1 前言
    ZigBee協(xié)議棧包括物理層協(xié)議(IEEE802.15.4)和上層軟件協(xié)議(ZigBee 2007以及其他的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）,。本文將從這兩方面來了解這些協(xié)議,，通過介紹如何捕獲及如何理解關(guān)鍵參數(shù)，深層次剖析ZigBee技術(shù),。有了這些本質(zhì)性的認(rèn)識,，對于分析解決無線產(chǎn)品應(yīng)用問題，會有很大的幫助,。
2 物理層分析
    ZigBee的物理層為IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定,，定義了ZigBee底層的調(diào)制編碼方式。這些規(guī)約大多是芯片設(shè)計(jì)者需要關(guān)心的,，對于應(yīng)用開發(fā)來說,，更關(guān)心的是衡量一個芯片、一個射頻系統(tǒng)性能的參數(shù),。在過去的文章中,，已介紹了輸出功率、接收靈敏度和鏈路預(yù)算等參數(shù),，這一講將更深入地介紹一個調(diào)制質(zhì)量的參數(shù)：EVM,。
    EVM指的是誤差向量（包括幅度和相位的矢量），表征在一個給定時刻理想無誤差基準(zhǔn)信號與實(shí)際發(fā)射信號的向量差,，如圖 1所示,。從EVM參數(shù)中，可以了解到一個輸出信號的幅度誤差及相位誤差,。

    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，它用來表示發(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,。EVM數(shù)據(jù)和眼圖如圖2所示,。

    了解完這個參數(shù)之后，再看看實(shí)際測試中是如何獲取EVM參數(shù)的,。
    ZigBee物理層的測試,，在產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和維護(hù)階段,，可以分別采用不同的儀器,。
    (1)產(chǎn)品研發(fā)階段
    要測量EVM參數(shù)，需要使用帶協(xié)議解析的頻譜儀,，最好是自帶相應(yīng)協(xié)議插件的儀器,，可以使用安捷倫PXA N9030A頻譜分析儀+8960B插件(選配了ZigBee分析插件)。這些儀器可以測試出ZigBee調(diào)制信號的星座圖,、實(shí)時數(shù)據(jù)和眼圖等信息,，在芯片級開發(fā)過程中，需要考量高頻電容電感以及濾波器等的單個及組合性能,，特別需要注意的是ZigBee信號的臨道抑制參數(shù),，利用PXA N9030A的高分辨率，可以查看點(diǎn)頻的帶外信號,，這些細(xì)節(jié)在更換射頻器件供應(yīng)商時,，需要仔細(xì)測量，一般數(shù)字電路抄板比較容易,，因?yàn)槠骷阅艿挠绊懖皇呛艽?，只要值和封裝對了就可以，但是射頻前端的設(shè)計(jì)上,，即使原樣的封裝、容值和感值,，供應(yīng)商不一樣,，射頻參數(shù)也是不一樣的，板材的選用也極大地影響著阻抗匹配,，因此復(fù)制和再開發(fā)都有較大難度,。合格的測試工具，加上有質(zhì)量保證的射頻器件供應(yīng)商資源,，方能真正具備RF設(shè)計(jì)能力,。安捷倫PXA N9030A頻譜分析儀如圖3所示。

    (2)批量生產(chǎn)階段
    在批量生產(chǎn)中,，不可能將實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)測試儀器搬到工廠,，因此，需要便攜小巧的測試設(shè)備,，這時可用羅德與斯瓦茨公司的熱功率探頭,，如NRP-Z22,，做一個2.4 GHz的輸出功率測試，保證能夠輸出公差允許的功率信號即可,，因?yàn)樵谏a(chǎn)中,，射頻器件的焊接不良、饋線連接頭的接觸不良,，都會造成輸出功率的下降甚至消失,。需要注意的是，探頭非常容易被靜電損壞,，必須要帶上防靜電手套進(jìn)行操作,，返修過程如需要經(jīng)過德國，則時間長,，經(jīng)費(fèi)也不便宜,，不是很嚴(yán)重的損壞倒是可以在深圳維修中心處理。NRP-Z22如圖4所示,。

