0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

關(guān)于S矢量信號源產(chǎn)生IEEE_802.15.4標準信號的介紹和應(yīng)用

羅德與施瓦茨中國 ? 來源:djl ? 2019-10-16 11:43 ? 次閱讀

1 引言
IEEE_802.15.4標準定義了廉價的固定式、便攜式和移動式設(shè)備物理層PHY和媒體接入層MAC規(guī)范,在現(xiàn)實世界中,這種技術(shù)具有低功耗、低速率、低成本的特點,更適用于工控、醫(yī)療、傳感器等簡單組網(wǎng)應(yīng)用,有許多種通信協(xié)議均基于此標準實現(xiàn),如ZigBeeRF4CE、6LoWPAN、Wireless HART、SmartLink、THREAD等。

著重介紹使用羅德與施瓦茨(R&S)公司矢量信號源產(chǎn)生標準的IEEE_802.15.4測試信號,包括IEEE_802.15.4的PHY和MAC結(jié)構(gòu)以及使用R&S IEEE_802.15.4 Frame Builder軟件產(chǎn)生信號的方法。該軟件基于EXCEL表格實現(xiàn),免費使用及編輯,可對產(chǎn)生信號細節(jié)進行靈活配置,并可生成R&S矢量信號源可識別的數(shù)據(jù)和控制文件。

2 IEEE_802.15.4協(xié)議概述

IEEE_802.15.4協(xié)議主要定義了PHY和MAC,對于上層的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層等,并沒有具體定義。

2.1 IEEE_802.15.4 PHY
PHY數(shù)據(jù)服務(wù)定義了物理無線信道上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的格式和類型,該數(shù)據(jù)被稱作物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元PPDUS,同時定義了多種不同的工作頻率范圍,在不同的工作頻率范圍下,也定義了多種調(diào)制類型和數(shù)據(jù)速率,如圖1。

關(guān)于S矢量信號源產(chǎn)生IEEE_802.15.4標準信號的介紹和應(yīng)用

圖1 PHY工作頻段和數(shù)據(jù)傳輸速率

868MHz頻段主要被用于歐洲作為短距通信組網(wǎng)應(yīng)用,780MHz頻段多用于中國,950MHz則主要應(yīng)用于日本,2450MHz是被全世界廣泛使用的頻率標準,具有較高的數(shù)據(jù)速率和高達16路的無線信道。

PHY在設(shè)備間通信過程中主要負責(zé)如下任務(wù):

激活和取消無線收發(fā)設(shè)備

當前信道的能量檢測以及發(fā)送鏈路質(zhì)量識別

信道頻率選擇和數(shù)據(jù)收發(fā)

載波多路偵聽的空閑信道預(yù)測CSMA/CA

PHY標準數(shù)據(jù)幀格式PPDU由同步頭SHR、物理層頭PHR和PHY凈荷構(gòu)成,字節(jié)長度在協(xié)議中已定義,如圖2所示。

關(guān)于S矢量信號源產(chǎn)生IEEE_802.15.4標準信號的介紹和應(yīng)用

圖2 PHY-PPDU幀格式

SHR由前導(dǎo)碼和緊隨其后的幀起始分隔符SFD構(gòu)成,前導(dǎo)碼序列為4 Bytes數(shù)據(jù)0x00,同時SFD固定設(shè)置為0xA7。PHY層服務(wù)數(shù)據(jù)單元PSDU是由MAC幀繼承而來,作為PHY的凈荷, PHR定義了PSDU單元的數(shù)據(jù)長度。最高位被設(shè)置為0,其余7個字節(jié)可以表征的數(shù)據(jù)長度最大數(shù)值為127位。最終編碼生成的二進制PPDU數(shù)據(jù)會通過符號映射后直接擴頻為碼片數(shù)據(jù),之后通過O-QPSK映射,其具體流程如圖3。

關(guān)于S矢量信號源產(chǎn)生IEEE_802.15.4標準信號的介紹和應(yīng)用

圖3 O-QPSK PHY擴頻和調(diào)制映射

PHY數(shù)據(jù)的O-QPSK調(diào)制處理過程,首先將數(shù)據(jù)單元的二進制數(shù)據(jù)中每四位轉(zhuǎn)換為一個符號,然后將每個符號擴頻轉(zhuǎn)換為長度為32的碼片序列,用符號查找對應(yīng)16個近似正交的偽隨機映射表,映射完成之后的碼片數(shù)據(jù),依次交替的分為IQ數(shù)據(jù)流,通過half-sine濾波器成形形成調(diào)制符號。

2.2 IEEE_802.15.4 MAC

MAC形成了在PHY和更高應(yīng)用層之間的接口,如ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層。該層的MAC數(shù)據(jù)服務(wù)可以通過幀的形式接收和發(fā)送,該幀的名稱為MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元MPDUS,也就是對應(yīng)傳遞至PHY幀結(jié)構(gòu)中的PSDU。

