|
UWB信號的產(chǎn)生方式 基帶脈沖形式 基帶脈沖形式是UWB通信最早采用的信號形式。它利用脈寬在ns、亞ns級的基帶脈沖序列進(jìn)行通信，通常通過(guò)脈沖位置調制(PPM)、脈沖極性調制或脈沖幅度調制(PAM)等調制方式攜帶信息。脈沖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，所以有很強的多徑信道分辨能力和抗多徑性能。因為不需要調制載波和本振，所以收發(fā)信機結構簡(jiǎn)單、成本較低，同時(shí)系統的功耗比傳統的無(wú)線(xiàn)電系統要低得多。另外，這種脈沖信號穿透能力強，定位和測距精度很高，可以達到 cm量級，同時(shí)可以在動(dòng)態(tài)中實(shí)現定位功能。但是基帶脈沖中包含較多的低頻分量，所以在FCC關(guān)于UWB通信功率譜的規定下，頻譜利用率不高，但可以通過(guò)脈沖波形優(yōu)化設計加以改善。 脈沖壓縮形式 對于基帶脈沖形式而言，由于其脈寬較窄、占空比較低，因此信號能量相對較小，對于遠距離的探測和通信并不適用。因此在軍事領(lǐng)域，為了盡可能地提高探測距離，脈沖壓縮方式的超寬帶信號有了廣泛的應用場(chǎng)合，其基本的表現形式有線(xiàn)性調頻等。對于線(xiàn)性調頻的脈沖壓縮體制，可以在比較寬的時(shí)間內實(shí)現相應的線(xiàn)性調頻，其頻帶覆蓋范圍符合FCC對超寬帶信號的定義，因此具有距離分辨率強等超寬帶系統特有的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，由于線(xiàn)性調頻的調制時(shí)長(cháng)可以根據需求定義，因此其信號能量遠大于基帶脈沖形式，可以滿(mǎn)足遠距離的目標探測需求。如圖1所示為基于DDS產(chǎn)生的超寬帶雷達信號實(shí)現框圖。 調制載波形式 通過(guò)調制載波可以將UWB信號搬遷到合適的頻段進(jìn)行傳輸，可以更加有效靈活地利用頻譜資源。同時(shí)可以利用現有通信系統中采用的方法，技術(shù)成熟度、工藝穩定度很高，在實(shí)現高速系統方面更容易些。2003年IEEE 802.15.3a工作組征集提案時(shí)，Intel、TI和Xtreme Spectrum分別提出了多頻帶、正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)、直接序列碼分多址(Direct Sequence Code Division Multiple Access，DS-CDMA)等3種方案，后來(lái)多頻帶方案與正交頻分復用方案融合，從而形成了以TI、Intel等公司為首的MB-OFDM和以Xtreme Spectrum、Freescale等公司為主的DS-CDMA兩大聯(lián)盟。 從技術(shù)上來(lái)講，MB-OFDM和DS-CDMA無(wú)法彼此妥協(xié)。通過(guò)這幾年的發(fā)展，MB-OFDM已經(jīng)逐漸取代DS-CDMA成為未來(lái)無(wú)線(xiàn)寬帶的熱門(mén)技術(shù)。圖2為MB-OFDM系統的信號結構。 ● MB-OFDM 超寬帶系統 MB-OFDM的核心是把頻段分成多個(gè)528MHz的子頻帶，每個(gè)子頻帶采用時(shí)頻交織正交頻分復用(Time-Frequency Interpolation OFDM)方式，數據在每個(gè)子帶上傳輸。傳統意義下的UWB系統使用周期不足1ns的脈沖，而MB-OFDM通過(guò)多個(gè)子帶來(lái)實(shí)現帶寬的動(dòng)態(tài)分配，增加了符號的時(shí)間，長(cháng)符號時(shí)間的好處是抗符號間干擾(Inter-Symbol Interference，ISI)能力較強。MB-OFDM技術(shù)上易于實(shí)現、功耗很低，頻帶的利用率高，多個(gè)頻率子帶并列，可以避開(kāi)某些頻帶，靈活配置，速率的擴展性好。但是這種性能的提高是以收發(fā)設備的復雜性為代價(jià)的，而且還要考慮子信道間干擾(Inter-Channel Interference，ICI)的影響。MB-OFDM在性能方面具有優(yōu)勢(初期速度高達480Mbits/s)，同時(shí)由于OFDM技術(shù)使微弱信號具有近乎完美的能量捕獲，所以它的通訊距離也會(huì )較遠。