1  引言

無線網(wǎng)絡是一個龐大的家族，各種無線技術(shù)都有不同的應用。發(fā)展至今，無線網(wǎng)絡也各不相同。與藍牙技術(shù)一樣，ZigBee也是一種短距離無線通信技術(shù)。

作為低傳輸數(shù)據(jù)速率下的各種電子設(shè)備之間的無線通信技術(shù)，ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來通知發(fā)現(xiàn)的新食物源的位置、距離和方向等信息，以此作為新一代無線通訊技術(shù)的名稱。ZigBee過去又稱為“HomeRF Lite”，“RF-EasyLink”或“FireFly”無線電技術(shù)，目前統(tǒng)一稱為ZigBee技術(shù)。

2  ZigBee相關(guān)技術(shù)及測試需求

根據(jù)IEEE 802.15.4標準，ZigBee工作的頻段是免費開放的，分別為2.4GHz（全球），915MHz（美國）和868MHz（歐洲），根據(jù)頻段的不同，采用了不同的技術(shù)（見表1）。

表1  IEEE 802.15.4頻帶寬度、調(diào)制類型和脈沖成型濾波器

在3個不同頻段，都采用相位調(diào)制技術(shù)，2.4GHz采用較高階的OQPSK調(diào)制技術(shù)以達到250kbit/s的速率，并降低工作時間，以減少功率消耗。相比較2.4GHz頻段，868/ 915MHz為低頻段，采用BPSK的調(diào)制技術(shù)，無線傳播的損失較少，傳輸距離較長。

868/915MHz頻段使用較為常用的RRC濾波器，絕大多數(shù)信號源和頻譜儀都可以簡單完成。而2.4GHz頻段的ZigBee使用的是半正弦成型濾波器，方程式如下：

對于2.4GHz的物理層，標準規(guī)定了數(shù)據(jù)流的映射、擴頻和調(diào)制流程圖（見圖1）。

圖1  映射、擴頻方框圖

每4個bit映射為1個符號（共16個符號），每1個符號映射為32個碼序列，每個碼序列都是一組偽隨機序列PN。OQPSK是在QPSK基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種恒包絡數(shù)字調(diào)制技術(shù)。這種形式的已調(diào)波具有兩個主要特點，其一是包絡恒定或起伏很?。黄涠且颜{(diào)波頻譜具有高頻快速滾降特性，或者說已調(diào)波旁瓣很小，甚至幾乎沒有旁瓣。

根據(jù)IEEE 802.15.4測試規(guī)范，ZigBee系統(tǒng)的測試主要使用信號源、頻譜儀等。R&S提供上述的所有儀表及相應的選件。首先，將ZigBee待測指標分類，具體參見表2。

表2  ZigBee待測指標

3  R&S針對ZigBee的測試儀器介紹

R&S提供了一系列的儀器以滿足不同的ZigBee測試需求，下面簡單介紹一下本文中提到的測試儀器，包括信號產(chǎn)生方案和信號分析方案（見表3和表4）。

表3  R&S公司的任意矢量信號產(chǎn)生方案

表4   R&S公司的任意矢量調(diào)制信號分析解決方案

4  R&S關(guān)于ZigBee的測試解決方案

根據(jù)無線數(shù)據(jù)通信ZigBee設(shè)備的組成，R&S提供發(fā)射測試和接收測試相應解決方案，圖2是根據(jù)收發(fā)天線進行收發(fā)測試的框圖結(jié)構(gòu)。

圖2   ZigBee收發(fā)測試框圖

通過使用頻譜儀接收來自ZigBee的發(fā)射信號和信號源發(fā)射供ZigBee工作的射頻信號完成ZigBee發(fā)射機和接收機的測試，下面詳細介紹ZigBee的發(fā)射測試和接收測試。

4.1  發(fā)射測試

ZigBee測試規(guī)范主要依據(jù)IEEE 802.15.4標準，R&S公司提供符合IEEE 802.15.4標準規(guī)定的發(fā)射機測試方案，R&S的高性能頻譜分析儀結(jié)合任意解調(diào)選件FS-K70可全面測試相關(guān)項目，并可優(yōu)化參考電平和衰減，免去用戶手動調(diào)整的煩惱。除按照標準設(shè)定的自動測試外，該系列選件也允許用戶改變?nèi)魏我豁梾?shù)以便滿足用戶特殊的測試需求。

