新的测试与测量技术助力各种热点应用的设计与开发

新的测试与测量技术助力各种热点应用的设计与开发
现在各种复杂的无线技术层出不穷。3G技术的演进非常迅速，HSDPA技术的出现对无线测试提出了新的要求。WLAN从802.11b/g向802.11n转变，采用全新的OFDM编码方式。UWB的带宽极高，覆盖了极宽的频带。嵌入式系统中的高速串行信号的速度已经提升到了数GHz，同时涉及各种复杂的串行协议。模拟电视正在向数字电视全面转换，因此需要新的视频测试解决方案。本文介绍分析了新兴无线技术、高速串行信号与视频测试所面临的技术挑战与相应的解决方案。
实时频谱分析
技术解决新兴RF应用测试挑战 如今RF频谱正变得越来越拥挤和繁忙，这就给系统和信号相互干扰带来了更大的可能。今天，RF信号数量不仅越来越多，而且这些RF信号一般具有更大的瞬变和复杂的特点。在当前采用跳频、脉冲和数字调制等技术的许多RF系统中，要找到、记录和识别干扰来源正变得更加困难，因为“问题信号”可能只存在非常短的时间，可能会迅速改变频率，甚至可能会与预计的传输结合在一起，导致服务质量劣化。在分析这些信号时，传统扫频分析仪很难为工程师和技术人员提供全面识别信号所需的全部信息，因此RF工程师很难在工作环境中识别干扰信号的来源。工程师需要显示画面，显示频域、时域和调制域的时间相关信息，使其能够迅速、全面、精确地分析信号。 据泰克公司中国市场经理Calvin Zhang介绍，数字RF技术的发展，使得随时间变化的技术能够更有效地利用可用的频谱，避免干扰，保证无缝操作，因此得到广泛的应用普及。例如,WLAN信号寻找干净的频谱，调整调制类型，以最好地利用提供的信道。传统的RF技术向随时间变化的数字技术转变，即时间域和频域相融合。这些技术都表现出频率和调制随时间变化的特点，使得RF信号变得日益复杂，并具有瞬变特点。 新兴的RF应用如RFID的测量需求超出了扫频分析仪和矢量信号分析仪的分析能力。RF信号承载着复杂的调制，从一个时间点到另一个时间点变化，它们会跳频，简单地达到峰值，然后消失。这种瞬时的随时间变化的传输技术可以帮助RF设备避免干扰，实现最大峰值功率，避开侦听。 在瞬时RF应用中，识别间歇性信号和干扰信号至关重要。采用实时频谱分析技术可以可靠地检测和检定这些瞬时ＲＦ信号，大大降低识别问题根源所需的时间。为了设计先进的下一代RF系统，满足各种尖端数字RF应用，需要频谱分析仪能够提供实时性能、捕获带宽和动态范围的组合。这就要求测试仪器提供高带宽和高动态范围、快速捕获信号及能够实现时域、频域和调制域全面关联。 应对这些设计需求，泰克公司推出了新的RSA6100A系列实时频谱分析仪。RSA6100A系列是第一个同时提供了110 MHz实时带宽和73 dB无杂散动态范围的RF分析仪，它实现了高捕获带宽，而又不会降低动态范围， DPX数字荧光技术把数量庞大的实时数据转化成实时的RF频谱演示，揭示以前看不到的RF信号和异常信号。与速度最快的扫频分析仪和矢量信号分析仪(VSA)相比，其频谱测量速率提高了近1000倍，实现了实时RF，使工程师能够查看他们原来不知道存在的信号的不稳定性和瞬变。

无线标准的新特性要求更新的测试方法 随着无线通信技术的发展，新的技术和标准层出不穷，这些无线技术表现出很多新的特性，对测试与测量提出了更高的要求。 采用802.16标准的WiMAX技术、带宽极高的UWB等新的无线技术呈现很高的速度和带宽。这需要信号源能够产生宽带、高数据处理速率的信号。同时要求分析仪能够分析宽带信号，获得分析的结果。据罗德与施瓦茨中国有限公司产品支持经理安毅博士介绍，针对宽带的要求，罗德与施瓦茨公司提供了高达200MHz调制带宽的RF矢量信号源，可以产生任意调制和标准的宽带信号，也提供了高达120MHz分析带宽的信号分析仪，从而可对宽带和高速率信号进行完整的测试。 802.11、802.16以及DVB等技术和未来的4G移动通信系统广泛采用OFDM制式。这就要求仪器具备分析OFDM/OFDMA信号的能力。R&S的信号源和分析仪提供了OFDM和OFDMA信号的支持，更内置了各种通信标准，如802.11，802.16和DVB等。 TD-SCDMA大量采用TDD和数据突发方式。与CDMA2000和WCDMA信号的连续发射不同，TD-SCDMA是TDD和CDMA的结合。而802.11，802.16都是数据包突发结构,需要进行分析。对于TDD和数据突发方式的信号，R&S频谱仪和信号分析仪具备强大的中频触发能力，使得无需外接任何触发信号就能轻松分析这些突发。 无线传播信道对于系统性能的影响也越来越得到重视，这就要求测试设备能够提供强大的多径衰落模拟功能。仪器具备强大的射频和中频触发能力，才能快速抓取突发信号并进行分析。R&S公司提供了相应的测试解决方案。此外，在信号源中内置了强大的衰落模拟器，具有极高的时延分辨率，而且预置了各种无线通信的衰落模型，从而方便模拟各种无线传播信道的特性。
