超宽带(UWB)设备可以提供用无线方式来传输照片,电影和音乐(见figure 1).并且,几家芯片制造商有第二代或者第三代芯片解决方案,用于无线多媒体应用,比如无线USB。
Figure 1: 使用了UWB技术,视频流媒体、无线传输打印文档、电影传输和照片交换都变得容易。
但是,在我们庆祝之前,我们需要了解一个现实,就是UWB的价格和校准&测试成本的对比。我们期待使用UWB做很多事,但是它必须要与其它无线连接形式共存。并且,它必须是低成本的。同时,它要满足一系列挑战性的参数规格――这就是校准&测试的目的。
更深入的了解
UWB频率范围从3.1GHz直到10.6GHz,这些频率被划分成14个528MHz的频段。信号“跳跃”在三个相邻频段(占用1584MHz的频谱),它的特征是跳跃快速,短符号时间(242.5纳秒)。这一技术使用多频带正交频分复用(MB-OFDM),且根据不同的数据速率,使用正交相移键控(QPSK)或者双载波调制(DCM),如table 1所示。这一无线USB可以在3米的距离下数据速率可以达到480 Mbps,在10米的距离下可以达到110Mbps。
Table 1:用于已验证的无线USB的调制方案和数据速率
这14个528MHz频带有不同的区域规则限制(见figure 2),只有group 6频带在世界各地都已授权。所以,最新的芯片组将会围绕group 6,而第一代芯片组是基于group 1的。
Figure 2:在14个528MHz频带中,只有group 6频带在所以的确都已授权
UWB普通无线平台支持多种跳频带序列(称为“时间频率码”或者TFC),允许只使用一个频带,或者在两三个频带之间跳跃(见table 2)。
Table 2: 依据选择的TFC,可以挑选使用单频带(TFC 5,6和7),双频带(TFC 8,9和10),或者三频带(TFC 1,2,3和4)的跳跃序列。
开发和生产测试
开发测试和生产测试有根本的区别。对于开发而言,设计出的产品要有能力满足所有的定义标准,所使用的元器件在容限范围内按最坏情况组合,要能得到一个仍然在规格范围以内的结果。不过,一旦这样的设计被验证之后,就没有必要像之前一样测试所有的相同设计方面。现在需要做的其实是发现生产错误或者坏的元器件。
可能有人质疑说,对于第一种情况――开发,使用一堆通用仪器连接在一起来准确测试必要的参数,还是使用为测试UWB而专门设计的系统,没有什么区别。但是,在今天这个商品化,竞争激烈的电子市场,不管对于开发还是生产,时间都是至关重要的。设计要在几周之内,而不是几个月之内,可以付诸生产。一旦设计经过了验证,大规模量产能力要尽快准备就绪。在那些情况下,不会有如此充裕的时间来使用即时搭建的设备群做生产测试。当然,也可以说这样的方法延缓了开发进程。
一个UWB设备可以发射和接收,每个功能都需要测试。在发射方面,需要测试功率电平和设置精度,误差向量幅度(EVM),功率谱密度(比如,相对于频谱波形)和频偏。但是那只是开始。你还要测试符号时钟误差,相位噪声,压缩,幅度和相位平衡,幅度在时域的变化,和本地振荡器泄漏。
在接收机方面,你将要测试在某个最坏误包率(PER)情况下的灵敏度和某个最坏误包率情况下的过载。要提到的是, 还需要测试接收机的邻道抑制,相间信道抑制和最大接收范围。
对于这一级的开发测试,使用通用仪器注定是一个冗长的过程。也意味着这些仪器必须能够精确测试跨度为7.5GHz的信号,并且有足够快的响应,以测试快速调频和短符号。能满足这样带宽和速度的仪器往往价格不菲。
另一方面,使用由软件控制的向量信号分析仪的单盒测试仪来捕获盒分析UWB信号,并提供全面的测试结果,以满足开发需求。但是,开发一个满足UWB的带宽和速度要求的测试仪,是一项挑战性的工作。
Iqultra 超宽带 测试系统
乍看之下,Litepoint的IQultra 测试方案跟它流行的IQview WiFi测试仪很类似,但是只是外形类似。这一新的UWB测试方案必须支持接近8GHz范围的频谱,最高端的频率超过10GHz。并且,它必须能够一次捕获带宽超过500MHz的信号。而对于三频带跳频,一次捕获的信号带宽要达到1.6GHz。当今大部分的频谱分析仪提供20MHz的带宽,大多数高质量的实验室仪器的频率范围最高达到6GHz。显然,大部分实验室仪器的能力也不足以用于UWB,一些非常高成本类型的仪器除外。
所以,IQultra 首先满足UWB物理层规范,并且它提供全面的EVM测试。(见Figure 3)
Figure 3: IQu
ltra的GUI软件提供分析结果的全面列表(右面部分),加上三个可选择的视图界面。这里,最顶部的视图为信号功率-时间,左下方显示信道平坦度,右下方室OFDM子载波的星座图。
其中一项重要的测试是功率谱密度测试,用来保证测试的信号完全处于频谱模板之内(见figure 4),超出模板规范的信号很可能会干扰到其它信号。
Figure 4:这个视图界面显示在三个频带内跳跃的功率。
使用基于Alereon的DUT,通过它自己的驱动软件来控制,可以选择频带组,TFC和连续数据包输出。IQultra 室由它自己的GUI软件控制,允许选择频带组和捕获模式(单信号或者连续信号)。在单信号模式,测试者可以捕获一个数据包,并显示出即时的结果。信号捕获只需要几秒钟时间,后续的分析和显示也只需要几秒钟。只需要单击一下鼠标就可以得到所有的分析结果。在连续捕获模式,可以观察一段连续的数据包的“快照”,看看结果是相对稳定还是偏离了正常情况。
不管对于开发测试还是生产测试,使用IQultra,所有的测试都可以在几秒钟之内完成。设置保持不变,用户只需要选择不同的参数和视图界面。在对UWB设备整体的开发和生产成本限制条件下,IQultra真正算的上实际可行的方案。