Agilent N4010Aliterature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5989-4746JAJP.pdf5...

Agilent N4010A無線コネクティビティ・テスト・セットによるIEEE 802.15.4/ZigBeeの測定

Application Note 1572

目次

はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2ZigBeeアライアンス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

物理層テスト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3テスト上の問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5まとめ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

N4010A無線コネクティビティ・テスト・セットの概要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7N4010A無線コネクティビティ・テスト・セットと89601A VSAソフトウェアの組合わせ . . . . . 7その他のAgilentソリューション . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

PHYテスト・ガイド . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9送信機のテスト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10受信機のテスト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16802.15.4仕様に準拠したN4010Aトランシーバのテスト. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19受信機のテスト機能の拡張 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

N4010Aの自動測定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21自動送信機テスト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21自動受信機テスト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

測定結果のトレーサビリティ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

まとめ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

参考資料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

付録A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2889601Aプログラミング擬似コード . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

要約

ZigBee機器の開発には、物理（PHY）RF層を総合的にテストすることが不可欠です。このアプリケーション・ノートでは、IEEE 802.15.4規格書に明記されているテスト要件について説明します。また、Agilent N4010A無線コネ

クティビティ・テスト・セットを使用したテスト手順も紹介します。特に開発エンジニアが直面するテスト上の重要な課題として、自動測定の必要性が挙げられます。本書は、体系的な自動テストを推進し、最終的に開発期間の短縮を目的としています。

ZigBeeTMは、パーソナル・エリア・ネットワークの分野で開発が進められている新しい規格で、無線ネットワーク・アプリケーション用の低コスト／低パワー無線機の提供を目的としたテクノロジーです。このテクノロジーの主な対象分野としては、家電機器の制御や屋外向けの監視装置、ビル設備／工業用センサがあります。多くの場合、照明、セキュリティなどの分野にフォーカスされていますが、潜在的なアプリケーションは、ニーズに応じて非常に数多くあります。こうしたアプリケーションは、新しい低パワー無線テクノロジーを活用する傾向にあります。デジタル回路設計の進歩に加えて、電気機械的回路のサイズの縮小、メッシュ・ネットワークの実現に対する関心の高まりから、センサ・ネットワークは日常生活に広く普及してきています。

一般的にコストの削減は、データ・レートやサービス品質を抑えることで実現されていますが、ZigBeeではメッシュ・ネットワーク機能により、ハイレベルのネットワーク信頼性も得ることができます。これは多くの場合、「自己修復」と呼ばれています。特定のデバイスを使用できない場合は、別のルートが使用されます。この原理によって、センシング／制御アプリケーション用の信頼性のあるセキュアな構造が実現します。

はじめに

2

ZigBeeデバイスは、868/915 MHzの周波数バンドと2.4 GHzのワールドワイドの ISMバンドを使用しており、接続／情報交換／切断後に即座にスリープ状態に戻るため、電源を節約できます。またZigBeeはBluetooth®テクノロジーと違って、例えば、周波数ホッピングを使用することはなく、レンジの拡大により、小さなパケットをより大規模なネットワークを経由して渡すことができます。無線機は超低デューティ・サイクルで動作するため、センサ／モニタ・アプリケーションを安価なバッテリで何年間にもわたって実行できますが、Bluetoothなどの他のテクノロジーでは、主電源または定期的なバッテリの交換が必要です。ZigBeeデバイスをメッシュ・ネットワーキングで使用することには利点もありますが、上位レベルのプロトコル・スタックが複雑になるため、大きな関心の的となっています。

これに加えて、ZigBeeは開発されてから比較的間もないことから、RFテストの実用性が十分に認識されていなかったり、まったく議論されていないことがよくあります。これは、何のテストが必要か、そのテスト方法、802.15.4/ZigBeeテスト用のR F測定システムとしては何があるか、これらの質問がテストに対する要求が異なる製品のライフサイクルの各段階にどのように関連しているかに関係しています。このアプリケーション・ノートでは、802.15.4/ZigBee規格の将来を決定する重要な要素として、物理層を念頭に置いています。

