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

Las redes LR-WPAN están optimizadas para transmisión de datos a baja velocidad, con bajo consumo de energía, y a menudo admiten arquitecturas de red en malla. ZigBee Alliance ha especificado un conjunto de protocolos de comunicación que utiliza pequeños radios digitales de baja potencia basados en el estándar IEEE 802.15.4. El escaso consumo de energía permite ciclos de duración de la batería de varios años o incluso funcionamiento permanente mediante 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 un modo similar, el grupo Thread ha utilizado el estándar IEEE 802.15.4 para crear una red IPv6 que permite conectar y controlar productos en el hogar.

Hay varias pilas de protocolo WPAN que aplican la capa física de IEEE 802.15.4

La capa física de uso común está especificada para que opere en las bandas ISM sin necesidad de licencia (2,4 GHz en todo el mundo) utilizando modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (O-QPSK). O-QPSK está basada en el conocido esquema de modulación QPSK, pero en O-QPSK las transiciones de I y Q están desplazadas la mitad del tiempo de símbolo. Esto limita los cambios de fase a un máximo de 90° y, en definitiva, reduce significativamente las variaciones de envolvente para permitir una amplificación RF más eficiente. El estándar IEEE 802.15.4 especifica canales de 5 MHz entre 2,405 GHz y 2,480 GHz. El máximo especificado para velocidad de transmisión aérea es 250 kbps. La distancia de transmisión varía entre varios metros y varios centenares, según las condiciones ambientales y la potencia RF.

La dispersión del espectro y la modulación O-QPSK permiten realizar comunicaciones robustas con poca potencia

El estándar IEEE 802.15.4 especifica mediciones RF típicas como densidad espectral de potencia de transmisión (PSD), tolerancia de frecuencia central transmitida, potencia de transmisión mínima, magnitud del vector de error (EVM), emisiones espurias fuera de banda, sensibilidad del receptor y otras. Además de estos requisitos estándar, es necesario cumplir varios requisitos normativos especificados para los dispositivos que operan en la banda ISM de 2,4 GHz. En EN 300 328, por ejemplo, ETSI definió mediciones obligatorias de potencia de transmisión máxima, densidad de potencia de espectro y parámetros como ciclo de trabajo y separación del transmisor.

Rohde & Schwarz permite realizar mediciones RF de señales IEEE 802.15.4 en la banda ISM de 2,4 GHz durante las etapas de diseño, validación, conformidad y 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 excepcionalmente rápido y versátil para usuarios orientados al rendimiento y sensibles al precio
    • Mediciones EVM precisas para IEEE 802.15.4 (señales ZigBee) con R&S®FSV- K70
  • R&S®SMBV100A
    • Un rendimiento de RF excelente, así como un nivel de salida muy elevado y un tiempo de ajuste corto
    • Generación de señales IEEE 802.15.4 con una herramienta específica de construcción de tramas IEEE 802.15.4
    • Simulador de GNSS completo compatible con GPS, Glonass, Galileo, BeiDou y QZSS/SBAS
  • R&S®CMW100
    • Conjunto pionero de prueba de fabricación para calibrar y verificar dispositivos inalámbricos con ZigBee, Bluetooth®, Wi-Fi y las principales tecnologías de red de telefonía celular
    • Mediciones en paralelo en un máximo de ocho puertos RF
    • Alto rendimiento de medición
  • R&S®TS8997
    • Mediciones según los estándares ETSI EN 300 328 v1.8.1 y ETSI EN 301 893 v1.7.1 requeridos para el mercado europeo por medio de la Directiva europea R&TTE
    • Admite todos los casos de prueba de conformidad con ETSI EN 300 328, incluidos los saltos de frecuencia
    • Mediciones conducidas para dispositivos con conector de antena
    • Mediciones radiadas con la cámara de diagnóstico R&S®DST200 RF y la caja apantallada R&S®CMW-Z10 RF para dispositivos con antena integrada
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