Испытания помехоустойчивости сверхширокополосной связи

Введение

Сверхширокополосная технология (UWB) позволяет реализовать точное определение местоположения и связь на коротких расстояниях, что дает многочисленные преимущества для защищенных приложений измерения дальности. Технология работает на основе кратких пакетных радиосигналов в полосе пропускания более 500 МГц и, как правило, использует диапазон частот от 3,1 ГГц до 10,6 ГГц. Она обеспечивает решение таких задач, как отслеживание ресурсов и навигация в реальном масштабе времени, безопасный контроль доступа и бесконтактные мобильные платежи. В автомобилестроении сверхширокополосная связь была впервые внедрена в приложениях цифровых ключей в соответствии с предписаниями ассоциации Car Connectivity Consortium (CCC). Благодаря своей высокой точности, надежности и безопасности сверхширокополосная связь в автомобилях отлично подходит не только для систем бесключевого доступа, но и для обнаружения ребенка в салоне автомобиля, распознавания жестов и прочих приложений.

Сверхширокополосная связь имеет низкую мощность передачи, например –41,3 дБмВт (1 МГц), поэтому она может работать в диапазонах частот, используемых другими службами радиосвязи. В связи с этим очень важно проводить испытания, чтобы исключить риск прерывания работы приложений сверхширокополосной связи (особенно критических для обеспечения безопасности) другими службами радиосвязи. Помеховые сигналы могут поступать от различных источников, однако чаще всего причиной помех становятся другие службы радиосвязи, работающие в диапазоне частот UWB или вблизи него. В число потенциальных источников помех входят сети Wi-Fi в диапазоне частот 6 ГГц, сети C-V2X и будущие сотовые сети.

Измерительная задача

На этапах проектирования и контроля качества необходимо исследовать влияние имеющихся и будущих служб радиосвязи на работу приложений сверхширокополосной связи. Это единственный способ, позволяющий гарантировать правильную работу важных для обеспечения безопасности приложений сверхширокополосной связи в долгосрочной перспективе и принять соответствующие меры для предотвращения помех.

Решение компании Rohde & Schwarz

Безопасные измерения расстояния являются ключевой функцией различных приложений сверхширокополосной связи. Поэтому при валидации устройств и чипсетов сверхширокополосной связи, а также при калибровке антенн требуются точные измерения времени прохождения сигнала (ToF). Кроме того, с помощью показателя ToF можно исследовать влияние помеховых сигналов путем измерения времени прохождения сигнала в присутствии помехового сигнала на различных частотах и уровнях мощности. Помеховые сигналы могут значительно ухудшать прием слабых сигналов сверхширокополосной связи.

В целях точных измерений времени прохождения сигнала и чувствительности приемника компания Rohde & Schwarz предлагает удобное испытательное решение. Тестер радиосвязи R&S®CMP200, выносной радиомодуль R&S®CM-Z310A для сверхширокополосной связи, делитель/сумматор ВЧ-мощности и несколько аттенюаторов в комплекте позволяют проводить измерения времени прохождения сигнала и чувствительности приемника без необходимости дополнительной калибровки или измерений задержки в тракте.

Измерения помех можно осуществлять в контролируемой среде или по эфиру (OTA). Камера R&S®CMQ200 идеально подходит для эфирных испытаний сверхширокополосной связи. Она обеспечивает диапазон частот от 0,3 ГГц до 14 ГГц и эффективность экранирования более 80 дБ. Камеру можно индивидуально настраивать согласно конкретным требованиям к испытаниям.

Для генерирования помехового сигнала применяется векторный генератор сигналов, например R&S®SMM100A. Генератор обеспечивает отличные ВЧ-характеристики во всем диапазоне частот от 100 кГц до 44 ГГц. Он также поддерживает диапазоны ниже 6 ГГц, используемые в действующих стандартах беспроводной связи, и новые диапазоны для 5G NR FR1 и Wi-Fi 7.

Применение

На рис. 1 представлена установка для испытаний помехоустойчивости сверхширокополосной связи. Помеховый сигнал от генератора R&S®SMM100A подается на испытуемое устройство сверхширокополосной связи через сумматор ВЧ-мощности (верхний рисунок). При эфирных испытаниях помеховый сигнал подается на испытуемое устройство сверхширокополосной связи через антенну в камеру R&S®CMQ200 (нижний рисунок). В целях измерений времени прохождения сигнала и чувствительности приемника выносной радиомодуль R&S®CM-Z310A для сверхширокополосной связи подключается к тестеру радиосвязи R&S®CMP200. Оба типа измерений выполняются с помощью установленной на внешнем ПК платформы производственных испытаний беспроводных устройств R&S®WMT со встроенным комплектом для испытаний устройств сверхширокополосной связи на физическом уровне.

Платформа R&S®WMT представляет собой программное обеспечение на основе Python, с помощью которого можно проводить ВЧ-испытания чипсетов и модулей для технологий 5G NR, Wi-Fi, Bluetooth® и сверхширокополосной связи (включая испытания передатчиков, приемников, времени прохождения сигнала и угла прихода сигнала). Она поддерживает массовые производственные испытания и полностью автоматизированные приложения НИОКР. Кроме того, платформа R&S®WMT управляет испытуемым устройством с помощью стандартных команд UCI, установленных консорциумом FiRa, через интерфейс управления (порт COM).

Во время измерений времени прохождения сигнала или чувствительности приемника в систему вносится помеховый сигнал — проводным способом через сумматор мощности или эфирным способом через антенну с заданными частотами и различными уровнями мощности. Чтобы определить влияние помехового сигнала на испытуемое устройство, уровень помехового сигнала увеличивается до заданного значения.

На тестере также можно наблюдать за изменениями времени прохождения сигнала или увидеть, что измерение времени прохождения сигнала невозможно по причине помехового сигнала. На рис. 2 представлен результат измерения чувствительности приемника сверхширокополосной связи в канале CH5 (6489,6 МГц) в присутствии сигналов Wi-Fi с различными полосами пропускания (20 МГц и 320 МГц на частоте 6,245 МГц).

Заключение

Комплексное испытательное решение от Rohde & Schwarz помогает гарантировать надежную и безопасную работу приложений сверхширокополосной связи. С его помощью можно проводить точные измерения времени прохождения сигнала, испытания помехоустойчивости и сертификацию устройств и чипсетов сверхширокополосной связи с подтверждением их функциональности в долгосрочной перспективе.

Словесный знак Bluetooth® и логотипы принадлежат Bluetooth SIG, Inc. и используются компанией Rohde & Schwarz на основании лицензии.