智能家居Zigbee網(wǎng)關(guān)定制開發(fā)測試篇，助力IoT開發(fā)者

上期我們對智能家居Zigbee網(wǎng)關(guān)的主控、操作系統(tǒng)、天線設(shè)計等進行了定制選型指南的分析：（點擊閱讀）

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本期將詳細介紹Zigbee智能網(wǎng)關(guān)的定制開發(fā)過程，著重解析其核心的測試流程和關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，包括靈敏度、發(fā)射功率和EVM性能等，并用東勝Zigbee網(wǎng)關(guān)測試實踐輔助說明。了解Zigbee網(wǎng)關(guān)的測試至關(guān)重要，因為這些測試確保了網(wǎng)關(guān)設(shè)備在實際部署前的性能、可靠性和標(biāo)準(zhǔn)兼容性。這對于確保設(shè)備能在各種環(huán)境下穩(wěn)定運行，并與其他Zigbee設(shè)備無縫交互至關(guān)重要。
通過提供從理論到實踐的全面視角，我們希望幫助開發(fā)者、技術(shù)專家理解和掌握Zigbee網(wǎng)關(guān)的高級測試方法。無論您是在尋求優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品的性能，還是在探索新的物聯(lián)網(wǎng)硬件解決方案，它都將對您有所幫助。如您需網(wǎng)關(guān)定制開發(fā)，請聯(lián)系我們咨詢。

01 Zigbee射頻測試內(nèi)容及分析（實驗室測試參數(shù)）

Zigbee的測試規(guī)范主要依據(jù)IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)對整機性能進行測試。Zigbee整機性能測試包括發(fā)射機和接收機性能測試。發(fā)射機射頻的主要需求分為兩部分：保證有用信道中發(fā)射信號的質(zhì)量和防止來自于無用發(fā)射的頻率分量。接收機應(yīng)具有對抗大范圍干擾信號的能力，從而保證有用信號可靠解調(diào)，并避免傳輸?shù)倪^度敏感。

>>>發(fā)射機測試

發(fā)射機測試原理：分析發(fā)射機發(fā)射信號，首先要用一個理想的接收機把發(fā)射信號變成數(shù)字的基帶信號。然后在數(shù)字中進行信號處理，得出相應(yīng)的指標(biāo)。實際測試時，一般利用高性能的頻譜儀或信號分析儀作為理想的接收機。經(jīng)過理想接收機并AD轉(zhuǎn)換后得到IO數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行一系列的脈沖成形濾波、內(nèi)插、抽取就會得到初始的測量信號，然后還需要對測量信號進行幅度、相位和頻率、時間的修正，以得到修正測量信號，然后對測量信號進行解擾、解擴、解調(diào)、再調(diào)制、再擴頻、再加擾，經(jīng)過成形濾波器就得到了參考信號，最后通過修正測量信號和參考信號的比較計算就得到了信道內(nèi)測量的各個指標(biāo)。

對于發(fā)射機，在發(fā)射機測試指標(biāo)里主要包括如下測試項目：

●發(fā)射機信號輸出功率

發(fā)射機發(fā)射功率應(yīng)不干擾其他設(shè)備和系統(tǒng)，因此Zigbee的輸出功率一定要滿足指標(biāo)要求。不同地區(qū)的最大發(fā)射功率在相應(yīng)的頻段上是不同的，

在中國最大發(fā)射功率10mW(EIRP)。

●頻譜發(fā)射模板對于無線數(shù)據(jù)通信Zigbee來說，發(fā)射機的頻譜發(fā)射模板及雜散發(fā)射特性直接影響其對現(xiàn)存的無線電業(yè)務(wù)造成干擾。發(fā)射機頻譜功率應(yīng)低于規(guī)定的限值，在我國頻譜功率模板限值如下圖所示。對于相對限值和絕對限值，平均功率譜均值的測量均采用100kHz 的分辨率帶寬。對于相對限值參考功率為中心頻率fc±600kHz最高的平均功率譜密度。

下表是最大發(fā)射功率狀態(tài)發(fā)射雜散

●中心頻率容限發(fā)射中心頻率容忍度應(yīng)在頻率最大值的±40ppm范圍內(nèi)。

●誤差矢量幅度(EVM)EVM指的是誤差向量(包括幅度和相位的失量)，表征在一個給定時刻理想無誤差基準(zhǔn)信號(物理層規(guī)范參考信號)與實際發(fā)射信號的向量差。從EVM參數(shù)中，我們可以了解到一個輸出信號的幅度誤差和相位誤差。

上圖誤差矢量計算EVM是衡量一個 RF 系統(tǒng)總體調(diào)制質(zhì)量的指標(biāo)，定義為信號星座圖上測量信號與理想信號之間的誤差，用來表示發(fā)射器的調(diào)制精度，調(diào)制解調(diào)器、PA、混頻器、收發(fā)器等對它都會有影響。

