LR-WPAN – ZigBee, Thread, 6LoWPAN, Wireless Hart, test di dispositivi ISA100

Le reti LR-WPAN sono ottimizzate per la trasmissione di dati a bassa frequenza nonché il basso consumo di potenza, e spesso supportano architetture di rete mesh. La ZigBee Alliance ha specificato una suite di protocolli di comunicazione che utilizzano piccole radio digitali a bassa potenza basate sullo standard IEEE 802.15.4. Il basso consumo di energia rende possibili cicli di vita della batteria di diversi anni o anche il funzionamento permanente tramite piccole celle solari o bobine a induzione. Lo ZigBee è mirato ad applicazioni RF che richiedono bassa frequenza dei dati, lunga durata della batteria e una rete sicura, come ad esempio i sensori in applicazioni per l'automazione industriale e domestica. Analogamente, il gruppo Thread ha utilizzato lo standard IEEE 802.15.4 per creare una rete IPv6 per collegare e controllare i prodotti nella casa.

Vari stack di protocollo WPAN applicano il layer fisico di IEEE 802.15.4

Il layer fisico utilizzato comunemente è specificato per funzionare nelle bande ISM senza licenza (2,4 GHz in tutto il mondo) utilizzando una modulazione shift keying con fase in quadratura offset (O-QPSK). O-QPSK si basa sul ben noto schema di modulazione QPSK, ma in O-QPSK le transizioni per I e Q sono compensate dalla metà del tempo del simbolo. Ciò limita i cambiamenti di fase a un massimo di 90° e, in ultima analisi, riduce notevolmente le variazioni, consentendo un'amplificazione RF più efficiente. Lo standard IEEE 802.15.4 specifica canali da 5 MHz che vanno da 2,405 GHz a 2,480 GHz. La frequenza massima specificata per dati over-the-air è di 250 kbps. La distanza di trasmissione va da qualche metro a centinaia di metri, a seconda della potenza RF e delle condizioni ambientali.

Lo spettro diffuso e la modulazione O-QPSK consentono comunicazioni robuste a bassa potenza

Lo standard IEEE 802.15.4 specifica misure tipiche RF come la densità spettrale della potenza di trasmissione (PSD), la tolleranza di frequenza centrale di trasmissione, la potenza di trasmissione minima, l'ampiezza del vettore di errore (EVM), le emissioni spurie fuori banda, la sensibilità del ricevitore e altro ancora. In aggiunta a questi requisiti standard, devono essere soddisfatti diversi requisiti normativi specificati per dispositivi che operano nella banda ISM a 2,4 GHz. In EN 300 328, ad esempio, l'ETSI ha definito le misure obbligatorie per potenza di trasmissione massima, densità di potenza dello spettro e parametri quali duty cycle e intervallo TX.

Rohde & Schwarz supporta misure RF di segnali IEEE 802.15.4 nella banda ISM a 2,4 GHz durante la progettazione, la convalida, la conformità e la produzione.


Risorse

  • In questa nota di applicazione viene descritto come creare e generare segnali di test conformi agli standard IEEE 802.15.4 mediante un generatore di segnali vettoriali (VSG) di Rohde & Schwarz.

    Viene offerta una breve introduzione al livello IEEE 802.15.4 PHY e MAC, viene illustrato in dettaglio come creare un frame definito dall’utente con l’ausilio del foglio di calcolo Excel IEEE 802.15.4 Frame Builder di Rohde & Schwarz e vengono fornite le informazioni necessarie per generare un segnale di test basato su Frame Builder mediante un generatore di segnali vettoriali di Rohde & Schwarz. Viene presentata, infine, una panoramica dei test su ricevitori PHY standardizzati secondo IEEE 802.15.4.

  • IEEE 802.15.4 (ZigBee) usa Offset QPSK con un filtro di modellazione degli impulsi semi-sinusoidale come modulazione. In questa nota di applicazione viene descritto come impostare gli analizzatori di segnale Rohde & Schwarz insieme con la corrispondente proprietà di analisi dei segnali vettoriali (VSA) per misure della qualità di modulazione, specialmente EVM, per ZigBee.

Prodotti in primo piano

  • R&S®FSV
    • Analizzatore di spettro e segnale eccezionalmente rapido e versatile per utenti attenti ai costi e orientati alle prestazioni
    • Accurate misure EVM per IEEE 802.15.4 (segnali ZigBee) con R&S®FSV- K70
  • R&S®SMBV100A
    • Prestazioni RF eccellenti abbinate a un livello di uscita molto alto e a tempi di impostazione brevi
    • Generazione di segnali IEEE 802.15.4 con strumento dedicato frame builder IEEE 802.15.4
    • Efficiente simulatore GNSS con supporto GPS, Glonass, Galileo, BeiDou e QZSS/SBAS
  • R&S®CMW100
    • Test di produzione di riferimento impostato per la calibrazione e la verifica di dispositivi wireless che supportano ZigBee, Bluetooth®, Wi-Fi e tutte le principali tecnologie cellulari
    • Test paralleli su un massimo di otto porte RF
    • Elevate prestazioni di misura
  • R&S®TS8997
    • Misure in linea con ETSI EN 300 328 v1.8.1 ed ETSI EN 301 893 v1.7.1 richieste dalla direttiva R&TTE per il mercato europeo
    • Supporto di tutti i casi di test in linea con ETSI EN 300 328, incluso il salto di frequenza
    • Misure condotte per dispositivi con connettore dell'antenna
    • Misure irradiate con camera diagnostica R&S®DST200 RF e scatola schermata R&S®CMW-Z10 RF per dispositivi con antenna integrata
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