UWB信號(hào)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(hào)形式。它利用脈寬在ns,、亞ns級(jí)的基帶脈沖序列進(jìn)行通信,，通常通過(guò)脈沖位置調(diào)制(PPM)、脈沖極性調(diào)制或脈沖幅度調(diào)制(PAM)等調(diào)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(qiáng)的多徑信道分辨能力和抗多徑性能。因?yàn)椴恍枰{(diào)制載波和本振,，所以收發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、成本較低，同時(shí)系統(tǒng)的功耗比傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)要低得多,。另外,，這種脈沖信號(hào)穿透能力強(qiáng)，定位和測(cè)距精度很高,，可以達(dá)到cm量級(jí),，同時(shí)可以在動(dòng)態(tài)中實(shí)現(xiàn)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(guī)定下，頻譜利用率不高,，但可以通過(guò)脈沖波形優(yōu)化設(shè)計(jì)加以改善,。
　　脈沖壓縮形式
　　對(duì)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(hào)能量相對(duì)較小，對(duì)于遠(yuǎn)距離的探測(cè)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(cè)距離，脈沖壓縮方式的超寬帶信號(hào)有了廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合,，其基本的表現(xiàn)形式有線(xiàn)性調(diào)頻等,。對(duì)于線(xiàn)性調(diào)頻的脈沖壓縮體制，可以在比較寬的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的線(xiàn)性調(diào)頻,，其頻帶覆蓋范圍符合FCC對(duì)超寬帶信號(hào)的定義,，因此具有距離分辨率強(qiáng)等超寬帶系統(tǒng)特有的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，由于線(xiàn)性調(diào)頻的調(diào)制時(shí)長(zhǎng)可以根據(jù)需求定義,，因此其信號(hào)能量遠(yuǎn)大于基帶脈沖形式,，可以滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離的目標(biāo)探測(cè)需求。如圖1所示為基于DDS產(chǎn)生的超寬帶雷達(dá)信號(hào)實(shí)現(xiàn)框圖,。

　　調(diào)制載波形式
　　通過(guò)調(diào)制載波可以將UWB信號(hào)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(xiàn)有通信系統(tǒng)中采用的方法,，技術(shù)成熟度,、工藝穩(wěn)定度很高，在實(shí)現(xiàn)高速系統(tǒng)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(fù)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(fù)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(tǒng)的信號(hào)結(jié)構(gòu),。


● MB-OFDM 超寬帶系統(tǒng)
　　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(fù)用(Time-Frequency Interpolation OFDM)方式,，數(shù)據(jù)在每個(gè)子帶上傳輸,。傳統(tǒng)意義下的UWB系統(tǒng)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(xiàn)帶寬的動(dòng)態(tài)分配,，增加了符號(hào)的時(shí)間,，長(zhǎng)符號(hào)時(shí)間的好處是抗符號(hào)間干擾(Inter-Symbol Interference，ISI)能力較強(qiáng),。MB-OFDM技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn),、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(kuò)展性好,。但是這種性能的提高是以收發(fā)設(shè)備的復(fù)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(shì)(初期速度高達(dá)480Mbits/s),，同時(shí)由于OFDM技術(shù)使微弱信號(hào)具有近乎完美的能量捕獲，所以它的通訊距離也會(huì)較遠(yuǎn),。MB-OFDM技術(shù)在子帶上進(jìn)行信息處理,，簡(jiǎn)化了接收機(jī)的數(shù)字復(fù)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(nèi)建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但是發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜(多了IFFT,，DAC),，易造成較高的峰值與均值比(PAR)，容易產(chǎn)生對(duì)其他系統(tǒng)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(cè)試解決方案
　　相比與原有的通信系統(tǒng)而言,，UWB系統(tǒng)具有信道容量大,、傳輸數(shù)率高、抗干擾能力強(qiáng),、距離分辨率高等優(yōu)勢(shì),，但也給系統(tǒng)測(cè)試提出了相應(yīng)的挑戰(zhàn)。對(duì)于UWB系統(tǒng)的接收測(cè)試,，需要能夠產(chǎn)生超寬帶信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器,，而對(duì)于UWB的發(fā)射測(cè)試，則需要超寬帶的信號(hào)分析設(shè)備,。為了滿(mǎn)足相應(yīng)的測(cè)試需求，R&S公司推出了相應(yīng)的UWB系統(tǒng)測(cè)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(duì)于測(cè)試設(shè)備的需求,，同時(shí)結(jié)合不同的選件滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求。
　　超寬帶基帶信號(hào)測(cè)試解決方案AFQ100B
　　在UWB系統(tǒng)研制的初期,，為了進(jìn)行相應(yīng)的波形設(shè)計(jì)和相應(yīng)的算法分析,，需要對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的仿真和計(jì)算，R&S公司新推出的IQ基帶信號(hào)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(dá)600MHz,，射頻帶寬可達(dá)528MHz，信號(hào)存儲(chǔ)深度可達(dá)1G采樣,，適用于需要超長(zhǎng)信號(hào)進(jìn)行的BER測(cè)試,。