MB-OFDM技術(shù)在子帶上進(jìn)行信息處理，簡(jiǎn)化了接收機的數字復雜度，降低了功耗和成本，提高了頻譜的靈活性，有助于在全球范圍內建立相關(guān)標準。但是發(fā)射機的結構比較復雜 (多了IFFT，DAC)，易造成較高的峰值與均值比(PAR)，容易產(chǎn)生對其他系統的干擾，如果單純地降低發(fā)射功率，又會(huì )減小傳輸距離。 R&S測試解決方案 相比與原有的通信系統而言，UWB系統具有信道容量大、傳輸數率高、抗干擾能力強、距離分辨率高等優(yōu)勢，但也給系統測試提出了相應的挑戰。對于UWB系統的接收測試，需要能夠產(chǎn)生超寬帶信號的信號發(fā)生器，而對于UWB的發(fā)射測試，則需要超寬帶的信號分析設備。為了滿(mǎn)足相應的測試需求，R&S公司推出了相應的UWB系統測試解決方案，可以滿(mǎn)足客戶(hù)在不同研發(fā)和生產(chǎn)階段對于測試設備的需求，同時(shí)結合不同的選件滿(mǎn)足不同的應用需求。 超寬帶基帶信號測試解決方案AFQ100B 在UWB系統研制的初期，為了進(jìn)行相應的波形設計和相應的算法分析，需要對基帶信號進(jìn)行相應的仿真和計算，R&S公司新推出的IQ基帶信號源AFQ100B 具有更加優(yōu)異的性能和更多的功能。選用AFQ100B的寬帶模式，其基帶時(shí)鐘速率可達600MHz，射頻帶寬可達528MHz，信號存儲深度可達1G采樣，適用于需要超長(cháng)信號進(jìn)行的BER測試。 對于滿(mǎn)足WiMedia Alliance(ECMA-368)標準的MB-OFDM系統，可以加配相應的AFQ-K264選件配置滿(mǎn)足標準的超寬帶信號，因此非常適合于超寬帶通信，如圖3所示為K264選件的菜單界面。對于軍事領(lǐng)域所采用的基帶脈沖體制UWB系統，可以通過(guò)AFQ-K6選件產(chǎn)生雷達應用的窄脈沖信號、復雜的脈沖序列信號，滿(mǎn)足軍事領(lǐng)域的應用。如圖4所示為使用AFQ-K6選件設計復雜的脈沖序列實(shí)現UWB信號波形。 對于其他體制的UWB系統，結合AFQ的ARB模式，可以完成我們需要的絕大多數UWB波形設計及相應的信號處理任務(wù)。另外，AFQ100B可以提供包括數字IQ和模擬IQ等多種數據接口供客戶(hù)進(jìn)行自由選擇。 超寬帶射頻接收系統測試解決方案AFQ100B+SMBV100A 在UWB系統研制的中期，為了驗證整個(gè)接收系統的性能，我們需要超寬帶的射頻信號產(chǎn)生裝置。R&S公司新推出的矢量信號源SMBV100A的外部調制帶寬達到528MHz，結合R&S AFQ100B寬帶I/Q源，SMBV可以產(chǎn)生帶寬高達528 MHz的射頻信號。 超寬帶射頻發(fā)射系統測試解決方案ZVT 在UWB系統的設計中，對于UWB的發(fā)射信號分析也是其中的重要一環(huán)。由于超寬帶系統的信號帶寬很大，如果直接進(jìn)行數字采樣，需要極高的采樣率，同時(shí)給后續的數據傳輸和數據處理帶來(lái)較大的困難。因此常用的方式是通過(guò)信道化接收機進(jìn)行相應的信號處理，也就是說(shuō)把超寬帶信號分成幾個(gè)頻帶，每個(gè)頻帶對應一個(gè)相應的信道化接收機。然后通過(guò)不同的本振將不同頻帶混頻至一個(gè)較低的頻率進(jìn)行相應的采樣和信號處理，如圖5所示為信道化接收機的實(shí)現框圖。 對于信道化接收機而言，如果要保證后續處理的準確性，需要各個(gè)信道接收機的性能盡可能保持一致，因此對于信道化接收機的一致性測試成為測試的主要內容。R&S公司推出的8端口矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀ZVT，其內部包含四個(gè)獨立的源，并且每個(gè)源的功率、頻率和相位均可以自由設置，因此可以使不同的源作為信道化接收機的輸入RF信號和LO信號，進(jìn)而進(jìn)行相應的通道一致性測試，從而完成UWB系統的發(fā)射測試。 對于窄脈沖信號實(shí)現的UWB系統，如何測量脈內信號的質(zhì)量也是我們需要關(guān)注的問(wèn)題。R&S公司基于ZVA/ZVT的脈沖測試選件ZVA-K7選件可以方便的對窄脈沖S參數進(jìn)行測試。其功能相當于時(shí)間分辨率為12.5ns、測試帶寬為30MHz的示波器。脈沖S參數測試的實(shí)現框圖如圖6所示。 |
