克服 LoRa 器件射频测量挑战

[{"insert":"LoRa® — 支持物联网应用的远程无线技术 \nLoRa（远程）是一种无线技术，可以利用为 M2M 和物联网（IoT）应用设计的传感器和执行器，实现低数据速率远距离通信。LoRa 联盟™ 是由多家合作成员组成的一个开放性组织，它开发了一种低功耗广域（LPWA）网络协议规范LoRaWANTM。该规范以 LoRa 技术为基础，使用免许可的 GHz 以下频段进行通信。本应用指南介绍了 LoRa 器件射频测量中的一些关键挑战，并指导用户如何利用是德科技的测试解决方案克服这些挑战。 \nLoRa 技术提供了两种可选的调制方案：GFSK（高斯频移键控）和 LoRa 调制。Semtech 公司开发的 LoRa 调制方案是一种线性调频扩频（CSS）技术，通过处理增益来提高接收机灵敏度。LoRa CSS 系统的数据速率由多种因素决定，包括扩频因子、带宽和信道编码率，其典型带宽为 125 KHz、250 KHz 或 500 KHz。LoRa 测试解决方案必须支持上述参数，这对于验证器件性能非常重要。\n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202302/fe5d3257608d71ea.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 1. 上行链路和下行链路的 LoRa 物理层帧结构"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"LoRa 帧包括起到同步作用的前导码、包含系统信息的标头 （ PHDR ） 、静荷以及循环冗余校验（CRC）位。尽管下行链路和上行链路的帧结构不同（如图 1 所示），但是它们使用了相同的技术，性能也相似。因此，我们仅将上行链路定义为测试模式。波形发生器需要遵循这种结构，对 LoRa 器件的性能进行全面测试。\n \n不断变化的发射机和接收机测试要求 \n生态系统中的厂商尚未开发出全套必需的 LoRa 器件测试。其中可能包括在研发阶段中对发射机进行的测试，通过测量器件升温所引起的频率漂移来表征器件特征。 \n最初的接收机测试要求侧重于灵敏度测试，即测量误包率（PER）。对于研发以及设计与验证测试，业界还在考虑增加其他测试要求，包括在加性高斯白噪声（AWGN）和减损条件下（例如由本振频率漂移或相邻信道和同信道干扰引起的频率误差）对接收机的性能进行验证。 \n最初的发射机测试要求侧重于测量与总功率、频谱和占用带宽（OBW）有关的常规功率和频谱。\n \n是德科技测试解决方案可以满足不断变化的 LoRa 测试要求 \n是德科技提供了全套解决方案以满足不断变化的 LoRa 测试要求，包括接收机测试中的信号生成，以及发射机测试中的信号分析。在研发和制造过程中，工程师可以在不同的硬件平台上使用相同的应用软件进行测试。 \n \n接收机测试中的信号生成 \nLoRa 接收机测试系统使用面向物联网的 N7610C Signal Studio 软件生成 LoRa 波形。波形被下载到是德科技信号发生器的任意波形存储器中。信号发生器通过回放该波形生成射频信号，随后将其馈送到接收机。取决于具体的测试场景，我们建议使用 Keysight N5182B MXG、N5172B EXG 和 N5166B CXG 信号发生器进行研发测试，使用 E6640A EXM 或 N9421A VXT 矢量收发信机进行制造测试。 \n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202302/36ed67db1afe4c9f.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 2. LoRa 测试接收机系统由 Signal Studio 软件和是德科技信号发生器组成"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"面向物联网的 N7610C Signal Studio 软件配有直观的图形用户界面，能够让用户轻松设置参数，并利用这些参数控制各种配置，从而灵活地生成 LoRa 波形。LoRa 信号配置的关键参数包括： \n• 扩频因子（SF） \n• 带宽 \n• 码率 \n• 前导码长度\n \nSignal Studio 软件可以与一台是德科技信号发生器配合使用，帮助用户向波形增添减损，用来仿真符号时间误差和频率误差。信号发生器生成实时加性高斯白噪声，用户可以将其添加到所需信号中创建指定信噪比（SNR）的信号，进而评测接收机的性能。\n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202302/3d26b9eea5dd92ae.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 3. 面向物联网的 Signal Studio 软件的参数设置图形用户界面"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"用户可以调整信号发生器发出的功率，进行接收机灵敏度测试。接收机通过校验 CRC 位来检测错误数据包，得到 PER 测量结果。 \n从性能的角度来看，是德科技建议使用单独的信号发生器进行相邻信道和同信道干扰测试。第二个信号发生器产生干扰信号，在射频电平上与第一个信号发生器产生的有用信号合并。合并后的信号被馈送到 LoRa 器件的接收机。在有用信号和干扰信号之间的功率电平差异特别大时，这个系统可以为用户带来极大的好处。\n \n如果您可以接受较低的性能，是德科技还支持一体化解决方案。在这种系统中，有用信号和干扰信号的波形会在基带处合并。当两个信号在基带处使用指定的频率和功率电平偏移进行合并时，您需要考虑频率和功率电平偏移。合并后的波形会下载到信号发生器并进行回放。为了创建干扰信号，Signal Studio 软件能够生成不同格式的波形，包括 LTE 和WiFi 及其他技术。\n \n用于发射机测试的信号分析仪 \nKeysight X 系列信号分析仪可以帮助用户进行 LoRa 发射机测试，满足广泛且不断变化的要求，包括常规功率测量以及诊断研发问题时所需要的更详细的信号特征分析。Keysight N9063EM0E 模拟解调测量应用软件（X-apps）可以提供调频解调功能，帮助用户成功解调 LoRa CSS 信号。 \n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202302/6abacefae12e4a48.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 4. LoRa 收发信机信号分析系统可以使用信号分析仪或 EXM 解调 LoRa CSS 信号"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202302/4e2aad62076ee043.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 5. 模拟解调测量应用软件（X-apps）的模式设置图形用户界面"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"下图显示了 Keysight 模拟解调测量应用软件中使用 125KHz LoRa 信号对发射机进行测量的结果。 \n它显示了射频、模拟频谱和已解调的 CSS 信号。未来还可能使用解调结果进行频率漂移分析。\n "},{"insert":{"image":"https://files.eteforum.com/article/202302/199dc7163ddeb755.png"}},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"图 6. 是德科技模拟解调测量应用软件显示的 125kHz LoRa 信号的测量结果"},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":" "},{"attributes":{"align":"center"},"insert":"\n"},{"insert":"如欲了解 FCC 预兼容测试的相关信息，请参阅 Semtech 的应用指南。其中提供的测量指南可以满足与一致性测试相关的要求。 \n \n总结 \n是德科技提供了全套解决方案以满足不断变化的 LoRa 测试要求，包括接收机测试中的信号生成，以及发射机测试中的信号分析。在研发和制造过程中，工程师可以在不同的硬件平台上使用相同的应用软件进行测试。面向物联网的 N7610C Signal Studio 软件能够让用户通过直观的图形用户界面轻松设置参数，并利用这些参数控制各种配置，从而灵活地生成 LoRa 波形。 \n是德科技通用信号分析仪平台为用户进行 LoRa 信号分析提供了所需的功能，能够满足广泛的性能要求。是德科技将继续与业界开展密切合作，开发更先进的分析工具，加快 LoRa 技术的研究和部署。\n——转自是德科技"},{"attributes":{"align":"right"},"insert":"\n"}]