LR-WPAN – Gerätetests für ZigBee, Thread, 6LoWPAN, WirelessHART und ISA100

LR-WPAN-Netze sind für die Datenübertragung mit niedriger Geschwindigkeit und geringem Leistungsverbrauch optimiert und unterstützen oftmals vermaschte Netzarchitekturen. Die ZigBee Alliance hat eine Reihe von Kommunikationsprotokollen spezifiziert, bei denen kleine, digitale Funkgeräte mit geringem Stromverbrauch auf Grundlage des Standards IEEE 802.15.4 verwendet werden. Der geringe Stromverbrauch führt zu Batterielebensdauern von mehreren Jahren. Mit kleinen Solarzellen oder Induktionsspulen ist sogar ein Dauerbetrieb möglich. ZigBee ist für HF-Applikationen vorgesehen, die niedrige Datenraten, eine lange Batterielebensdauer und eine sichere Vernetzung benötigen, beispielsweise Sensoren bei Applikationen für die Automatisierung in Industrie und Haushalten. In ähnlicher Weise hat die Thread Group den Standard IEEE 802.15.4 genutzt, um ein IPv6-Netzwerk zu erzeugen, mit dem sich Produkte im Haushalt verbinden und steuern lassen.

Zahlreiche WPAN-Protokollstapel wenden die Bitübertragungsschicht von IEEE 802.15.4 an

Die weithin genutzte Bitübertragungsschicht wurde für den Betrieb in nicht lizenzierten ISM-Bändern (weltweit 2,4 GHz) spezifiziert und nutzt das Modulationsverfahren Offset-Quadratur-Phasenumtastung (O-QPSK). O-QPSK basiert auf dem allseits bekannten QPSK-Modulationsschema. Bei O-QPSK werden die Übergänge für I und Q um eine halbe Symboldauer verschoben. Damit werden Phasenänderungen auf maximal 90° beschränkt, sodass sich letztendlich die Hüllkurvenschwankungen signifikant reduzieren, und die HF-Verstärkung effizienter eingesetzt werden kann. Der Standard IEEE 802.15.4 spezifiziert 5-MHz-Kanäle, die von 2,405 GHz bis 2,480 GHz reichen. Die maximale festgelegte Over-the-Air-Datenrate beträgt 250 kbps. Die Übertragungsreichweiten betragen abhängig von der HF-Leistung und den Umgebungsbedingungen einige Meter bis zu Hunderten von Metern.

Mit dem Frequenzspreiz- und O-QPSK-Modulationsverfahren ist eine robuste Kommunikation bei niedriger Leistung möglich

Der Standard IEEE 802.15.4 spezifiziert typische HF-Messungen wie die spektrale Leistungsdichte (PSD) des Senders, die Toleranz der Sendemittenfrequenz, die minimale Sendeleistung, den Fehlervektorbetrag (EVM), Außerband-Störemissionen, die Empfängerempfindlichkeit und mehr. Zusätzlich zu diesen Standardanforderungen müssen mehrere regulatorische Anforderungen erfüllt werden, die für Geräte spezifiziert wurden, die im 2,4-GHz-ISM-Band arbeiten. Beispielsweise legte das ETSI in EN 300 328 verbindliche Messungen für die maximale Sendeleistung, die spektrale Leistungsdichte und Parameter wie das Puls-Pausen-Verhältnis und die Sendelücke fest.

Rohde & Schwarz unterstützt HF-Messungen an IEEE 802.15.4-Signalen im 2,4-GHz-ISM-Band für die Entwicklung, Validierung, Konformitätsprüfung und Produktion.


Ressourcen

  • Diese Application Note beschreibt, wie Standard-konforme IEEE 802.15.4 Testsignale mit den Rohde & Schwarz Vektorsignalgeneratoren (VSG) entworfen und erzeugt werden.

    Sie gibt eine kurze Einleitung in die IEEE 802.15.4 PHY- und MAC-Schicht, erklärt im Detail, wie ein benutzerdefinierter Rahmen erzeugt werden kann, wozu das IEEE 802.15.4 Frame Builder Excel Spreadsheet von Rohde & Schwarz verwendet wird, und liefert die Informationen, die zur Erzeugung eines auf Frame Builder basierenden Testsignals mit den Vektorsignalgeneratoren von Rohde & Schwarz erforderlich sind. Abschließend wird ein Überblick über standardisierte IEEE 802.15.4 PHY Empfänger.Tests gegeben.

  • IEEE 802.15.4 (ZigBee) verwendet Offset QPSK mit einem impulsformenden Filter (Halbsinus) als Modulation. Diese Application Note beschreibt, wie die Rohde & Schwarz Signalanalysatoren mit den entsprechenden Vektorsignalanalysen (VSA) individuell für Modulationsqualitätsmessungen, insbesondere EVM, für ZigBee eingestellt werden.

Ausgewählte Produkte

  • R&S®FSV Signal- und Spektrumanalysator
    • Außergewöhnlich schneller und vielseitiger Signal- und Spektrumanalysator für leistungsorientierte und kostenbewusste Benutzer
    • Exakte EVM-Messungen für IEEE 802.15.4 (ZigBee-Signale) mit dem R&S®FSV-K70
  • R&S®SMBV100A Vector Signal Generator
    • Hervorragende HF-Leistung mit sehr hohem Ausgangspegel und kurzen Einstellzeiten
    • Erzeugung von IEEE 802.15.4-Signalen mit einem dedizierten IEEE 802.15.4 Frame Builder Tool
    • Vollfunktionaler GNSS-Simulator mit Unterstützung für GPS, Glonass, Galileo, BeiDou und QZSS/SBAS
  • R&S®CMW100
    • Richtungsweisendes Fertigungs-Testset für die Kalibrierung und Verifizierung von Endgeräten mit Unterstützung für ZigBee, Bluetooth®, Wi-Fi und alle wichtigen zellularen Technologien
    • Parallele Tests an bis zu acht HF-Ports
    • Hohe Messleistung
  • R&S®TS8997 Zulassungstestsystem
    • Messungen gemäß ETSI EN 300 328 v1.8.1 und ETSI EN 301 893 v1.7.1, wie von der R&TTE-Richtlinie für den europäischen Markt gefordert
    • Unterstützung aller Testfälle gemäß ETSI EN 300 328, einschließlich Frequenzsprungbetrieb
    • Leitungsgebundene Messungen für Geräte mit Antennenanschluss
    • Strahlungsmessungen mit der R&S®DST200 HF-Diagnosekammer und dem R&S®CMW-Z10 HF-Schirmkoffer für Geräte mit integrierter Antenne
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