凯发k8国际首页不平衡相位校正方法活化剂楦鋈饲域网路 (Personal area network，PAN) 的无线标剩适用於感测器监控与控制。此篇技术文件可了解 NI 联盟伙伴 SeaSolve 公司所开发的测试组合，包含 Transmit (Tx)、Receive (Rx)，与相容性测试。在此应用说明中，我们将针对各测试类型概述测试方式与技术。
ZigBee 标室阎鸾ヒ起商业与军事a业的兴趣，适用於如无线感测器网路、家庭自动化，与工业级控制的应用。ZigBee 标手所以会逐渐受到重视，即因 ZigBee 适用於可形成自组 (Self-forming) 与自疗 (Self-healing) 的随建即连 (Ad hoc) 网路或Ш (Mesh) 网路装置。此方案的中央「PAN coordinator」装置，将监控网路组态的情形。在最近几年中，感测器网路亦成榫事/战场应用的研究主题。因此将 ZigBee 标视渺抖ㄒ Ad hoc 战场智慧型方案的通讯作业，亦引起更多的注意。
由於 ZigBee 收发器是针对低功率应用所设计，因此 PHY 实体层相对可容许较大的错误。事实上，该装置可容许最高 35% 的 EVM，却仍维持合理的位元错误率 (BER) 效能。因此，此系统需要透过更多测试方法，以进行设计检验作业。在下列章节中，我们将说明需要特定测试的理由，并提供高精确度测试的秘诀。
当测试 ZigBee 收发器的 Tx 讯号品质时，必须使用向量讯号分析器，以了解频谱资讯与调变后的讯号品质。其中 1 个解决方案，即是使用 SeaSolve 公司的 WiPAN LVSA Signal Analysis 工具组，搭配 PXI-5660 向量讯号分析器。透过此软体组合，我们即可於 IEEE 802.15.4 的相容讯号中执行频谱与调变量测。但请谨记：此 2 种量测类型均樯杓萍煅橛肷a测试所必要。概略来说，ZigBee 传输器的频谱放射 (Spectral emission) 作业，将决定其与 ISM (工业、科学，与医疗) 频带装置之间的互通性。此外，Tx 讯号的调变品质将整合天线效能，以决定该装置可稳定作业的距离长短。常见的测试设定即橄峦妓示。
常见的频谱量测包含：功率频谱密度、子闷悼怼⒏ (Upper)/低 (Lower) 频带功率，与频带总功率。此外，常见的调变分析工具包含：星座图 (Constellation plot)、眼图 (Eye diagram)、互补累积分押数 (Complementary cumulative distribution function，CCDF) 曲线，与退回的位元流 (Bitstream)。常见调变量测椋捍砦笙蛄糠度 (Error vector magnitude，EVM)、频率偏移，与位元错误率 (BER)。请注意，不同的a品开发阶段，均必须进行不同的量测与分析作业。举例来说，开发的设计检验阶段，需要如星座图的敏锐分析工具，以针对a品设计的多种问题进行除错。而就生a测试来说，则需要如 EVM 与频率偏移此类属於定义性的量测，以比较系统效能与测试限制。
接著将说明各项基础频域 (Frequency domain) 量测与其重要性。并请注意，下列每项量测均可使用频谱分析器或向量讯号分析器。由於向量讯号分析器亦可用於调变量测 (下段将接著说明)，因此一般均推荐使用之。
功率频谱密度 (PSD) 可显示资料封包功率分散於宽广频率范围中的情形。此项量测可确保传输器是於 IEEE 802.15.4 标实钠灯渍谡种凶饕怠Ｈ缤 2 所示，频率遮罩正与输出功率进行比较。频率遮罩即橥贾邪咨线条，代表传输器可发射至邻近频带 (Adjacent band) 的功率限制。当进行装置的除错作业时，若滤波器设计欠佳或放大器所压缩的影像，均可能於邻近频带中造成多N的功率。
带中功率量测，将计算特定通道或频带中的整合功率 (dBm)。此项量测将可确保传输器不致超过 IEEE 802.15.2 标实墓β使娓瘛
子闷悼斫退回特定频带的频宽，其中包含 99% 的频展 (Span) 总功率。
邻近通道功率量测，将包含高 (Upper) 频带与低 (Lower) 频带中的功率。根据 IEEE 802.15.4 标剩高频带槌向作业频率右方的 5MHz;低频带槌向作业频率左方的 5MHz。
基频 (Baseband) 参数量测，将确保 ZigBee 的传输封包可由接收器进行解码。由於 ZigBee 收发器即设计榈凸β首饕担且不需要过高的资料传输率，因此往往牺牲调变品质以降低耗用功率。整体来说，量测品质是榱似拦牢辉错误的可能性 (Likelihood)。以下图槔，我们将 BER 做 EVM (%) 的函式以进行评估。