發(fā)射機調(diào)制的準(zhǔn)確度決定于EVM 的測量。當(dāng)測量1000 碼片時發(fā)射機的EVM應(yīng)小于35%。

接收到的實際發(fā)送信號應(yīng)在接收系統(tǒng)恢復(fù)后的基帶IQ碼片上測量。

>>>發(fā)射機測試方法舉例說明

如下是東勝物聯(lián)的DSGW-520智能家居屏幕網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的Zigbee性能測試介紹；
Zigbee芯片：EFR32MG21A020F768IM32-B

Zigbee性能參數(shù)：

測試方法：

1）LITEPOINT IQxstream-5G無線綜測儀通過ipex轉(zhuǎn)SMA線連接網(wǎng)關(guān)Zigbee模組

2）網(wǎng)關(guān)上電進入系統(tǒng)，發(fā)射調(diào)制波指令，測試11、18、26低中高三個信道

3）無線綜測儀界面查看發(fā)射功率、頻偏、EVM參數(shù)并觀察其值是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)

測試結(jié)果：

測試截圖：

>>>接收機測試

接收機測試原理：接收機測試目的是為了評估無線數(shù)據(jù)通信接收部分整體性能是否符合設(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(biāo)準(zhǔn)信號源產(chǎn)生射頻測試信號，饋入接收機，然后對輸出碼流進行測試以對接收機性能進行評估。

在接收機測試指標(biāo)里主要包括如下測試項目：

● 接收機靈敏度

接收機靈敏度是指滿足一定的接收包錯誤率的情況下，接收機的最小輸入功率。在滿足下表條件下設(shè)備具有達到-85dBm或更好的靈敏度。

接收機測試方法舉例說明
如下是一款DSGW-520產(chǎn)品的Zigbee性能測試介紹；

Zigbee芯片：EFR32MG21A020F768IM32-BZigbee

性能參數(shù)：

測試方法：

1）LITEPOINT IQxstream-5G無線綜測儀通過ipex轉(zhuǎn)SMA線連接網(wǎng)關(guān)Zigbee模組

2）網(wǎng)關(guān)上電進入系統(tǒng)，調(diào)整Zigbee模組進入接收模式

3）無線綜測儀界面加載發(fā)射波形文件，分別設(shè)置11、18、26低中高三信道，發(fā)送波形數(shù)據(jù)，查看網(wǎng)關(guān)接收到的波形數(shù)據(jù)數(shù)量，統(tǒng)計成功率

測試結(jié)果：

02 Zigbee網(wǎng)關(guān)通信距離測試（實際使用測試參數(shù)）

以下說明Zigbee網(wǎng)關(guān)通信距離測試示例，以東勝物聯(lián)DSGW-210邊緣計算網(wǎng)關(guān)（支持ZigBee）為例講解

測試原理：在空曠的室外連接產(chǎn)品和網(wǎng)關(guān)后，不斷拉遠距離，然后通過數(shù)據(jù)上報成功率評估最遠通信距離

網(wǎng)關(guān)擺放要求：被測網(wǎng)關(guān)擺放位置為如下4個方向，被測設(shè)備放置在約1.5米高度的支架上方，每個方向都需要對比測試數(shù)據(jù)

子設(shè)備擺放位置：下圖以門磁傳感器為例進行介紹。

>>>最遠通信距離測試方法

1）產(chǎn)品上電后，按照產(chǎn)品擺放要求方向擺放產(chǎn)品，并保持離地大約 1.5 米的距離。

2）使用測試 App 添加 Zigbee 網(wǎng)關(guān)后，通過Zigbee網(wǎng)關(guān)成功對子設(shè)備進行配網(wǎng)。

3）慢速拉遠產(chǎn)品和網(wǎng)關(guān)的距離，查看數(shù)據(jù)變化。

4）在移動時，產(chǎn)品和網(wǎng)關(guān)通信會受一定程度的影響，需要持續(xù)觀察手機 App 對產(chǎn)品的控制情況。

>>>判斷最遠通信距離的方法

當(dāng)App控制產(chǎn)品卡頓或者不可控制產(chǎn)品，停留觀察。如果2分鐘恢復(fù)App控制，繼續(xù)拉遠距離。如果超過 2分鐘 App 不能控制產(chǎn)品，則認(rèn)為該位置為最遠通信距離。

切換產(chǎn)品擺放方向，重復(fù)上述測試最遠通信距離。

03 Zigbee網(wǎng)關(guān)穩(wěn)定性測試方法

環(huán)境搭建（1）模擬用戶環(huán)境，可在家居實驗室執(zhí)行；（2）網(wǎng)關(guān)掛載最大數(shù)量128個Zigbee子設(shè)備，網(wǎng)關(guān)穩(wěn)定運行7*24H。

