UWB系统的测试解决方案

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。

　　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。


● 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。