从基带到射频的物联网测试

时间：07-30 来源：互联网点击：

　　物联网（IoT）已经是持续了一些年的一个热词，智能家居产品的研制在国内外也开始轰轰烈烈地行动起来。不管是物联网还是智能家居，除了促进了传感器等技术的发展之外，最关键的一点就是如何实现"联"，更确切地说叫"无线连接"。为了实现适于这些应用所需要的"无线连接"，与此相关的RFID， NFC， WiFi， BlueTooth， ZigBee， Z-Wave 等短距离的无线通讯技术和新标准种类繁多，层出不穷。搜集，总结了一些当今主要的无线连接技术的应用领域和各自的特点，下面简单概述一下：

　ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议，从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定，这是一种具有经济、高效、低数据速率（《250kbps）、工作在2.4GHz（全球）和868（欧洲）/915MHz（北美）的无线技术。不同频段的信道数量和信道带宽也各不相同；调制技术也不同：868MHz和915MHz频段采用的是BPSK调制技术，2.4GHz频段采用的是OQPSK调制技术。

　　与ZigBee类似的标准还有Z-wave、ANT、EnOcean等，相互之间不兼容。Z-wave在智能家居方面占据了强势地位，主流厂商都加入了这个阵营，大有难以撼动之势。它具有低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为908.42MHz（美国），868.42MHz（欧洲），采用FSK（BFSK/GFSK）调制方式，数据传输速率为9.6 kbps和40 kbps。想搞智能家居，看来还得遵循这个行业的"规矩"？

　　EnOcean是世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标准。通过采集周围环境产生的能量，比如机械能，室内的光能，温度差的能量等，把这些能量经过处理以后，供给EnOcean超低功耗的无线通讯模块，实现真正的无数据线，无电源线，无电池的通讯系统。与同类技术相比，功耗最低，传输距离最远，可以组网并且支持中继。EnOcean工作的频段有：868 MHz、315 MHz、902 MHz，采用ASK调制技术，每个无线电信号占用信道的时间是1毫秒，传输速率125KB/s。

　　在能源以及工业控制等领域，还有Wi-SUN， WirelessHART等标准。

　　标准可谓种类繁多，从物理层到7层协议的若干层都具有不同的规定。高层的测试可以通过相关的协议分析仪或者价格敏感的用户可以通过软件进行测试。这里我们集中讨论有关物理层的测试。即使是无线连接的物理层，这些不同的标准也采用了不同的频率，它们普遍用到的频率有315/433/868/915MHz，2.4GHz甚至5.8GH，它们采用了不同的调制方式，比如ASK，FSK，OQPSK等等。当然，基带的处理也各不相同，接下来就说说从基带到射频的物联网测试。

　　不同频率的射频收发模块加上基带处理是这类产品的主要组成部分，已经被广泛地应用在这些领域，比如：无线报警，无线抄表，安全系统，工业监测和控制，智能穿戴，智能家居，智能物流，智能停车场，遥控，玩具等等各种物联网的应用中。在国内，研发，生产这类产品的厂家也非常多。下面以近些年来越来越普及的2.4GHz频段为例，阐述一下针对这类产品从基带到射频的测试方法。

　　在这些产品中都少不了要用到射频收发模块，TI，NORDIC等公司都提供了丰富的射频收发芯片，比如TI的CC2520等，NORDIC公司的nRF24L01等，都是著名的被广泛应用于无线收发模块上的芯片。这些芯片可以方便地与MCU或FPGA等构成各种满足不同应用的产品，它的主要特点如下：

　　 2.4GHz 全球开放ISM 频段免许可证使用

　　工作速率可调，最高工作速率达2Mbps左右

　采用FSK，MSK，GFSK等调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合

　　支持多信道，有的多达100多个，满足多点通信和跳频通信需要

　　内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制

　　输出功率可程控

　　接收灵敏度高，可达-80dBm 左右，甚至更低电平

　通过SPI等接口完成数据的交换，包括数据的发送，数据的接收。

　　这类芯片的内部结构示意图如图1所示：