MAC幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計是以用最低復(fù)雜度實現(xiàn)在多噪聲無線信道環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸為目標的。每個MAC幀都包含幀頭MHR、MAC凈荷MAC Payload和幀尾MFR三部分。MHR部分由幀控制信息FCF、幀序列號SN和地址信息組成。MAC的凈荷部分長度可變,凈荷的具體內(nèi)容由幀類型決定。幀尾部分是幀頭和凈荷數(shù)據(jù)的16位CRC校驗序列FCS。IEEE_802.15.4協(xié)議共定義了四種類型的幀,信標幀、數(shù)據(jù)幀、確認幀和MAC命令幀。這些幀格式會有區(qū)別,通用的MAC幀結(jié)構(gòu)如圖4所示。

關(guān)于S矢量信號源產(chǎn)生IEEE_802.15.4標準信號的介紹和應(yīng)用

圖4 MAC MPDU幀結(jié)構(gòu)

FCF區(qū)域中包含了幀類型、地址信息、以及其他控制標識,該部分長度為2 Bytes。

只有廣播幀和數(shù)據(jù)幀包含了高層控制命令或者數(shù)據(jù),確認幀和MAC命令幀則用于設(shè)備間MAC子層功能實體間控制信息的收發(fā)。廣播幀和確認幀不需要接收方的確認,數(shù)據(jù)幀和MAC命令幀的幀頭FCF指示收到的幀是否需要確認,如果需要確認,并且已經(jīng)通過了CRC教研,接收方將立即發(fā)送確認幀,若發(fā)送設(shè)備在一定時間內(nèi)收不到確認幀,將自動進行重傳。

3 R&S針對IEEE_802.15.4幀及信號波形產(chǎn)生方法

R&S提供了IEEE_802.15.4數(shù)據(jù)幀產(chǎn)生軟件,該軟件基于EXCEL表格,簡單易用。

可方便對PHY和MAC參數(shù)進行設(shè)置,同時,該幀結(jié)構(gòu)基于O-QPSK調(diào)制方式??蓪θ缦聟?shù)進行設(shè)置:

MAC幀頭設(shè)置及凈荷數(shù)據(jù)

幀校驗碼自動計算和同步頭定義

符號至碼片映射及數(shù)據(jù)生成導(dǎo)出

生成R&S矢量信號源支持的數(shù)據(jù)和控制文件

圖形化顯示幀結(jié)構(gòu)等

3.1 IEEE_802.15.4 Frame Builder軟件生成基帶數(shù)據(jù)

軟件基于VBA代碼,需要在EXCEL中使能該功能。

關(guān)于S矢量信號源產(chǎn)生IEEE_802.15.4標準信號的介紹和應(yīng)用

圖5 R&S IEEE_802.15.4 Frame Builder軟件界面

軟件界面中顯示了IEEE_802.15.4基本幀結(jié)構(gòu),指引使用者了解每部分具體設(shè)置作用及定義,即幀結(jié)構(gòu)中各個部分的具體設(shè)置項目,可針對實際測試需求生成各部分幀定義。

FCF區(qū)域控制信息及幀類型設(shè)置。

MAC幀頭中其他數(shù)據(jù)位設(shè)置,包括幀序列號,地址信息等。

導(dǎo)入數(shù)據(jù)載荷,可通過手動輸入或ASCII十六進制文本文件導(dǎo)入,數(shù)據(jù)格式為16進制,導(dǎo)入完成后,軟件會自動計算校驗碼并計算出最終得到的MPDU幀數(shù)據(jù)。

MAC層數(shù)據(jù)生成后,會自動計算幀長度,前導(dǎo)碼和SFD幀分隔符也為固定值,生成最終的PHY層幀數(shù)據(jù)。

軟件會自動將生成的數(shù)據(jù)擴頻至碼片數(shù)據(jù),可設(shè)置幀與幀間的閑置符號。

3.2 IEEE_802.15.4測試波形產(chǎn)生

配置有實時基帶發(fā)生器的R&S矢量信號源都能夠?qū)崟r產(chǎn)生調(diào)制數(shù)字信號,同時均可產(chǎn)生通用標準(如LTE)的數(shù)字調(diào)制信號。使用實時自定義數(shù)字調(diào)制產(chǎn)生測試波形的流程框圖見下圖6。

關(guān)于S矢量信號源產(chǎn)生IEEE_802.15.4標準信號的介紹和應(yīng)用

圖6 自定義數(shù)字調(diào)制波形產(chǎn)生

將軟件生成的標準Datalist文件導(dǎo)入至信號發(fā)生器的基帶發(fā)生器中。802.15.4協(xié)議未規(guī)定任何的碼片編碼,所以無需定義任意形式的編碼方式。