　　對(duì)于滿(mǎn)足WiMedia Alliance(ECMA-368)標(biāo)準(zhǔn)的MB-OFDM系統(tǒng)，可以加配相應(yīng)的AFQ-K264選件配置滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的超寬帶信號(hào),，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(duì)于軍事領(lǐng)域所采用的基帶脈沖體制UWB系統(tǒng),，可以通過(guò)AFQ-K6選件產(chǎn)生雷達(dá)應(yīng)用的窄脈沖信號(hào),、復(fù)雜的脈沖序列信號(hào)，滿(mǎn)足軍事領(lǐng)域的應(yīng)用,。如圖4所示為使用AFQ-K6選件設(shè)計(jì)復(fù)雜的脈沖序列實(shí)現(xiàn)UWB信號(hào)波形,。對(duì)于其他體制的UWB系統(tǒng)，結(jié)合AFQ的ARB模式,，可以完成我們需要的絕大多數(shù)UWB波形設(shè)計(jì)及相應(yīng)的信號(hào)處理任務(wù),。另外，AFQ100B可以提供包括數(shù)字IQ和模擬IQ等多種數(shù)據(jù)接口供客戶(hù)進(jìn)行自由選擇,。


　　超寬帶射頻接收系統(tǒng)測(cè)試解決方案AFQ100B+SMBV100A

在UWB系統(tǒng)研制的中期,，為了驗(yàn)證整個(gè)接收系統(tǒng)的性能，我們需要超寬帶的射頻信號(hào)產(chǎn)生裝置,。R&S公司新推出的矢量信號(hào)源SMBV100A的外部調(diào)制帶寬達(dá)到528MHz,，結(jié)合R&S AFQ100B寬帶I/Q源，SMBV可以產(chǎn)生帶寬高達(dá)528 MHz的射頻信號(hào),。
　　超寬帶射頻發(fā)射系統(tǒng)測(cè)試解決方案ZVT
　　在UWB系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,，對(duì)于UWB的發(fā)射信號(hào)分析也是其中的重要一環(huán)。由于超寬帶系統(tǒng)的信號(hào)帶寬很大,，如果直接進(jìn)行數(shù)字采樣,，需要極高的采樣率，同時(shí)給后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)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(jī)進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理,，也就是說(shuō)把超寬帶信號(hào)分成幾個(gè)頻帶，每個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的信道化接收機(jī),。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(yīng)的采樣和信號(hào)處理,，如圖5所示為信道化接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)框圖。

　　對(duì)于信道化接收機(jī)而言,，如果要保證后續(xù)處理的準(zhǔn)確性,，需要各個(gè)信道接收機(jī)的性能盡可能保持一致，因此對(duì)于信道化接收機(jī)的一致性測(cè)試成為測(cè)試的主要內(nèi)容,。R&S公司推出的8端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀ZVT,，其內(nèi)部包含四個(gè)獨(dú)立的源,，并且每個(gè)源的功率、頻率和相位均可以自由設(shè)置,，因此可以使不同的源作為信道化接收機(jī)的輸入RF信號(hào)和LO信號(hào),，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)的通道一致性測(cè)試，從而完成UWB系統(tǒng)的發(fā)射測(cè)試,。
　　對(duì)于窄脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)的UWB系統(tǒng),，如何測(cè)量脈內(nèi)信號(hào)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(cè)試選件ZVA-K7選件可以方便的對(duì)窄脈沖S參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,。其功能相當(dāng)于時(shí)間分辨率為12.5ns,、測(cè)試帶寬為30MHz的示波器。脈沖S參數(shù)測(cè)試的實(shí)現(xiàn)框圖如圖6所示,。