互联解决方案
将RF仿真和测量融为一体 在过去，执行如BER(误码率)或PER(误包率)等关键的系统级测量之前，需要同时具备RF硬件和基带硬件，然后才能执行系统级测试。如果发现系统整合的问题，代价昂贵的设计重做或进度延误不可避免。而如果在没有基带硬件的情况下，在RF硬件上单独测量编码的BER或PER，需要手动编码基带编解码算法，以代表基带硬件的功能，这就会占用测试周期的数天或数周时间。为了在不同的条件下比如多径或衰落，评估待测器件的性能，需要创建相应的测试场景，这非常困难和耗时。而且，一旦定制化的测试环境创建好，为了广泛使用，让其他同事了解这个测试环境的过程也非常困难和乏味。 安捷伦新推出的互联解决方案把Agilent EDA 软件(ADS)和Agilent仪器整合为一个具有新设计和验证能力的解决方案。它把仿真和测量融于一体，能在这两个领域双向共享信号、测量、算法和数据。该方案解决了与系统级测试相关的各种挑战，能够提供易用的系统级测试面板，可以测试802.16e移动WiMax，802.15.3a UWB,802.11 a/b/g WLAN和3GPP FDD WCDMA。 数据速率/配置和RF载波频率能够被定制，并可以引入RF损害，比如IQ增益、相位、旋转损伤。通道损害，比如多径和衰落，CW干扰，AWGN可以通过点击测量面板中的复选框引入到测试信号中。RF系统级测量可以在单个RF功率或者扫描RF功率级别执行。 新的互联解决方案的工作台很容易操作，能够在基带硬件出现之前，在RF硬件上验证系统级BER/PER。用户通过使用预先配置的测量面板迅速开始测试，然后定制ADS以符合自己的独特测试需求。该方案支持新的从设计到测试的流程，用户在ADS中开始设计，然后输出ADS互连解决方案原理图，用于实验室硬件测试的测量面板。 互联测试解决方案可用于测量已有部件和建立仿真模型。然后在ADS中用这些模型确定已有的硬件如何影响仿真中系统或电路的总体性能，从而节省设计时间和成本。互联测试解决方案可在尚未完成整个系统时，确定部件或子系统能否在整个系统中工作。在设计过程的早期找到和解决集成中的问题，从而降低风险和减少修改设计的时间和资金。 互联测试解决方案适应的应用包括对器件的编码误码率的测试，或仿真系统中可能存在损伤信号的器件，从而提高测试仪器的价值。
解决高速串行数据测试问题 随着系统设计日益复杂、技术更加先进，能够在现实的测试环境中创建精确的信号越来越重要。设计工程师研发SATAIII、PCI Express 2、2x XAUI、HDMI 1.3、UWB、最新存储设备以及雷达等新技术时，必须处理大量的数据，同时速度、带宽和频率都有更高的要求，常常涉及最新的高速规范。工程师在设计及测试过程中，需要使用任意波形发生器创建、复制、生成理想、失真或“实际环境”信号，包括噪声、抖动、毛刺以及其他非理想信号，这些信号在最新的串行数据设计中，有助于建模、调试、验证以及标准一致性测试。 应对这种挑战，泰克新推出了AWG7000系列任意波形发生器，专为满足高速串行数据总线和宽频数字射频设备的测试要求而设计。AWG7000是唯一能够生成高速、真实波形的AWG，包括预加重/去加重以及高达10Gb/s的多电平信号。适用于生成高速串行及宽带射频信号。 高速串行技术如今广泛应用在计算机，通信和消费电子领域。同时，数据传输率不断持续增长，现在的主流为3Gb，根据预测，不久的将来6Gb甚至12Gb会成为主流。同时，设计者需要捕获串行信号的高次谐波，至少要捕捉到三次谐波，这样对示波器的带宽提出了极高的要求。为了满足这种需求，泰克公司推出全新的DPO70000数字荧光示波器，可用于高性能计算机、服务器以及消费电子等多个行业。 通信系统以及计算机总线等设计工作对于行业标准的依赖日益明显。设计工程师在从事ASIC、SerDes、存储器，主板、插卡以及计算机外设，通讯和消费电子产品等高速串行数据以及高速数字应用的过程中，需要能够验证信号完整性，并能同时观测多个匹配的通道的信号反应，以在复杂的信号架构(通常是多通路信号架构)快速地发现并捕获间歇性的错误或者事件。