802.15.4協(xié)議以O(shè)-QPSK調(diào)制映射方式未在矢量信號源中進行定義,可采用導(dǎo)入自定義調(diào)制映射文件的方式進行設(shè)置,軟件中映射文件“15.4-OQPSK.vam”可直接使用,如需自定義產(chǎn)生各種調(diào)制映射文件,可使用R&S公司的MATLAB應(yīng)用工具MapWiz。

需要載入half-sine脈沖成形濾波器至矢量信號發(fā)生器中,F(xiàn)rame Builder軟件中自帶的濾波器文件“15.4-halfsine.vaf”也可直接被使用,如需自定義產(chǎn)生各種成形濾波器文件,可使用R&S公司的MATLAB應(yīng)用工具FizWiz。

亦可使用計算機軟件產(chǎn)生測試波形,采用矢量信號發(fā)生器內(nèi)部的ARB發(fā)生器的方法,R&S公司提供了免費的信號生成和處理軟件WinIQSim2操作簡單直觀,在ARB模式下,所有波形計算和處理都在計算機側(cè)完成,矢量信號發(fā)生器只將計算好的波形播放。直接將生成的波形可通過網(wǎng)線傳輸至R&S矢量信號源,在WinIQSim2軟件中也可以對生成信號的時域和頻域波形進行預(yù)覽,預(yù)判生成的信號是否正確使用。ARB模式生成和播放波形的具體流程如下圖7所示:

關(guān)于S矢量信號源產(chǎn)生IEEE_802.15.4標準信號的介紹和應(yīng)用

圖7 ARB模式波形產(chǎn)生

將軟件中生成的波形文件導(dǎo)入矢量信號源的ARB內(nèi)存。

通過ARB發(fā)生器讀取波形文件中的IQ數(shù)據(jù)和采樣率,將其轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶐盘?,之后通過采樣和上變頻調(diào)制后發(fā)出。

4 小結(jié)

R&S公司關(guān)于IEEE_802.15.4協(xié)議標準數(shù)字信號產(chǎn)生的方法和應(yīng)用軟件,經(jīng)過實際驗證,具備完全的可操作性,可以為運營商、無線數(shù)據(jù)設(shè)備廠商生成參考測試文件,也可在開發(fā)階段進行任意形式的自定義驗證。

羅德與施瓦茨公司自成立至今的七十多年間,一直致力于為無線電通信提供高性能的測試和測量儀器。請訪問羅德與施瓦茨公司中文網(wǎng)站:www.rohde-schwarz.com.cn或就近聯(lián)系羅德與施瓦茨公司各地的代表處,我們將為您提供符合您需要的測試方案和儀器。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
  • 傳感器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    2551

    文章

    51169

    瀏覽量

    754187
  • 便攜式
    +關(guān)注

    關(guān)注

    0

    文章

    328

    瀏覽量

    29823
  • 數(shù)據(jù)傳輸
    +關(guān)注

    關(guān)注

    9

    文章

    1914

    瀏覽量

    64645
收藏 人收藏

    評論

    相關(guān)推薦

    ATG-3090功率信號源的使用方法有哪些

    功率信號源是一種常見的電子設(shè)備,主要用于產(chǎn)生各種功率信號,例如直流信號、正弦信號等。功率信號源
    的頭像 發(fā)表于 10-29 16:54 ?182次閱讀
    ATG-3090功率<b class='flag-5'>信號源</b>的使用方法有哪些

    ATG-2161功率信號源的功能是什么

    功率信號源是一種設(shè)備,它的主要功能是生成特定功率的信號輸出。這些信號輸出可用于為其他電子設(shè)備或系統(tǒng)提供所需的電能或能量。功率信號源具有多種功能和應(yīng)用,下面將詳細
    的頭像 發(fā)表于 10-25 16:15 ?217次閱讀
    ATG-2161功率<b class='flag-5'>信號源</b>的功能是什么

    鼎陽科技發(fā)布SSG6082A-V全新矢量信號源

    2024年9月12日,深圳市鼎陽科技股份有限公司發(fā)布了SSG6082A-V矢量信號源,射頻輸出頻率高達7.5GHz,射頻調(diào)制帶寬1GHz,進一步豐富了鼎陽科技矢量信號源產(chǎn)品線。與此同時
    發(fā)表于 09-13 11:25 ?431次閱讀
    鼎陽科技發(fā)布SSG6082A-V全新<b class='flag-5'>矢量</b><b class='flag-5'>信號源</b>

