FPS应用（一）：物联网测试解决方案

发布时间：2018-01-31 08:41:21

　　1、FPS简介

　　FPS系列信号与频谱分析仪拥有160MHz分析带宽，支持多种模拟和无线通信信号分析，同时FPS的测试速度与同级别频谱分析仪相比，具有高达五倍的绝对优势，是实验室测试、教学应用、产线测试的理想选择。

　　主要参数：

　　• 频率范围：10Hz~4GHz/7GHz/13.6GHz/30GHz/40GHz

　　• 分析带宽：28MHz，通过选件可升级至40MHz，160MHz

　　• 测试功能：支持各种移动通信制式信号分析，包括GSM/EDGE、WCDMA、LTE、WLAN等；支持通用矢量信号分析功能、脉冲信号分析功能；支持物联网系列标准测试；支持最新的5G信号分析等

　　• 测试精度：7GHz以下的测试不确定度只有0.4dB

　　• 高灵敏度：在1GHz的平均噪声电平只有-155dBm（不加预放）

　　2、物联网测试解决方案

　　物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要阶段。目前物联网技术应用越来越广泛，智能家居、共享单车等等都在改变我们的生活。针对物联网系统中常用的蓝牙、Zigbee、NB-IoT以及传统的移通信标准信号，罗德与施瓦茨公司的FPS系列频谱分析仪，可以从发射机频域、信号调制域等方面进行测试分析，为客户提供完整的测试解决方案。

　　2.1 蓝牙、Zigbee信号分析

　　短距离无线通信的蓝牙和Zigbee技术广发应用于物联网系统中，典型的蓝牙耳机、车载蓝牙、智能家居等应用都使用这两种技术。蓝牙技术的波段为2400–2483.5MHz（包括防护频带），这是全球范围内无需取得执照（但并非无管制的）的工业、科学和医疗用（ISM）波段的2.4 GHz 短距离无线电频段。蓝牙使用跳频技术，将传输的数据分割成数据包，通过79个指定的蓝牙频道分别传输数据包，每个频道的频宽为1 MHz。不同版本的蓝牙标准采用不同的调制方式包括FSK、DPSK等。

　　ZigBee 技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术，ZigBee 名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag 形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，以此作为新一代无线通讯技术的名称。采用ZigBee 技术的产品可以在2.4GHz频段上提供250kbit/s（16 个信道，每个信道5MHz带宽）、在915MHz 频段上提供40kbit/s（10 个信道，每个信道2MHz带宽）和在868MHz 频段上提供20kbit/s（1 个信道，0.6MHz带宽）的传输速率。Zigbee技术在不同的频段上采用不同的码片速率和调制方式，在中国应用最为广泛的是2.4GHz频段的Zigbee技术，主要采用2M的码片速率， OQPSK的调制方式。调制信号质量对于物联网设备来说至关重要，优异的调制信号质量是保证设备正常工作的基础。在测试中，一般使用EVM（矢量误差幅度）来衡量调制信号的质量。罗德与施瓦茨公司的FPS系列频谱分析仪，通过加载FPS-K70选件（通用矢量信号分析，内置Zigbee，蓝牙等标准），可以对蓝牙、Zigbee信号的调制质量进行分析，除了EVM外，还可以显示频率误差、相位误差、DC Offset等多种调制质量参数。下图为测试结果参考图：

　　2.2 NB-IoT信号分析

　　窄带物联网（NB-IoT）技术基于蜂窝移动通信网络，占用180KHz带宽，可直接部署与GSM网络、UMTS网络以及LTE网络中，可以降低成本，平滑升级。NB-IoT是物联网领域的新兴技术，目前以广泛应用，比如共享单车、远程抄表等业务。NB-IoT上下行技术稍有不同，下行信号基于OFDMA技术，上行采用单载波技术，同时又根据部署方式不同分为Stand Alone、In-Band和Guard-Band模式。基于FPS-K106（NB-IoT下行信号分析选件）可以对NB-IoT的下行信号，以及三种不同模式进行分析测试，测试结果包括功率、频谱模板、邻道泄露比以及调制质量参数。

　　2.3 2G/3G/4G信号分析

　　移动通信技术起源于20世纪80年代，从第一代移动通信技术开始，到目前广泛应用的第四代移动通信技术（4G），已经给人类的生活带来了天翻地覆的变化。目前很多物联网设备也采用标准的移动通信技术作为数据传输和控制方式，比如车联网、工业控制领域等。罗德与施瓦茨公司的频谱分析仪一直以来都是通信设备厂商（如中兴、华为）和运营商（中国移动）进行移动通信设备测试的首选产品，FPS系列频谱分析仪同样通过加载选件的方式，可以支持GSM、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、FDD-LTE、TDD-LTE等标准的移动通信信号解调和分析，可以测试信号的EVM、频率误差等参数，典型测试结果如下图所示：

　　2.4 发射机时域频域测试

　　对于物理网设备的发射机来讲，除了上面介绍的不同技术标准的调制信号质量需要测试外，还需要关注该发射机在时域、频域上面的特性。时域上，尤其是对于时域不连续信号，比如Zigbee，需要在时域上观察其周期、功率等特性，频谱分析仪FPS只要在SPAN设置为零时，即可工作在时域模式，可以对信号的时域进行分析和观测。频域上，常见的发射机测试项目包括输出功率、频谱发射模板、邻道功率泄露比（ACLR）、杂散辐射等指标，以确保发射机在外场部署时，不会给其他设备带来干扰，保证其发射指标的可靠性和安全性。罗德与施瓦茨公司的FPS频谱分析仪，不需要通过任何选件即可支持发射机频域上面的测试项目，下图以ACLR测试结果为例：