測試步驟

（1）掛載規(guī)格所標(biāo)稱最大數(shù)量Zigbee子設(shè)備，長時間掛測 7天*24H；

（2）場景模式：

模式1 低頻單控：按sku選1個，每1分鐘控1個設(shè)備（全功能，需列出），連續(xù)控10次，遍歷所有sku。不同輪次，選不同臺設(shè)備。9個sku，費時約90分鐘。

模式2 低頻多控：全量設(shè)備控制，每1分鐘控ON/再1分鐘控OFF，連續(xù)控10輪（ON+OFF），費時約20分鐘。多設(shè)幾個群組，調(diào)燈光（需列出）。

模式3 高頻單控：每次控制單個設(shè)備，控制完一個指令后（暫定10秒超時），立即控制下一個指令，按sku選1個。不同輪次，選不同臺設(shè)備。（全功能，需列出）.

模式4 高頻多控：每3秒發(fā)一次群組（全量設(shè)備ON/OFF）指令，連續(xù)發(fā)11次，讀最后一次的狀態(tài)，記錄是否成功。多設(shè)幾個群組，調(diào)燈光（需列出）。（3）以上4個場景模式循環(huán)1次為1組，不斷循環(huán)。（4）大數(shù)據(jù)量測試關(guān)注網(wǎng)關(guān)穩(wěn)定性、子設(shè)備在線率、控制響應(yīng)時延、執(zhí)行成功率等指標(biāo)。

測試標(biāo)準(zhǔn)

在線率、場景執(zhí)行成功率通過iottest平臺監(jiān)控，監(jiān)控環(huán)境為線上生產(chǎn)環(huán)境，監(jiān)控時間7天，達成標(biāo)準(zhǔn)：在線率99%、場景執(zhí)行成功率達99%；設(shè)備控制成功率達99%、控制平均耗時<3s。

測試結(jié)果

自動化測試工具測試界面

測試結(jié)果：

測試報告匯總

射頻實驗室性能測試報告

用戶使用通信距離測試報告

功能及穩(wěn)定性測試報告

本文以東勝物聯(lián)Zigbee智能家居網(wǎng)關(guān)為例講解了一系列測試說明及用例，包括靈敏度測試、持續(xù)運行測試以及開關(guān)操作測試。相信讀完本文，各位工程師對于Zigbee網(wǎng)關(guān)相關(guān)測試及性能有了更深入的了解。
東勝物聯(lián)作為領(lǐng)先的智能設(shè)備解決方案供應(yīng)商，提供一系列高性能的Zigbee網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，采取了嚴(yán)格的測試程序，以驗證和保證設(shè)備的功能性、穩(wěn)定性和高性能表現(xiàn)。這些產(chǎn)品不僅支持廣泛的自動化應(yīng)用，也保證了高可靠性和擴展性。

無論是智能家居、醫(yī)療設(shè)備監(jiān)控還是零售門店智能化升級等等，東勝物聯(lián)Zigbee網(wǎng)關(guān)都能提供無縫可靠連接，確保智能設(shè)備間的高效通信。

東勝物聯(lián)智能可編程Zigbee網(wǎng)關(guān)是為企業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者量身定制的硬件解決方案，通過提供成熟且完整的硬件平臺，客戶能夠輕松移植或自主開發(fā)應(yīng)用程序，或基于開源SDK進行底層固件修改與二次開發(fā)，簡化企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和解決方案開發(fā)過程中的復(fù)雜性，助力客戶以更高效的速度實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品落地。東勝ODM服務(wù)則允許客戶根據(jù)特定需求定制網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，無論是外觀設(shè)計還是功能配置，都能確保滿足您的項目需求。

歡迎隨時咨詢東勝物聯(lián)，我們將竭誠為您提供最專業(yè)的解答和服務(wù)，助力您的產(chǎn)品成功上市，共創(chuàng)美好未來。

關(guān)于東勝物聯(lián)

東勝（Dusun）成立于2005年，旗下有子公司杭州軟庫科技有限公司。東勝物聯(lián)以嵌入式軟硬件開發(fā)及物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)為核心，為客戶在物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)應(yīng)用結(jié)合過程中產(chǎn)生的“場景碎片化”問題，提供專業(yè)的一站式嵌入式物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品化解決方案。憑借快速的OEM/ODM能力、專業(yè)服務(wù)能力、完整解決方案能力使其在行業(yè)享有不錯的口碑。其中，快速OEM能力支持從logo、包裝、固件等更改，ODM能力則可以支持多類型芯片平臺、多操作系統(tǒng)、多標(biāo)準(zhǔn)功能模塊化，快速滿足客戶的多樣化需求，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，為客戶靈活定制各種物聯(lián)網(wǎng)嵌入式產(chǎn)品，實現(xiàn)從概念到成品的一站式服務(wù)。