如图所示，当 QPSK 收发器的 EVM 从 15% 提升至 30% 时，BER 将大幅增加。相对来说，大多数 ZigBee 装置在进行作业时，其 EVM 必须低於 35%。因此，量测调变的精确度更显重要，以确保收发器能够於该咽鸹肪持薪行有效作业。如下所述，仅需数个插槽与量测作业，即可完成该项需求。
星座图可呈现解调过后的基频波形。由於星座图可找出如 IQ 增益失衡 (Gain imbalance)、DC 偏移、相位差歪曲 (Quadrature skew)，与其他减损，因此成樯杓萍煅榻锥巫钪匾的图表之一。不同於仅提供简单数值的 EVM 量测，星座图亦可呈现错误来源。如下图所示，红色代表驮 (Recovered) 符码，而白色代表符码传输。
在星座图中，我们可看到依图表参数所发生的所有传输作业 (以白色显示)，且其并未穿过中央。此即榱硗 1 种形式的 OQPSK 结构，且其耗用功率低於传统的 QPSK 结构。
虽然 EVM 属於可进行减损量化 (Quantifying) 的特殊机制，但星座图的尺寸与外型，更可清楚指出减损类型与位置。榱怂得鞔斯δ埽下方星座图即显示了错误的 Tx 讯号。
在图 6 中，我们只要观察星座图的基本特性，即可了解该减损的所属类型。首先，我们可发现该图是以顺时的方式微微延展 (即 角小於 90 度)。透过此特性，即可了解该减损属於相位差歪曲。换句话说，局部震U器 (LO) 的同相 (In-phase) 与 4相位 (Quadrature-phase) 元件，并非精确的 90 度反相位 (Out of phase)。虽然 EVM 可透过数值得知多项减损，但星座图却可进一步找出错误来源。
眼图亦可表示 Tx 讯号的调变特性。与星座图相反，眼图可检视讯号的时域 (Time domain)，并可呈现其形式或通道失真。透过此量测方式，工程师可决定最佳取样点 (Sampling point) 并进行资料解码。分析作业期间，使用者亦可在移除偏移 (OQPSK - QPSK) 之后，检查讯号中的最大开口 (Eye-opening)，以检验解调的属性。
要量化接收器效能的常见方式之一，即是进行位元错误率 (BER) 的量测。由於低 EVM 极少发生错误，因此依调变品质的不同，BER 量测可能极楹氖薄Ｒ嘁蛉绱耍往往於设计检验过程期间，进行延伸的 BER 测试。在生a测试中，亦会进行较简短的 BER 测试。只要回传以 1 与 0 字串所代表的解码原始资料，即可进行 BER 量测作业。只要将这些数值与已知的传输作业相比较，即可计算出 BER。
互补累积分押数 (Complementary Cumulative Distribution Function，CCDF) 可分析讯号的功率特性。根据先前所提，ZigBee 规格亦将定义 OQPSK 调变架构的使用方式，以将所需功率压至最低。因此，在理想状态下，只要 Tx 可达稳定功率，传输器即可达到最大功率效益。下图即 CCDF 曲线，可观察功率是否发生变动。此图即代表功率并未发生变动。
如图所示，CCDF 曲线可表示高於平均功率的功率百分比。在理想条件下，CCDF 曲线的右侧橥昝赖拇怪毕摺Ｔ诖税咐中，功率放大器可维持最高的功率效益，而不会发生过溢 (Saturation)。
ZigBee 接收器的测试需求，往往分 2 个部分：MAC Layer 模拟与实体层 (PHY Layer) 的减损测试。MAC Layer 模拟作业，将用以确认 ZigBee 接收器可适当回应所a生的指令。而减损测试作业，将持续降低测试激发 (Test stimulus) 的调变品质，藉以测试接收器。只要使用 SeaSolve 公司的 WiPAN LVSG 讯号a生解决方案，并搭配 PXI 向量讯号a生器，即可建置上述 2 项测试。下图即说明相关测试作业。
指标讯框 (Beacon frame) 可透过协调器 (Coordinator) 传输指标。指标封包将⒍节点，以找出附近的其他封包。
其中 MAC 指令讯框具有最高弹性。此外，接收器测试亦与特定子讯框有关，依类型列於下方：
由於效能、功率，与成本之间常常必须有所取危因此 ZigBee 收发器必须以相对较低的调变品质进行作业。然而，ZigBee 收发器测试作业却也形成另 1 道难题。当执行测试时，实验室必须模拟严苛环境，以确保收发器可达到效能规格，并可相容於 IEEE 802.15.4 标省WiPAN LVSG 软体可套用多种减损情形，以测试设备互通性 (Interoperability)，以了解传输作业的缺点与实体通道的问题。并可新增特定减损，包含：无记忆非线性 (Memoryless nonlinearity)、AWGN、频率偏移、DC 偏移、I/Q 增益失衡、相位差歪曲，与相位杂讯。
