新的解决方案加速UWB 物理层验证

新的解决方案加速UWB 物理层验证

UWB(超宽带)无线技术，以其高传输速率、低功率、小范围的特点，得到了越来越多新兴无线技术的青睐。但是它非常高的调制带宽(通常高于500MHz)和相对带宽(>20%)，又给研发和测试UWB产品带来了很多挑战。传统的通用测试方法，在面对UWB的物理层特性的时候，会显得力不从心。 
首先是信号接收和分析：传统的频谱分析仪是窄带接收机，无法测量超宽带信号的实时频谱，最多只能使用“最大保持”一类的功能获得MB－OFDM信号的频谱包络。 
矢量信号分析仪的实时分析带宽一般不超过120MHz，只能勉强测量一些低速率信号在某个特定时刻的调制域特性，无法完全满足MB－OFDM的物理层验证要求。 
在信号的生成方面，MB－OFDM也有很高的要求。通用的测试方法是使用矢量信号源。但是流行的矢量信号源内置的IQ基带发生器一般只有产生几十兆调制带宽的能力，对于MB－OFDM至少528MHz、动辄超过1.5GHz的要求难免力不从心。所以可行的方案是高性能矢量信号源和高性能任意波形发生器的配合。 
在探测方式上，由于高的集成度，被测MAC/PHY的所有基本器件(见图3)一般都被封装在一个芯片内。所以有别于一般软件无线电系统，验证测试人员可能无法再在基带、中频和射频上都有相应测试点—而射频天线就成为唯一可行的探测端口，来进行互操作验证。 
最后，由于无线设备有别于流行的有线应用(如高速串行设备)。所以消费电子开发者如何利用已有工具、提高仪器利用率也是一个解决方案是否合理的重要考虑方面。 

一种新的物理层验证方案 
针对于MB－OFDM系统的测试挑战，泰克公司提出了一种验证测试方案：在接收机方面，使用通用仪器中的宽带接收机—示波器做信号采集设备，配以专为MB－OFDM信令设计的解调软件TDSUWBWiMedia V2做信号分析；发射机方面，频段组一可以用最新的AWG7102直接产生，而更高的频段组的信号可以用双通道的AWG7000系列任意波形发生器配合调制器得到。由于这些硬件测试设备也广泛用于诸如高速串行信号的研发测试中，所以能够提高设备利用率、最大化资源效能。 
这种通用测试系统的配置和工作原理见图1。 

图一：射频芯片的功能框图

本系统中，示波器的选择非常重要。在通用有线测试中，我们选择示波器一般会遵循“捕获信号的三到五次谐波”的规则。而当示波器作为射频信号接收机时，我们有“75％带宽原则”：通常示波器的频率响应(包括幅频特性和相频特性)，从直流到标定带宽的75％处是比较理想的，即趋近理想的平坦幅频特性和线性相位响应。所以在选择用来验证MB－OFDM信号的示波器时，就需要将使用频带的上限值除以0.75，得到示波器的最小带宽要求。例如：BG5的最高载波频率为10.56GHz，则作为接收机的示波器带宽应该为(10.56GHz/0.75＝14.08GHz)；频段最低的BG1(最高载频约4.75GHz)的信号接收机也需要至少6.3GHz带宽。泰克的DPO/DSA71604、DPO/DSA72004是此类应用示波器市场上性能最强的选择，它拥有超过16GHz的真实模拟带宽，可以满足所有UWB频段组的需要，并覆盖到Ku波段及以下的通用应用；同时兼顾新一代串行标准(如PCIE II、SATA III、2x XAUI、FBD、XFI等)的三到五次谐波或以上；另外，MB－OFDM信令中的突发传送时间一般较长(如BeaconSlotLength为85us)，要求示波器有较长的存储深度能够捕获丰富的波形信息来供分析使用，DPO/DSA70000系列的标配10M、可选200M高速内存可以50GS/s的采样率轻轻松捕获长达8ms信号，这样的能力远远超过其它厂商类似解决方案的40GS/s 采样率下50us的捕获长度。当然，充足的信息也保证着测试人员对分析结果的信心。 

图二： 各地可使用的频段 绿色代表可用） 

图三 射频芯片的功能框图 

图四 可以满足MB－OFDM信号验证和高速串行信号测试的通用闭环测试系统

泰克针对MB－OFDM信令的分析软件TDSUWB WiMedia V2是业界第一个专业的自动分析软件。其可以完成“一键式”验证测量工作。对指定的数据包或者所有捕获的数据包，它可以实现的功能有：自动识别频段组；自动识别时间频率码(TFC)；自动分析调制模式、调制速率并进行解调；显示星座图、计算矢量幅度误差的RMS和峰值(EVM)；并可以把所有分析的数据(包括分析时间、信号来源及以上所有分析结果)归档(见图5)。同时，该软件也有通用的实时频谱分析功能，可以分析MB－OFDM的频谱特性、自动套用PSD(功率谱密度)模板进行频谱一致性测试(见图6)；还可以分析诸如线性调频信号等随时间变化的RF信号的时频特性(见图7)。

图五 MB－OFDM信令分析 

图六 发射信号 PSD模板一致性测试(频带二) 

图七 TDSUWB软件包的实时频谱分析功能，Chirp信号异常一目了然。
信号源方面，泰克新推出的AWG7000系列提供最高20G的采样速率和5.8GHz的输出带宽，可以直接产生频段组一的信号(如图八)。

                      图八 示波器直接捕获的由AWG7102输出的BG1信号  
对于更高频段的信号，AWG7000系列中的双通道型号，可以输出I、Q各2.5G(4倍过采样率下)的基带供调制器调制，从而轻松解决了UWB(包括MB－OFDM、DS和脉冲等各种制式)的超高调制带宽需求。当然，AWG7000的特性也决定了它在高速预加重/去加重、脉冲幅度调制(PAM)和磁盘等传统信号源难以实现的信号生成方面有很多优势，是一个兼顾性很好的信号源解决方案。

值得一提的是：AWG7000高达20G的采样率和5.8GHz的输出带宽，可以完整复现流行示波器采集的信号——现在您可以使用示波器采集“标准”信号，然后根据需要加入各种其它信号元素，再用AWG7000系列回播，从而实现一个完整的闭环测试系统。 
本文小结 
随着技术的深入发展，越来越多的半导体和消费电子供应商将会遇到来自超宽带无线电的挑战。 
好的测试和验证设备可以帮助开发者快速解决问题、缩短将产品推向市场的时间、提高利润。泰克提供的测试解决方案，可以高效验证MB－OFDM系统物理层；测试项目完全、操作简单、结果直观；同时兼顾了通用高速信号测试的需求，使用户在不增加过多投资的情况下，轻松迎接挑战。