UWB测试解决方案

脉冲无线电的历史

20年超宽带通信和精确测距

在过去十年中，超宽带技术正在为几个特定的市场提供服务：

UWB在具有精确测距和安全低功耗的通信手机上回归

运行UWB项目的所有主要智能手机供应商，例如iPhone 11、11pro、11pro max和Apple Watch 6上的苹果U1芯片；或三星Galaxy Note 20 Ultra。

UWB最初解决了无钥匙安全问题，现在正成为汽车周边的通用工具

1） 汽车连接联盟（CCC）正在指定基于蓝牙低能耗（BLE）和超宽带（UWB）的数字钥匙3.0版

新兴智能手机应用推动的市场

来源：UWB联盟（2020年8月）

超宽带联盟

UWB联盟的使命是为致力于将超宽带（UWB）技术打造成一个重要的开放标准行业的设计师和制造商发声。

• 将超宽带（UWB）技术打造成一个重要的开放标准行业
• 推广802.15.4和其他基于标准的UWB技术
• 通过多个行业用例定义并提出互操作性概要文件
• 定义互操作性的测试方法
• 建立关系以提供推荐的测试设施

汽车连接联盟-跨行业组织提供智能手机到汽车的连接解决方案

当涉及到汽车和智能手机时，汽车连接联盟（CCC）使简单的连接和乘坐成为可能。无论是设备还是车辆，CCC都希望连接方便且安全。

• CCC通过MirrorLink实现了这一点™, 从仪表板或方向盘控制手机的标准。
• 数字钥匙将使消费者能够使用智能设备方便地锁定/解锁车辆并启动发动机。还将支持高级密钥供应和共享。
• 汽车数据将把消费者与服务提供商联系起来，服务提供商将提供由汽车数据增强的量身定制的汽车服务。

数字钥匙3.0版规范将通过添加被动、位置感知无钥匙进入功能来增强数字钥匙2.0版。为了支持这些新功能，CCC正在开发一种基于蓝牙低能耗（BLE）和超宽带（UWB）的规范，以实现无源无钥匙接入，并实现安全准确的定位。

OMLOX：精确实时工业室内定位系统的开放标准

omlox的重点是为可互操作的本地化系统定义开放接口。omlox使各个行业能够使用单一的基础设施，使用来自不同提供商的不同应用程序。

超宽带定义

资料来源：UWB通信系统：常规和60 GHz，Shahriar Emami，Springer 2013

超宽带(UWB)：宽频谱上的低功率短信号脉冲

基于802.15.4z的UWB信道分配

脉冲无线电超宽带(UWB)标准化：IEEE 802.15.4（a、f、z组）

基于802.15.4-2015的HRP测距设备

HRP-RDEV：PPDU编码(802.15.4-2015)

HRP-RDV：BPM-BPSK调制(802.15.4-2015)

802.15.4z：确保安全精细测距的互操作性在更高范围内具有更低功耗的应用

基于802.15.4z的HRP增强测距系统

HRP-EDV BPRF模式：SP0-PPDU编码(802.15.4z)

HRP-ERDEV BPRF模式：PSDU的BPM-BPSK调制

HRP-ERDEV HPRF模式：SP0-PPDU编码(802.15.4z)

RP-EDV HPRF模式：BPSK调制(802.15.4z)

引入由基于AES-128的确定性随机比特生成器生成的加扰时间戳序列(STS)

STS段的生成

精细测距/定位

基于双向ToF估计的测距估计

基于相位差的到达角（AoA）估计

UWB一致性与认证

用于精密测距设备的FIRA认证程序

FiRa联盟正在为IEEE 802.15.4z标准修正案和FiRa联盟开发的配置文件制定测试规范。联合体还建立了一个认证计划，该计划将定义验证候选设备是否符合测试规范的流程。符合要求的实施将有资格显示符合要求的认证标志。FiRa联盟在2020年底前实施认证计划。

UWB测试需求

监管需求：

一致性要求：IEEE 802.15.4z-2020和 IEEE 802.15.4-2020

（1）发射机和接收机的一致性测试——目的是确保UWB产品的最低质量要求和UWB设备之间的互操作性；

（2）验证UWB设备的测距功能，尤其是DUT ToF测量精度。

FiRa PHY认证测试：

（1）目的：确保UWB产品的最低质量要求和UWB设备之间的互操作性；验证UWB设备的测距功能，尤其是DUT ToF测量精度；

（2）范围：PHY层认证、MAC层认证和用于控制被测设备的通用控制接口规范。

FiRa UWB物理层测试规范定义了一组基于相关IEEE 802.15.4规范的发射机和接收机测试，例如：数据包格式、功率谱密度模板、载波频率容差和脉冲时间、基带脉冲响应、发射信号质量、接收灵敏度、数据包测试。

ToF和AoA测量：

UWB测距精度：cm；因此，发射/接收天线连接器 (模拟前端) 和数字信号处理块之间引起的DUT内部时间延迟绝对不能忽视；

1ns时间偏差会导致30cm的ToF估算误差，需要进行校准以减少这种延迟。

UWB测试解决方案汇总

HRP UWB设备的典型物理层测量

ETSI 相关文档 ETSI EN 302 065 and ETSI EN 303 883

Transmit power spectral density mask 发射功率谱密度

Normalized cross-correlation 归一化RRC互相关幅度

Recommended time domain mask for HRP-UWB

车载天线延迟决定ToF和AoA测量的准确性-需要校准和验证！

WINIQSIM、SMW200A或SMM100A上所有频段(subGHz、低频段、高频段)的HRP UWB信号生成

利用R&S®CMP200实现超宽带射频测量

使用R&S®CMP200进行HRP UWB发射机测量

R&S UWB 测试平台

CMP200

可支持 UWB TX测试

(HRP UWB PHY 测量, 基于 IEEE 802.15.4-2015 第16章)

归一化RRC互相关测量

CMP200 UWB发射功率谱密度（PSD）掩模

CMP200 UWB TOF测试

CMP200 UWB RX测量

CMP200 UWB RX测量

R&S winIQsim2 UWB信号生成界面

R&S®CMP200启动的校准是如何工作的

DUT启动的校准如何与R&S®CMP200配合使用