物联网应用系列之一：灵活易用的2.4GHz ZigBee方案

概述

ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4 的无线标准，由于其具有低功耗，低成本，无线组网简单等优点，因此在物联网领域获得了广泛的应用。典型的应用领域包括：工业控制，消费性电子设备，家居和楼宇自动化、医用设备控制等。

ZigBee的相关参数和使用范围如下表1所示。 

表1：ZigBee频段和数据传输率

对ZigBee测试而言，目前市场上缺乏低成本和高效的测量解决方案，特别是对接收机灵敏度的测试，用户通常不得不购买昂贵的专用矢量信号发生器。针对这种情况，KEYSIGHT公司推出了组合灵活，低成本的2.4GHz O-QPSK ZigBee调制的测量解决方案。 

2.4 GHz O-QPSK ZigBee接收机测试方案 

在产品的研发和生产阶段，通常需要使用相应的数字调制信号来测试ZigBee接收机。灵敏度测试是接收机测试的关键指标之一，为了完成这个测试，您需要向接收机输入一个幅度较小的Zigbee信号来检验接收机是否能正常接收。

Keysight公司的N9310A信号发生器和33522B双通道波形发生器可以组合产生产生2.4GHz O-QPSK ZigBee信号，该信号可以用于测试2.4 GHz ZigBee 接收机，而且您可以根据自己的测试需求编辑物理层的帧数据。 

图1：ZigBee信号产生的系统连接示意图

系统配置

用N9310A和33522B来产生ZigBee接收机测试信号的操作可以分为三部分：生成基带信号波形文件，33522B产生基带信号并输入到 N9310A的I-Q输入端，N9310A产生相应的射频调制信号。

产生2.4GHz O-QPSK ZigBee信号的三个步骤

只需简单的三个步骤，您即可产生2.4GHz O-QPSK ZigBee信号。

步骤1. ZigBee基带信号波形文件的产生

是德科技提供了一个免费的基带波形生成器来编辑基带波形文件。该软件提供了下面两种产生ZigBee的IQ基带波形文件的方法。

读取PPDU.txt文件。这是默认方法。

1. 用Notepad软件打开PPDU.Txt文件。

2. 用实际所需的物理层帧数据（0或1）替换掉PPDU.txt文件里面的数据，保存PPDU.txt文件。注意不要改变文件名。

3. 点击“Read PPDU_txt file”按钮，读取当前目录下的PPDU.txt文件里面的0或者1物理层帧的数据。

4. 点击“Export I/Q Baseband Data to ZigBee.csv File”按钮，即可在当前目录下生成ZigBee.CSV基带数据文件。

手动输入PPDU Packet数据:

1. 点击PPDU Packet Input Manual。

2. 在相应的文本框里输入所需的二进制数据，0和1之间请用用空白间隔。

3. 点击“Export I/Q Baseband Data to ZigBee.csv File”按钮，即可在当前目录下生成ZigBee.CSV基带数据文件。

什么是 PPDU?

PPDU即物理层协议数据单元，也就是常说的物理层帧数据格式，如图3所示。

图2：2.4GHz O-QPSK ZigBee 基带信号波形产生软件

图3：ZigBee物理层的帧数据格式图

产生2.4GHz O-QPSK ZigBee信号的三个步骤（续）

步骤2. 使用33522B波形发生器产生ZigBee基带信号

1.把ZigBee.CSV文件拷贝到U盘根目录后，把U盘插入33522B前板的USB口上。

2.使用33522B加载这个文件

2.1 按下Arb > Arbs  ↓ > Import Data ↓

2.2 按下Select Data File，旋转右上角的旋钮到External，按旋钮下面的右光标键，如图4

图4：旋转右上角的旋钮到External，按旋钮下面的右光标键

2.3 旋转旋钮，移动光标到ZigBee.csv，按下Select

2.4 切换Single状态到IQ，然后按下Next。如图5

图5：切换Single状态到IQ，然后按下Next

2.5 切换Binary到ASCII，按下Import Data>Yes读入Zigbee.csv波形文件。如图6

图6： 切换Binary到ASCII，按下Import Data>Yes读入Zigbee.csv波 形文件

3.   设置33522B参数:

3.1 按下Sample rate>8>MSa/s

3.2 按下 Amplitude > 1.414 > Vpp

3.3 按下Filter>Off

3.4 按下通道1>Channel Setup > Output > On

3.5 按下通道2>Channel Setup > Output > On。现在ZigBee的两路基带信号就产生了。

产生2.4GHz O-QPSK ZigBee信号的三个步骤（续）

步骤3.  使用N9310A射频信号发生器产生2.4 GHzO-QPSK ZigBee信号

设置N9310A

1. 设置频率Frequency > [2.45] > GHz

2. 设置幅度 Amplitude > [0] > dBm

3. 打开IQ调制器 IQ > On

4. 设置  Mod On  RF On

图7： 设置N9310A信号发生器

使用CXA N9000A信号分析仪的VXA(W9064A)选件可以解调该ZigBee信号。测试结果如图8所示。

图8： 使用CXA N9000A信号分析仪来解调ZigBee信号

2.4GHz O-OPSK ZigBee 发射机测试方案 

按照ZigBee标准来说，一个ZigBee的发射机需要使用频谱分析仪或 者信号分析仪测试如下项目：

– 输出功率

– 功率谱密度

– 中心频率误差

– 星座图误差

– EVM

根据用户实际的测试需求，是德提供了下列ZigBee发射机的测试方案，如图9所示。

- ZigBee发射机的设计和验证

可采用N9000A CXA信号分析仪配上W9064A  VXA矢量信号分析应用。W9064A提供了强大的矢量信号分析功能，并专门给ZigBee测试做了优化。

- ZigBee发射机的批量生产和维修可采用N9320B/N9322C基础频谱分析仪。这两款高性价比频 谱仪可测量发射机的发射功率和频率，提供一键式信道功率和 占用带宽测量，最适合批量生产和维修。

图9：ZigBee发射机测试方案

总结

是德科技提供了灵活多样的ZigBee发射机和接收机测试方案。用户可以根据自己的实际测试需要来选择最适合的测试方案。

测试系统参考配置

表2 产生2.4 GHz O-QPSK ZigBee信号的仪表型号及选件