如功率放大器的元件即属於非线性，且可能於传输讯号中造成失真。一般来说，由於非线性将於振幅中持续a生波动，因此调变讯号特别容易受到影响。还好，ZigBee 装置均使用 OQPSK 调变架构，a生失真的机率均低於最普遍的调变架构。然而，又由於功率需求的关S，ZigBee 收发器往往必须迎合功率放大器进行设计，而常造成过溢 (Saturation) 情形。榱怂得鞔烁拍睿我们於下图中显示功率放大器的基本模拟模型。
当功率放大器达到满溢点时， Tx 讯号即可能发生严重的失真。因此，接收器检验作业即必须模拟此项 ZigBee 收发器特性。
加成性高斯白杂讯 (AWSN)，樽钇毡榈 Tx 讯号讯噪比 (SNR) 模拟方式。若能降低 SNR，则可立即影响相位与振幅的嗜范取Ｍ腹星座图，即可清楚看到 AWGN 所造成的符码扩散 (Symbol spreading)。下图即显示此现象。
由於 SNR 将与传输距离成反比，因此 ZigBee 若进行长距离传输作业，将降低接收器的 EVM。一如图 3 中所示，较高的 EVM 将提升位元错误的可能性，并降低整体系统效能。
Tx 与 Rx 局部震U器此 2 组不同的装置，若以些微不同的频率进行操作，即会发生频率偏移的情形。RF 讯号若发生频率偏移，则将於基频波形中造成轻微的载波偏移。一般来说，若基频波形发生小幅的载波偏移，则可透过讯号处理运算式移除之。因此，只要将轻微的载波偏移套用至测试激源中，即可於设计检验阶段测试此项特性。若不妥善处理频率偏移，则将造成接收器无法以传输讯号进行载波锁定 (Carrier lock)。
DC 偏移 ZigBee 传输器的基频 I 与 Q 输出常见问题。此减损现象可能造成载波漏，进而影响调变讯号的品质。同时导致接收器的 EVM 升高，并a生位元错误。榱艘确定接收器可妥善处理 DC 偏移，则必须於设计检验阶段套用此减损现象。
I/Q 增益失衡属於基频减损，将影响调变讯号的品质。我们可透过星座图观察到增益失衡。如同下图所示，I/Q 增益失衡即於星座图中呈水平或垂直延伸。
如同上图所示，该现象属於L期性增益失衡，即定期於星座图的水平轴与垂直轴上延伸。在图 11 中，该增益设定以 6 dB 的幅度定期变化。若针对 RF 建置直接升转换作业，则增益失衡极有可能a生影响。此现象起因於基频子系统 I 与 Q 输出之间的振幅落差 (Amplitude disparity)，并可能由於接收器的 EVM 而提升其强度。
相位差歪曲是由不精确的 Quadrature-phase LO 所造成。在理想的直接降转换系统中，同相 (In-phase) 与 4 相位 (Quadrature-phase) LO 元件，应槿肥档 90 度反相位 (Out of phase)。然而，只要理想值出现些微误差，则可能影响解调基频波形的相位与振幅。此现象即如上方图 6 的星座图所示。如该图所示，由於 EVM 升高，因此所回传的符码均稍稍歪曲出该理想位置。
相位杂讯是因局部震U器发生错误，所造成的减损现象。我们可先将相位杂讯想像檎弦曲线所发生的瞬间抖动。在频域 (Frequency domain) 中，此抖动将造成载波的「扩散 (Spreading)」;并针对所需的中央频率来说，其功率所a生的频率将形成偏移。下图即显示此现象。
如图 12 所示，一般只要透过载波不同频率偏移的功率强度，即可测得相位杂讯。虽然不同的频率偏移均可指定相位杂讯，不过元件之间最普遍的公定比较作业均使用 10 KHz 偏移。
若将抖动加入至调变讯号的时域中，则相位杂讯亦将造成解调基频波形的相位不定性 (Uncertainty)。在星座图中，只要注意符码的扩散情形与星座图的参数，即可发现相位杂讯。
到目前橹梗我们分别讨论了量测作业与减损现象，以进一步了解 ZigBee 装置的接收/传输效能与特色。然而，ZigBee 装置更可同时进行传输与接收 (收发器) 的功能。也因此 ZigBee 收发器的生a测试，必须同时进行此 2 项功能。Seasolve 公司的 Automated Compliance Testing 软体，可提供 Tx 与 Rx 的测试序列，以透过 IEEE 802.15.4 标剩迅速标定 DUT 的相容性与效能。此软体除了可执行上述的多项测试作业之外，并提供测试结果的详细报表。
这些测试功能均最佳化其速度，以缩短测试时间;并透过多家尖端u造商的 RF 晶片，检验其精确度。我们无法於此逐一详述测试作业的细节，仅於下方列出常见的测试参数：
虽然 ZigBee 标士Ш (Mesh) 与随建即连 (Ad hoc) 网路的低功率通讯绝佳机制，却也造成多项测试难题。还好，Seasolve 公司的 WiPAN LVSA、LVSG，与 ACT 软体，进一步整合了 PXI 仪控，以解决此应用挑战。只要透过合适的软体与硬体，即可进行多项 Tx 与 Rx 量测，并让 ZigBee 装置可完全相容於 IEEE 802.15.4 标剩且可互通其他装置。