    信號源配置步進掃描輸出#信號源 #電子工程師

    信號源
    安泰儀器維修
    發(fā)布于 :2024年09月02日 17:14:53

    什么!你還不會信號源輸出雙音信號?#信號源 #雙音信號

    信號源
    安泰儀器維修
    發(fā)布于 :2024年08月27日 10:41:27

    ATG-2032:功率信號源的類型及應(yīng)用領(lǐng)域簡介

    功率信號源是一種產(chǎn)生穩(wěn)定、精確且可調(diào)節(jié)的電力信號的儀器,其主要作用是為測試和校準各種電子設(shè)備提供標準信號,以確保設(shè)備的精度和穩(wěn)定性。 圖:ATG-2000系列功率
    的頭像 發(fā)表于 07-03 16:11 ?366次閱讀
    ATG-2032:功率<b class='flag-5'>信號源</b>的類型及應(yīng)用領(lǐng)域簡介

    ATG-3080功率信號源信號源原理介紹

    一、信號源分類 信號源從分類角度來說,可以分為以下幾種 模擬信號源產(chǎn)生單音信號和模擬調(diào)制AM/FM/PhM/PM
    的頭像 發(fā)表于 05-30 11:31 ?565次閱讀

    Aigtek:功率信號源是什么東西

    。 功率信號源的概念 功率信號源是指能夠產(chǎn)生可控的、穩(wěn)定的高功率輸出信號的電子設(shè)備。它通常由信號發(fā)生器、功率放大器和匹配網(wǎng)絡(luò)等組成,可以
    的頭像 發(fā)表于 04-26 11:33 ?492次閱讀
    Aigtek:功率<b class='flag-5'>信號源</b>是什么東西

    安泰功率信號源能干什么用

    功率信號源是一種電子設(shè)備,主要用于產(chǎn)生高精度、高穩(wěn)定性的功率信號,其輸出功率可以在很寬的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。下面我們將詳細介紹功率信號源的用途和
    的頭像 發(fā)表于 03-19 16:30 ?316次閱讀
    安泰功率<b class='flag-5'>信號源</b>能干什么用

    Aigtek功率信號源的特點有哪些

    功率信號源是一種用于產(chǎn)生高功率信號的電子設(shè)備,主要應(yīng)用于無線通訊、雷達測量、廣播電視等領(lǐng)域中。功率信號源具有輸出功率大、穩(wěn)定可靠、頻率范圍寬等特點,使其成為現(xiàn)代電子技術(shù)中不可或缺的重要
    的頭像 發(fā)表于 03-14 13:54 ?426次閱讀
    Aigtek功率<b class='flag-5'>信號源</b>的特點有哪些

    安泰ATG-3090功率信號源的輸出信號是什么意思

    功率信號源是指能夠提供電能輸出的設(shè)備,其輸出信號通常以功率的形式存在。功率信號源在各種應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用,涵蓋了廣泛的領(lǐng)域,包括電力系統(tǒng)、通信、電子設(shè)備等。以下是關(guān)于功率
    的頭像 發(fā)表于 03-08 17:28 ?512次閱讀
    安泰ATG-3090功率<b class='flag-5'>信號源</b>的輸出<b class='flag-5'>信號</b>是什么意思

    Aigtek功率信號源的輸出信號有哪些

    類型,介紹它們的特性以及在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。 功率信號源可以產(chǎn)生多種類型的輸出信號,其中包括正弦波、三角波和脈沖波。以下是對這三種信號類型的詳
    的頭像 發(fā)表于 02-26 14:41 ?471次閱讀
    Aigtek功率<b class='flag-5'>信號源</b>的輸出<b class='flag-5'>信號</b>有哪些

    信號源的組成以及應(yīng)用方案詳解

    信號源是電子系統(tǒng)中的重要組成部分,它能夠產(chǎn)生各種波形和頻率的信號,為整個系統(tǒng)提供所需的信息。信號源的組成和特性決定了其應(yīng)用范圍和性能。
    的頭像 發(fā)表于 02-07 14:19 ?3877次閱讀
    <b class='flag-5'>信號源</b>的組成以及應(yīng)用方案詳解

    傻傻分不清?射頻模擬信號源矢量信號源的區(qū)別

    傻傻分不清?射頻模擬信號源矢量信號源的區(qū)別? 射頻模擬信號源矢量信號源是測試和測量領(lǐng)域中常見
    的頭像 發(fā)表于 01-19 15:54 ?6992次閱讀

    射頻信號源的LF源與AM調(diào)制信號源是如何調(diào)試的呢?

    射頻信號源的LF源與AM調(diào)制信號源是如何調(diào)試的呢? 射頻信號源是用于產(chǎn)生射頻信號的設(shè)備。LF源和AM調(diào)制
    的頭像 發(fā)表于 01-19 15:54 ?1156次閱讀