根據(jù)IEEE 802.15.4標準，ZigBee待測指標分為射頻指標和調(diào)制質(zhì)量分析兩大類：

（1）射頻測試：可直接在頻譜模式下完成，包括鄰道功率泄漏比、雜散發(fā)射、發(fā)射功率及Power Rise/Fall等指標。R&S公司的頻譜儀都具有標配的射頻測試功能，可自定義ACLR模板及雜散發(fā)射模板等，因此，可方便地完成ZigBee的射頻功能測試，如鄰道功率泄漏比：定義為發(fā)射功率與相鄰RF信道接收機濾波器后所測功率之比。R&S的系列頻譜儀都可以提供頻域的ACLR測試，具體參見圖3。

圖3   ACLR測試結(jié)果

（2）調(diào)制質(zhì)量分析：是在一個給定時刻理想無誤差信號與實際發(fā)射信號的向量差。R&S提供基于FS-K70的矢量信號解調(diào)選件。

R&S 矢量分析儀FSQ/FSG/FSV/FSU等都具有任意矢量信號分析功能，下面以FSQ為例：FSQ具有標準28MHz 解調(diào)帶寬，經(jīng)擴展后可寬達120MHz，IQ 采樣點存儲深度高達705M，分析過程采用數(shù)字信號處理器硬件直接完成。其FS-K70及擴展解調(diào)帶寬功能原理框圖參見圖4。

圖4   FSQ-K70選件原理框圖

選件FSQ-K70 可以對各類數(shù)字調(diào)制信號進行分析，如MSK，PSK（包括OQPSK），QAM等調(diào)制方式，獲得分析結(jié)果，例如EVM，頻率誤差，相位誤差，IQ不理想性、眼圖等，具體參見圖5。

圖5  FS-K70測量顯示窗口

 由于FSQ-K70可自定義濾波器設(shè)置，因此對于2.4GHz的ZigBee信號來說，可先導入Matlab設(shè)計的Half-Sine濾波器，這樣FSQ-K70就可方便地完成調(diào)制質(zhì)量的分析，包括EVM，星座圖誤差及發(fā)射機中心頻率容忍度等測試。如調(diào)制質(zhì)量：可通過在測試中加入EL（Evaluation Line），對特定部分的信號進行分析，圖6所示為自定義脈沖成型濾波器的測試結(jié)果。

圖6  ZigBee調(diào)制準確性測試

4.2  接收測試

接收機測試的目的是為了評估無線數(shù)據(jù)通信接收部分整體的性能是否符合設(shè)計和驗收要求。一般情況下，測試端口位于射頻輸入端口，采用標準信號源產(chǎn)生射頻測試信號，饋入接收機，然后使用PC完成對ZigBee輸出碼流的計算以對接收機性能進行評估。

信號產(chǎn)生：R&S提供WinIQSIM軟件，可選擇OQPSK調(diào)制方式及符號速率等參數(shù)進行特定數(shù)據(jù)的編輯，具體參見圖7；ZigBee幀結(jié)構(gòu)設(shè)置：在WinIQSIM軟件中，可方便地通過數(shù)據(jù)編輯器進行ZigBee幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)進行編輯，具體參見圖8。

圖7  WinIQSIM數(shù)據(jù)編輯

圖8  ZigBee幀結(jié)構(gòu)編輯

5  結(jié)束語

羅德與施瓦茨公司(Rohde & Schwarz )是歐洲最大的電子測量儀器生產(chǎn)廠商，一直活躍在測試與測量、信息及通信技術(shù)領(lǐng)域中，本文著重介紹任意矢量信號的產(chǎn)生方案、任意矢量信號的分析方案以及ZigBee技術(shù)的測試方案。

作為全球領(lǐng)先的測試與測量設(shè)備廠商，R&S公司時刻關(guān)注著無線數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，目前可提供ZigBee信號產(chǎn)生和信號分析的全套解決方案——信號源+頻譜儀。信號源能夠產(chǎn)生靈活配置的ZigBee矢量調(diào)制信號，頻譜儀可對ZigBee矢量調(diào)制信號進行調(diào)制域、頻域、時域測量及分析。