UWB系统测试解决方案

2015-03-24 12:04:30   来源:eefocus   

关键字: UWB信号  系统测试  基带脉冲

UWB信号的产生方式
  基带脉冲形式
  基带脉冲形式是UWB通信最早采用的信号形式。它利用脉宽在ns、亚ns级的基带脉冲序列进行通信,通常通过脉冲位置调制(PPM)、脉冲极性调制或脉冲幅度调制(PAM)等调制方式携带信息。脉冲可以采用不同的波形,如高斯波形、升余弦波形式等,而且占空比也很小,所以有很强的多径信道分辨能力和抗多径性能。因为不需要调制载波和本振,所以收发信机结构简单、成本较低,同时系统的功耗比传统的无线电系统要低得多。另外,这种脉冲信号穿透能力强,定位和测距精度很高,可以达到 cm量级,同时可以在动态中实现定位功能。但是基带脉冲中包含较多的低频分量,所以在FCC关于UWB通信功率谱的规定下,频谱利用率不高,但可以通过脉冲波形优化设计加以改善。
  脉冲压缩形式
  对于基带脉冲形式而言,由于其脉宽较窄、占空比较低,因此信号能量相对较小,对于远距离的探测和通信并不适用。因此在军事领域,为了尽可能地提高探测距离,脉冲压缩方式的超宽带信号有了广泛的应用场合,其基本的表现形式有线性调频等。对于线性调频的脉冲压缩体制,可以在比较宽的时间内实现相应的线性调频,其频带覆盖范围符合FCC对超宽带信号的定义,因此具有距离分辨率强等超宽带系统特有的优点。除此之外,由于线性调频的调制时长可以根据需求定义,因此其信号能量远大于基带脉冲形式,可以满足远距离的目标探测需求。如图1所示为基于DDS产生的超宽带雷达信号实现框图。
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  调制载波形式
  通过调制载波可以将UWB信号搬迁到合适的频段进行传输,可以更加有效灵活地利用频谱资源。同时可以利用现有通信系统中采用的方法,技术成熟度、工艺稳定度很高,在实现高速系统方面更容易些。2003年IEEE 802.15.3a工作组征集提案时,Intel、TI和Xtreme Spectrum分别提出了多频带、正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)、直接序列码分多址(Direct Sequence Code Division Multiple Access,DS-CDMA)等3种方案,后来多频带方案与正交频分复用方案融合,从而形成了以TI、Intel等公司为首的MB-OFDM和以Xtreme Spectrum、Freescale等公司为主的DS-CDMA两大联盟。
  从技术上来讲,MB-OFDM和DS-CDMA无法彼此妥协。通过这几年的发展,MB-OFDM已经逐渐取代DS-CDMA成为未来无线宽带的热门技术。图2为MB-OFDM系统的信号结构。
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  ● MB-OFDM 超宽带系统
  MB-OFDM的核心是把频段分成多个528MHz的子频带,每个子频带采用时频交织正交频分复用(Time-Frequency Interpolation OFDM)方式,数据在每个子带上传输。传统意义下的UWB系统使用周期不足1ns的脉冲,而MB-OFDM通过多个子带来实现带宽的动态分配,增加了符号的时间,长符号时间的好处是抗符号间干扰(Inter-Symbol Interference,ISI)能力较强。MB-OFDM技术上易于实现、功耗很低,频带的利用率高,多个频率子带并列,可以避开某些频带,灵活配置,速率的扩展性好。但是这种性能的提高是以收发设备的复杂性为代价的,而且还要考虑子信道间干扰(Inter-Channel Interference,ICI)的影响。MB-OFDM在性能方面具有优势(初期速度高达480Mbits/s),同时由于OFDM技术使微弱信号具有近乎完美的能量捕获,所以它的通讯距离也会较远。MB-OFDM技术在子带上进行信息处理,简化了接收机的数字复杂度,降低了功耗和成本,提高了频谱的灵活性,有助于在全球范围内建立相关标准。但是发射机的结构比较复杂 (多了IFFT,DAC),易造成较高的峰值与均值比(PAR),容易产生对其他系统的干扰,如果单纯地降低发射功率,又会减小传输距离。
  R&S测试解决方案
  相比与原有的通信系统而言,UWB系统具有信道容量大、传输数率高、抗干扰能力强、距离分辨率高等优势,但也给系统测试提出了相应的挑战。对于UWB系统的接收测试,需要能够产生超宽带信号的信号发生器,而对于UWB的发射测试,则需要超宽带的信号分析设备。为了满足相应的测试需求,R&S公司推出了相应的UWB系统测试解决方案,可以满足客户在不同研发和生产阶段对于测试设备的需求,同时结合不同的选件满足不同的应用需求。
  超宽带基带信号测试解决方案AFQ100B
  在UWB系统研制的初期,为了进行相应的波形设计和相应的算法分析,需要对基带信号进行相应的仿真和计算,R&S公司新推出的IQ基带信号源AFQ100B 具有更加优异的性能和更多的功能。选用AFQ100B的宽带模式,其基带时钟速率可达600MHz,射频带宽可达528MHz,信号存储深度可达1G采样,适用于需要超长信号进行的BER测试。
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对于满足WiMedia Alliance(ECMA-368)标准的MB-OFDM系统,可以加配相应的AFQ-K264选件配置满足标准的超宽带信号,因此非常适合于超宽带通信,如图3所示为K264选件的菜单界面。对于军事领域所采用的基带脉冲体制UWB系统,可以通过AFQ-K6选件产生雷达应用的窄脉冲信号、复杂的脉冲序列信号,满足军事领域的应用。如图4所示为使用AFQ-K6选件设计复杂的脉冲序列实现UWB信号波形。 对于其他体制的UWB系统,结合AFQ的ARB模式,可以完成我们需要的绝大多数UWB波形设计及相应的信号处理任务。另外,AFQ100B可以提供包括数字IQ和模拟IQ等多种数据接口供客户进行自由选择。
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0324/article_11136.html
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