MHz，只能勉強測量一些低速率信號在某個特定時刻的調制域特性，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置的IQ基帶發生器一般只有產生幾十兆調制帶寬的能力，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。所以有別于一般軟件無線電系統，驗證測試人員可能無法再在基帶、中頻和射頻上都有相應測試點—而射頻天線就成為唯一可行的探測端口，來進行互操作驗證。

最后，由于無線設備有別于流行的有線應用(如高速串行設備)。所以消費電子開發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系統的測試挑戰，泰克公司提出了一種驗證測試方案：在接收機方面，使用通用儀器中的寬帶接收機—示波器做信號采集設備，配以專為MB－OFDM信令設計的解調軟件TDSUWB WiMedia V2做信號分析；發射機方面，頻段組一可以用最新的AWG7102直接產生，而更高的頻段組的信號可以用雙通道的AWG7000系列任意波形發生器配合調制器得到。由于這些硬件測試設備也廣泛用于諸如高速串行信號的研發測試中，所以能夠提高設備利用率、最大化資源效能。

這種通用測試系統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”的規則。而當示波器作為射頻信號接收機時，我們有“75％帶寬原則”：通常示波器的頻率響應(包括幅頻特性和相頻特性)，從直流到標定帶寬的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。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，則作為接收機的示波器帶寬應該為(10.56GHz/0.75＝14.08GHz)；頻段最低的BG1(最高載頻約4.75GHz)的信號接收機也需要至少6.3GHz帶寬。泰克的DPO/DSA71604、DPO/DSA72004是此類應用示波器市場上性能最強的選擇，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用；同時兼顧新一代串行標準(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系列的標配10M、可選200M高速內存可以50GS/s的采樣率輕輕松捕獲長達8ms信號，這樣的能力遠遠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。當然，充足的信息也保證著測試人員對分析結果的信心。

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測試系統

泰克針對MB－OFDM信令的分析軟件TDSUWB WiMedia V2是業界第一個專業的自動分析軟件。其可以完成“一鍵式”驗證測量工作。對指定的數據包或者所有捕獲的數據包，它可以實現的功能有：自動識別頻段組；自動識別時間頻率碼(TFC)；自動分析調制模式、調制速率并進行解調；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據(包括分析時間、信號來源及以上所有分析結果)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)模板進行頻譜一致性測試(見圖6)；還可以分析諸如線性調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 發射信號 PSD模板一致性測試(頻帶二)