Sind Sie bereit für Sigfox?

Ihre Anforderung

Die Drahtlostechnologie Sigfox ist eine der bekanntesten Low-Power-Wide-Area-Network (LPWAN)-Technologien, die für Sensornetze entwickelt wurde. Sie benötigt für den Uplink nur extrem wenig Datenkapazität. Sigfox ist eine Ultraschmalband-Technologie (UNB), die in Kombination mit Frequenzsprungbetrieb und Frame-Wiederholungen robust gegenüber Störungen ist.

Für optimale Leistung und Interoperabilität empfiehlt es sich, einige der wichtigsten HF-Parameter noch vor der Anmeldung für die notwendige Sigfox-Zertifizierung und die regulatorische Konformitätszertifizierung im Labor zu testen. So können Zeit und Geld gespart und dem Kunden ein optimales Produkt geboten werden. Zu den typischen Messgrößen gehören Sendeleistung, Spektrum- und Frequenzdrift und die Empfängerempfindlichkeit.

Lösung von Rohde & Schwarz

Die kompakten Testlösungen von Rohde & Schwarz unterstützen alle wichtigen Standards für die drahtlose Kommunikation. Der Messaufbau für eine effiziente Durchführung der erforderlichen HF-Tests an Sigfox-Geräten besteht üblicherweise aus dem R&S®FPL1003 Spektrumanalysator, dem R&S®SMBV100B Vektorsignalgenerator und einem Softwarewerkzeug, mit dem man das Messobjekt (DUT) steuern kann, indem man die Sigfox-Testbibliothek auf dem Messobjekt anwendet. Mit einer zusätzlichen Sequencer-Software lassen sich sämtliche Testabläufe automatisch durchführen.

Sendermessungen

Um Spektrummessungen durchzuführen, muss das Sigfox-Messobjekt periodisch durch das Softwarewerkzeug getriggert werden. Das Messobjekt reagiert auf jeden gesendeten Trigger mit drei sequenziellen Frames auf drei unterschiedlichen Frequenzen. Mehr Komfort bietet die Verwendung des Testmodus des Messobjekts, der von der Sigfox-Bibliothek unterstützt wird. Dadurch wird es beispielsweise möglich, Test-Frames auf einem dedizierten Kanal in periodischen Abständen zu senden.

Ein Spektrogramm (wie im Messaufbau-Schema auf der nächsten Seite gezeigt) visualisiert die Testergebnisse und liefert Informationen in den Bereichen Frequenz, Zeit und Leistung. Verwenden Sie die horizontale Position und den Marker-Messwert, um die Sendefrequenz und -leistung eines jeden Frames zu bestimmen. Die vertikale Position eines jeden Blocks zeigt die zeitlichen Beziehungen der übertragenen Sigfox-Frames. Mit den unterschiedlichen Farbabstufungen im Spektrogramm lassen sich die Frequenzsprung-Frames und die gestrahlte Leistung jedes übertragenen Frames identifizieren.

Abhängig von den regionalen Regulierungsvorgaben muss ein Sigfox-Gerät innerhalb einer vordefinierten Spektrummaske senden. Sie können solche Tests ganz einfach durchführen, indem Sie am R&S®FPL1003 Spektrumanalysator benutzerdefinierte Grenzwertlinien einstellen.

Phasen- und Frequenzfehler sind weitere Schlüsselparameter für einen Sigfox-Sender. Die R&S®VSE Vector Signal Explorer Software demoduliert das Sigfox-Signal und analysiert die relevanten Parameter wie Phasen- und Trägerfrequenzfehler. Zu diesem Zweck läuft die R&S®VSE Software auf einem Standard-PC und erfasst die I/Q-Daten des angeschlossenen R&S®FPL1003 für die Demodulation.

Empfängermessungen

Für die Downlink-Kommunikation mit dem Gerät nutzt Sigfox das 2GFSK-Modulationsverfahren. Im Allgemeinen ist eine Kommunikation mit dem Gerät nur innerhalb kurzer Zeitfenster möglich, zu denen das Gerät den Empfänger einschaltet – beispielsweise nach dem Senden einer Nachricht an das Netzwerk.

Um die extremen Anforderungen in Bezug auf die Abdeckung zu erfüllen, spezifiziert Sigfox eine Empfängerempfindlichkeit von weniger als –126 dBm für das Gerät. Um die Empfängerempfindlichkeit zu messen, erzeugt der R&S®SMBV100B mit seinen integrierten Funktionalitäten für die Echtzeit-Basisbandgenerierung eine gewisse Anzahl an Sigfox-Testnachrichten mit einer bestimmten Ausgangsleistung von z. B. –125 dBm. Das auf dem Gerät ablaufende Testprogramm unterstützt die Ermittlung der Paketfehlerrate. Um die Sigfox-Anforderungen zu erfüllen, muss das Gerät mindestens 900 von 1000 Frames (Paketfehlerverhältnis ≤ 10 %) bei einem Leistungspegel von –126 dBm erfolgreich empfangen.

Fazit

Die HF-Performance eines IoT-Geräts, das eine LPWAN-Technologie wie Sigfox verwendet, ist entscheidend für das erfolgreiche Bestehen der erforderlichen Zertifizierung. Zudem wirkt sie sich enorm auf die Zuverlässigkeit der IoT-Lösungen aus. Es wird dringend empfohlen, die HF-Performance eines Sigfox-Geräts während der Entwicklungsphase zu verifizieren und zu optimieren. Die Messungen sind unkompliziert und lassen sich ganz einfach mit handelsüblichen Signalgeneratoren und Signal- und Spektrumanalysatoren von Rohde & Schwarz durchführen. Die Unterstützung aller wichtigen Standards der drahtlosen Kommunikation und die Möglichkeit zu Upgrades machen solche Messgeräte zu einer zukunftssicheren Investition.