LR-WPAN: Pruebas de dispositivos ZigBee, Thread, 6LoWPAN, Wireless Hart, ISA100

Las redes LR-WPAN están optimizadas para la transmisión de datos de baja velocidad con un bajo consumo energético, y a menudo se configuran como arquitecturas de red en malla. ZigBee Alliance ha especificado un conjunto de protocolos de comunicación utilizando radios digitales pequeñas de baja potencia basadas en el estándar IEEE 802.15.4. Como resultado del bajo consumo energético, los ciclos de vida de la batería se prolongan durante años o incluso de forma perenne gracias a pequeñas células solares o bobinas de inducción. ZigBee está dirigido a aplicaciones RF que requieren baja velocidad de transmisión, prolongada duración de la batería y una red segura, como los sensores de las aplicaciones de automatización industrial y doméstica. De forma análoga, el grupo Thread ha empleado el estándar IEEE 802.15.4 para crear una red IPv6 que permite conectar y controlar productos en el ámbito del hogar.

Aplicación de varias pilas de protocolo WPAN a la capa física del IEEE 802.15.4

La capa física utilizada de forma común está especificada para la operación en las bandas ISM sin licencia (2,4 GHz en todo el mundo) utilizando la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura compensada (O-QPSK, por sus siglas en inglés). O-QPSK se basa en el conocido esquema de modulación QPSK, con la diferencia de que en O-QPSK las transiciones para I y Q se derivan en la mitad del tiempo de símbolo. Esto limita los cambios de fase a un máximo de 90° y, en último término, reduce considerablemente las variaciones de envolvente, permitiendo una amplificación de RF más eficiente. El estándar IEEE 802.15.4 especifica canales de 5 MHz desde 2,405 GHz hasta 2,480 GHz. La velocidad de transmisión «over the air» máxima especificada es de 250 kbps. La distancia de transmisión abarca desde unos pocos metros hasta cientos de metros, dependiendo de la potencia de RF y de las condiciones del entorno.

El espectro ensanchado y la modulación O-QPSK hacen posibles comunicaciones estables de baja potencia

El estándar IEEE 802.15.4 especifica medidas de RF típicas como la densidad espectral de la potencia de transmisión (DEP), la tolerancia de frecuencia central de transmisión, potencia de transmisión mínima, magnitud del vector de error (EVM), emisiones espurias fuera de banda, sensibilidad del receptor, etc. Además de estos requisitos estándar, deben cumplirse toda una serie de requerimientos normativos especificados para los dispositivos que funcionan en la banda ISM de 2,4 GHz. En la norma EN 300 328, por ejemplo, ETSI ha definido medidas obligatorias de potencia de transmisión máxima, densidad de potencia del espectro y parámetros como ciclo de trabajo e intervalo TX.

Rohde & Schwarz ofrece medidas de RF en señales IEEE 802.15.4 dentro de la banda ISM de 2,4 GHz en el marco del desarrollo, la validación, la conformidad y la producción.


Recursos

  • Esta nota de aplicación describe cómo crear y generar señales de prueba de acuerdo con la norma IEEE 802.15.4 con los generadores vectoriales de señales (VSG) Rohde & Schwarz.

    Ofrece una breve introducción a las capas IEEE 802.15.4 PHY y MAC, explica en detalle cómo crear una trama definida por el usuario utilizando la hoja de cálculo de Excel IEEE 802.15.4 Frame Builder y proporciona la información necesaria para generar un Frame Builder basado en la señal de prueba con los generadores vectoriales de señales Rohde & Schwarz. Por último, se ofrece un resumen de pruebas estandarizadas de receptor IEEE 802.15.4 PHY.

  • IEEE 802.15.4 (ZigBee) utiliza el desplazamiento QPSK con un filtro de rectificación de onda medio senoidal como modulación. Esta nota de aplicación describe cómo configurar los analizadores de señales de Rohde & Schwarz junto con el análisis vectorial de señales (VSA) correspondiente para las mediciones de calidad de modulación, especialmente con la magnitud de vector de error, para ZigBee.

Productos destacados

  • R&S®FSV
    • Analizador de señal y espectro extremadamente rápido y versátil para los usuarios que buscan el mejor rendimiento y la máxima rentabilidad
    • Medidas precisas de magnitud del vector de error para IEEE 802.15.4 (señales ZigBee) con el R&S®FSV- K70
  • R&S®SMBV100A
    • Excelente rendimiento de RF con niveles de salida muy altos y tiempos de ajuste cortos
    • Generación de señales IEEE 802.15.4 con una herramienta de generación de tramas IEEE 802.15.4 específica
    • Simulador GNSS avanzado con funciones de GPS, Glonass, Galileo, BeiDou y QZSS/SBAS
  • R&S®CMW100
    • Equipo de prueba de fabricación de vanguardia para la calibración y verificación de dispositivos inalámbricos ZigBee, Bluetooth®, Wi-Fi y todas las principales tecnologías celulares
    • Tests paralelos en hasta ocho puertos de RF
    • Alto rendimiento de medida
  • R&S®TS8997
    • Medidas según ETSI EN 300 328 v1.8.1 y ETSI EN 301 893 v1.7.1 como se especifican en la directiva europea R&TTE para el mercado europeo
    • Compatibilidad con todos los casos de prueba según ETSI EN 300 328, incluyendo salto de frecuencia
    • Medidas conducidas para dispositivos con conector de antena
    • Medidas radiadas con la cámara de diagnóstico de RF R&S®DST200 y la cámara anecoica de RF R&S®CMW-Z10 para dispositivos con antena integrada
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