    (3)應(yīng)用階段
    在現(xiàn)場出現(xiàn)問題時,，ZigBee節(jié)點(diǎn)已經(jīng)安裝到現(xiàn)場，不能逐一拆下來測試,，并且周圍的電磁環(huán)境也是沒辦法在單個節(jié)點(diǎn)上檢測到,，這時就需要手持式的頻譜儀進(jìn)行現(xiàn)場勘查了，例如安捷倫公司的N9912A手持式頻譜儀,。
    使用該頻譜儀,，可以完成無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期的現(xiàn)場勘查工作，檢測現(xiàn)場各個地點(diǎn)是否有異常電磁干擾,，對于ZigBee來說,，當(dāng)然是檢測是否有持續(xù)的WIFI信號干擾了。同時,，更為詳細(xì)的現(xiàn)場勘查,，還包括在定點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，預(yù)期覆蓋點(diǎn)進(jìn)行信號強(qiáng)度分析,，以實(shí)地評估墻體等障礙物的信號衰減,，在已經(jīng)架設(shè)好的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，也可以檢測信號覆蓋,，數(shù)據(jù)通信是否正常等,。N9912A如圖5所示。

    除了以上三種場合的測試外,，在調(diào)試時要用到的還包括具備信號錄制功能的信號源,，將接收到的ZigBee信號錄制下來，以不同的輸出功率進(jìn)行“播放”,，以測試模塊的接收靈敏度,，在必要的情況下,，還需要專業(yè)的誤碼率測試儀，進(jìn)行誤碼率測試,。
3 應(yīng)用層分析
    在具備合格的硬件基礎(chǔ)上,，應(yīng)用工程師往往更關(guān)心的是，我這些數(shù)據(jù)發(fā)出來了沒有,？信號強(qiáng)度是多少,？僅僅檢測到有數(shù)據(jù)發(fā)送，但是不知道是誰發(fā)給誰的也不行,，因此,，在應(yīng)用層的分析上，需要專門的ZigBee數(shù)據(jù)分析儀,，通過捕獲數(shù)據(jù)幀,，我們可以看到數(shù)據(jù)幀中的每一個域的值，當(dāng)然前提是數(shù)據(jù)沒有采用AES128加密方式加密,。周立功公司的ZigBee分析儀如圖6所示,。

    ZigBee分析軟件拆分出數(shù)據(jù)包，分析軟件會將數(shù)據(jù)包內(nèi)容完整地呈現(xiàn)于Frame結(jié)構(gòu)中,，會在MAC PACKET結(jié)構(gòu)中顯示幀類型,、源地址、目的地址,、序列號和數(shù)據(jù)幀內(nèi)容等,，這個功能在調(diào)試ZigBee路由協(xié)議棧或者在檢測路由信息時,，是非常必要的,。
    ZigBee Analyser是針對無線ZigBee模塊開發(fā)的數(shù)據(jù)包分析儀設(shè)備，主要用于幫助用戶捕獲ZigBee通信的數(shù)據(jù)包,，用于數(shù)據(jù)分析,，快速尋找ZigBee組網(wǎng)時出現(xiàn)的問題所在。
    Packet Analyzer是運(yùn)行在PC端,、配合ZigBee Analyser分析儀的軟件，由美國CEL公司開發(fā),，對分析儀提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,，圖形化顯示，并具有簡單的信道能量掃描功能,，如圖7所示,，分別是Packet Analyzer的幀列表界面、樹形幀結(jié)構(gòu)界面,，信道能量檢測界面和網(wǎng)絡(luò)地圖界面,。

    對于客戶應(yīng)用來說,，只需要配備一臺ZigBee分析儀就可以滿足實(shí)際需求了，信號強(qiáng)度的檢測可以通過發(fā)送模塊和射頻電纜直接輸出到分析儀的天線輸入,，可獲得精度為1 dbm的信號強(qiáng)度指示,。
4 結(jié)語
    本文介紹了ZigBee無線產(chǎn)品在原理、設(shè)計(jì),、生產(chǎn)和現(xiàn)場調(diào)試當(dāng)中應(yīng)用到的檢測技術(shù),，也從另外一個角度去了解了ZigBee技術(shù)。俗話說,，工欲善其事,，必先利其器，可以看到,，只要掌握了合適的測試設(shè)備和方法,，應(yīng)用ZigBee技術(shù)并不是非常困難的事情。
    周立功公司應(yīng)用文中提到的設(shè)備和產(chǎn)品,，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn),，將盡心竭力地為客戶提供極具競爭力的精品產(chǎn)品，同時也致力于ZigBee技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展,，為推動短距離無線通信技術(shù)在市場中的應(yīng)用做出自己微薄的貢獻(xiàn),。