LR-WPAN – Test d'équipements ZigBee, Thread, 6LoWPAN, Wireless Hart, ISA100

Les réseaux LR-WPAN sont optimisés pour des transmissions de données en bas débit et une faible consommation électrique. Ils prennent souvent en charge des architectures réseau maillées. La ZigBee Alliance spécifie une famille de protocoles de communication qui exploite des radios numériques basse consommation de faible envergure reposant sur la norme IEEE 802.15.4.Une faible consommation de puissance induit des cycles de durée de vie de batterie de plusieurs années, voire un fonctionnement permanent via des cellules solaires ou des bobines à induction de petite taille. ZigBee cible les applications RF qui nécessitent des durées de vie de batterie prolongées, de faibles débits de données et une mise en réseau sécurisée. Ce sont notamment les sondes du secteur industriel ou les applications de domotique. De même, le Thread Group utilise la norme IEEE 802.15.4 pour créer un réseau IPv6 en vue de connecter et de contrôler différents produits au sein d'un domicile.

Différentes piles de protocoles WPAN appliquent la couche physique de la norme IEEE 802.15.4.

La couche physique utilisée généralement est spécifiée pour fonctionner dans les bandes ISM sans licence (2,4 GHz dans le monde entier) grâce à une modulation par quadrature de phase à décalage, ou modulation O-QPSK (Offset Quadrature Phase Shift Keying). La technologie O-QPSK repose sur le très connu schéma de modulation QPSK. Toutefois, elle autorise un décalage des transitions I et Q d'une demi-durée de symbole. Ce procédé limite les changements de phase à un maximum de 90° et, au final, diminue considérablement les variations d'enveloppe, induisant ainsi une amplification RF plus efficace. La norme IEEE 802.15.4 spécifie des canaux de 5 MHz dans une plage de 2,405 GHz à 2,480 GHz. Le débit de données OTA (Over-The-Air) maximal spécifié est de 250 kbps. Les distances de transmission vont de quelques mètres à quelques centaines de mètres, selon la puissance RF et les conditions ambiantes.

Un spectre étalé et une modulation O-QPSK autorisent des communications robustes basse consommation.

La norme IEEE 802.15.4 spécifie des mesures RF type, telles que la densité spectrale de la puissance (PSD, Power Spectral Density) en émission, la tolérance de fréquence centrale en émission, la puissance d'émission minimale, le module de l'erreur vectorielle (EVM, Error Vector Magnitude), le rayonnement non essentiel hors bande, la sensibilité du récepteur, etc.. Parallèlement à ces exigences standard, plusieurs exigences réglementaires sont spécifiées pour les appareils opérant dans la bande ISM de 2,4 GHz et doivent être satisfaites. Dans la norme EN 300 328, par exemple, l'ETSI a défini des mesures obligatoires pour la puissance d'émission maximale et la densité de puissance spectrale, ou encore d'autres paramètres tels que le rapport cyclique et l'écart TX.

Rohde & Schwarz prend en charge les mesures RF des signaux IEEE 802.15.4 dans la bande ISM des 2,4 GHz lors des phases de conception, validation, conformité et production.


Ressources

  • Cette note d’application décrit comment créer et générer des signaux de test standard conformes à la norme IEEE 802.15.4 avec les générateurs de signaux vectoriels (VSG) de R&S.

    Elle fournit une brève introduction aux couches PHY et MAC de l'IEEE 802.15.4, et explique en détails comment une trame définie par l'utilisateur peut être créée en utilisant la feuille Excel de construction de trames R&S IEEE 802.15.4. Elle fournit en outre les informations nécessaires pour générer un signal de test de construction de trame (Frame Builder) avec les générateurs de signaux vectoriels R&S. Pour conclure, elle fournit un aperçu des tests de récepteurs homologués IEEE 802.15.4 PHY.

  • IEEE 802.15.4 (ZigBee) utilise la quadrature QPSK à décalage avec un filtre de mise en forme d'impulsion semi-sinusoïdale comme modulation. Cette note d’application décrit comment configurer les analyseurs de signaux de Rohde & Schwarz en même temps que la personnalité d’analyse de signal vectoriel (VSA) correspondante pour la mesure de qualité de modulation, en particulier l’EVM, pour ZigBee.

Produits phare

  • R&S®FSV
    • Analyseur de signaux et de spectre exceptionnellement rapide et polyvalent, destiné aux utilisateurs orientés performances et soucieux des coûts
    • Mesures EVM précises pour la norme IEEE 802.15.4 (signaux ZigBee) avec l'option R&S®FSV- K70
  • R&S®SMBV100A
    • Excellentes performances RF, avec niveau de sortie très élevé et temps d'établissement écourtés
    • Génération de signaux IEEE 802.15.4 avec outil générateur de trames dédié IEEE 802.15.4
    • Simulateur GNSS complet avec prise en charge GPS, Glonass, Galileo, BeiDou et QZSS/SBAS
  • R&S®CMW100
    • Ensemble de tests de fabrication innovant destiné à l'étalonnage et à la vérification des appareils sans fil qui prennent en charge les normes ZigBee, Bluetooth® et Wi-Fi, ainsi que toutes les technologies cellulaires majeures
    • Test parallèle impliquant jusqu'à 8 ports RF
    • Mesures hautes performances
  • R&S®TS8997
    • Mesures conformes aux normes ETSI EN 300 328 v1.8.1 et ETSI EN 301 893 v1.7.1 requises par la directive R&TTE pour le marché européen
    • Prise en charge de tous les cas de test conformément à la norme ETSI EN 300 328, y compris des sauts de fréquence
    • Mesures conduites pour les appareils avec connecteur d'antenne
    • Mesures rayonnées avec la chambre de diagnostics RF R&S®DST200 et le boîtier blindé RF R&S®CMW-Z10 pour les appareils à antenne intégrée
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