ZigBeeTMアライアンス

ZigBeeアライアンスでは、相互運用性テスト、証明テスト、規格の作成を行ない、IEEE 802.15.4で定義されているメディア・アクセス制御（MAC）と物理（PHY）層をもとに、ネットワーク層以上の階層を定義しています。 Bluetooth WorldやBluetooth SIGと同様に、ZigBeeアライアンスはテクノロジーの普及／推進に積極的に取り組み、ディベロッパ、プロモータ、メンバの利益を支援しています。現在、AgilentTechnologiesを含め、数百のZigBeeアライアンス・メンバーで構成されています。

物理層テスト

3

PHY層のテストでは、IEEE 802.15.4仕様［1］を熟知している必要があります。この仕様では、エネルギー検出（ED）、リンク品質表示（LQI）、チャネル選択、クリア・チャネル・アセスメント（CCA）、パケットの送受信などの主要要件を定義しています。

図2は、PHY層とMAC層を示しています。PHY層には、プリアンブル、フレーム・デリミタの開始、フレーム長フィールドがあります。

2.4 GHzでは、ZigBee無線機は、2 Mc/s（62.5 ks/s*32）ダイレクト・シーケンス・スペクトラム拡散（DSSS）方式を使用します。また、各シンボルは32チップ・シーケンスにマッピングされます。このため、チップ・レートはシンボル・レートの32倍になります。

2.4 GHzでは、ZigBeeはオフセットQPSK（O-QPSK）変調方式を使用します。コンスタレーションが方形から円形に変化し、理想ステート円がI/Q軸に移動するように、ハーフサイン・フィルタが使用されます。これにより、O-QPSK信号が一定のエンベロープ信号に変わります。こうなると、O-QPSKはMSKに似ています。

アプリケーション

アプリケーション・プロファイル

アプリケーション・フレームワーク

ネットワーク／セキュリティ層

MAC層

PHY層

ZigBeeまたはOEM

ZigBeeアライアンスの定義IEEE 802.15.4

オクテット

MACサブレイヤ

オクテット

PHY層プリアンブル・シーケンス

フレーム・デリミタの開始

フレーム長

フレーム制御

データ・シーケンス番号

アドレス情報

データ・ペイロード FCS

4 1

2 1 4～20 n 2

1 5＋（4～20）＋n

図1. MAC/PHY層

図2. MAC/PHY層

sin (π t ) ,0 ≤ t ≤ 2Tc2Tc 0, otherwisep(t)=

where Tc is the offset of the I-phase and Q-phase chip modulation.ここで、TCはI/Q位相チップ変調のオフセットです。

4

物理層テスト（続き）

ZigBee送信機によって作成された89601Aベクトル・シグナル・アナライザのトレース・データからは（図3）、各シンボルは2ビットで、2つのストリームが1/2シンボル（1チップ）だけオフセットしていることがわかります。また、IとQは同時に発生しないこともわかります。

コンスタレーション・ダイアグラムでは、最大で180度変動するQPSKと違って、90度以下のO-QPSKのエンベロープ変調が確認できます。

O-QPSK変調では、より電力効率が高く、直線性の低いRF増幅器を使用することができます。実際に、これ

によって、電力効率が向上し、集積回路のコストが削減できます。

ZigBeeのハードウェア・アーキテクチャは、性能、シリコン・コスト、消費電力のトレードオフとなっています。低コストと高コストのチップの間には違いがあり、エンド・アプリケーションによって大きく性能レベルが異なることがあり、市場の成長に伴って、さまざまなソリューションが考えられます。ハードウェアのデザイナにとっては、設計の際に、こうした要因が明らかになっていなければなりません。