在串行数据调试工作中，经常需要监测串行数据协议错误并由此回溯到 XAUI的一致性测试。从事高速串行数据总线以及接口的工程师需要在物理层和数据层的调试和验证工作中面临设计规范一致性问题。 根据工程师们在进行标准验证和功能检查中最普遍的要求，泰克公司提供了DSA70000串行信号分析仪，能够对单通道或者多通道高速串行信号进行多层调试和验证。该设备为满足串行数据设计工作的需要而优化，支持PCI-Express, XAUI, FB-DIMM, 以及SATA等高速标准。DSA70000系列仪器包含了行业领先的串行一致性测试、抖动测试以及定时分析工具，同时提供了拥有独特专利的软件时钟恢复，RT-Eye串行一致性和分析软件以及对特定标准参数的测试全部功能，其测试参数包括幅值、定时和抖动域等，其中包括为行业公认的10-12 误码率下(BER)的总体抖动(Total Jitter)测量方法。用户可以添加功能选件，提供更多的测试信息，提供Pass/Fail波形模板并符合行业或者协会规范的标准进行极限条件测试。同时，软件功能选件能够支持PCI-Express, FB-DIMM, SATA, SAS, HDMI以及更多的技术标准。此外，分析软件为大多数高速串行数据标准测试中所需的关键的定时参数提供了抖动测量。 DPO70000和DSA70000都包含独特的Pinpoint触发系统，能实现完整的A/B触发，可以快速地在复杂的信号架构中发现以及捕获间歇错误或者异常事件。除了Pinpoint提供的超过1400种触发组合，DSA70000系列提供了高达3.125 Gb/s的内置串行码型的触发，以及8b/10b协议触发和解码，这帮助设计师能够触发连续4个10b符号或者预定义错误。这意味着接下来的数据可被实时触发而无须后期处理，令设计师能够真正触发一个错误而不是仅仅希望在重复的检查中找到错误。
数字视频测试成为关注热点 Calvin Zhang介绍说，视频正在从模拟过渡到数字，这对视音频监视解决方案带来了新的技术需求。用户需要管理许多更复杂、变化更迅速的新技术。他们正在寻找功能强、性价比高、容易使用的波形监视解决方案，以使他们在保持现有模拟系统经济效益的同时，也能够充分利用当今具有更高性能的数字技术的优势。 泰克为此推出了WFM6100、WFM7000和WFM7100波形监视器。使用户能够在视频制作、节目分配和节目播出上达到他们所要求的质量水平，提供了业内领先的性能、可靠性和灵活性，帮助视频专业人士在当今数字时代的混合格式系统中生产出高质量的视频和音频节目。利用新型的WFM6100和WFM7000系列，用户目前可以仅按他们当前的需求购置监视和测量功能，日后再对仪器升级以满足新的技术需要。这种新型的产品为用户提供了多种多样的产品配置选项和升级选项，这种业内首创的功能提供了由复合视频配置无缝过渡到完全的HD/SD/复合解决方案的可能性。不仅如此，WFM6100和WFM7000系列还具有全新的故障查寻和监视功能，以解决多格式和远程监测中的问题。 为了满足数字电视测试的需求，R&S公司推出了基于数字电视测试系统R&S SFU的手机电视或相应的手持式移动终端的测试解决方案，SFU集信号发生、记录、播放和信道编码调制功能于一体，设计了多种信道模拟机制，可实现多种功能测试。并且推出了独立的基带信号发生器/记录仪DVRG等。 R＆S DVM是R&S公司为DTV监测分析而推出的数字电视监测系统。一套DVM系统可监测最多20个TS流，可提供TR101290监测、单频网(SFN)监测、综合分析工具PCR起伏/包解释/码率/刷新率、12个用户自定义告警中继、内置Windows XP、XVGA输出、USB/以太网/SNMP接口及面板彩色LED监视屏。同时，R＆S DVM支持RF接口，实现射频指标的监测。 在数字电视基带分析方面，R&S公司的DVM400集RF解调、码流记录发生、TS流分析、PES/ES层深度分析、实时解码、流传输、实时报警等功能于一体，同时支持数据广播和新媒体业务的分析，在数字电视信号分析领域占据了领导地位，其一举获得了BIRTV2006产品、技术及应用项目评选活动产品奖。针对有线电视网络维护，R&S公司推出了屡次在世界各大广播电视展上获得大奖的手持式频谱/电视分析仪FSH3-TV。多种标准的测试接收机R&S EFA可用于单频网覆盖/优化测试。
作者：陈佳