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 5189601AのI/Qデータ・ストリーム

時間

ボルト

図3. ハーフ・サイン・パルス整形後のO-QPSKのI/Qデータ

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テスト上の問題

PHY層のテストおよび測定は、最終製品に向けた開発のさまざまな分野において極めて重要です。そのため、このアプリケーション・ノートでは、ZigBeeに関連する各企業についても言及しています。

ZigBeeが産業用制御、モニタリング、ホーム・オートメーションなどの分野で、低コストで信頼性の高いアプリケーションを提供するという目標を達成するためには、PHY層の総合的なテストが不可欠です。開発サイクルのできるだけ早期にテスト／測定要件を認識することにより、時間とコストの両方を節約できます。最終的なハードウェアの実装までには、多くの手順があります。

1. チップ･デザインZigBeeチップ・メーカは、次世代のシステム・オン・チップ（SoC）ソリューションをデザインしています。これらのメーカは、以下のことを保証する必要があります。

● 仕様への適合

● 自動化によるデバイスの効率的な特性評価

● プロセスのモニタリングによる厳しい許容範囲

● 品質

● 相互運用性

● 正確なデータシート情報

● 顧客へのツールの提供

大手のチップセット・メーカは、独自の基準デザインを作成しています。これらのメーカは、自社のデザインを業界に普及させるためには、チップセットを正確に評価して、仕様を

定義する必要があります。これは、品質管理の最適化、調査の自動化プロセスでもあります。電子計測の専門知識を含め、十分なツールを顧客に提供することも極めて重要です。N4010Aワンボックス・テスタや89601Aベクトル・シグナル・アナライザ（VSA）などのテスト・ソリューションを用いれば、テストの専門知識やカスタム開発のテスト・コードを簡単に共有できます。例えば、VSAのテスト・セットアップ／チップセット情報の共有により、期待される伝送結果が明らかになります。任意波形を採用すれば、チップセットのユーザはゴールデン無線機を使って受信機をテストする必要はありません。このため、比較が容易になり、より迅速な問題の解決が可能になるだけでなく、Bluetoothや無線LANなどの他の無線技術に同じ方法を用いることができます。

6


2. カスタム・デザインもう1つの方法として、チップセットをカスタマイズすることが考えられます。この分野では、デザインの向上を図るために電子計測の専門知識が必要とされます。

3. モジュール・デザインモジュールのデザイナは、インテグレータの役割を果たすため、デザインを変更し、RFモジュールを作成する機会があります。例えば、コンポーネントへの電源供給を不要にすることにより、ソリューションに価値を付加することができます。さらに事前認定を行い、RFテストをほとんど不要にすることもできます。

しかし、ZigBee関連の多くの企業は初めてRF帯域の技術を導入しようとしていることは明らかです。このような場合に、無線通信に関するAgilentの専門知識を利用すれば、物理層テストの負担もかなり軽減されます。たとえば、ワンボックス・テスタを使用すれば、複雑なテストもより簡単に行なえます。

まとめ

これらすべての場合において、自動化が可能です。ライフサイクルを通してトレーサブルな結果を提供し、幅広い要求やビジネスに対応できる機器を使用して、短時間で開発を行う必要があります。A g i l e n tのN4010A無線コネクティビティ・テスト・セットは、多くのZigBeeディベロッパが直面しているさまざまなRF問題に対処できるワンボックス・テスタです。

どの手法を取ろうと、テスト／測定に対する要求の重要性は同じです。さらに、開発サイクル全体を通して、例えば、選択したソフトウェア環境における自動テストへの移行など、将来のテスト・ニーズを考慮する価値はあります。

Agilentには、無線製品に対する豊富な経験と知識があり、お客様のデザインが仕様に適合していることや正常に動作していることを確認するためのソリューションを提供しています。

チップ・メーカと同様に、開発や製造でのテストや評価の自動化は不可欠です。特に、ビジネスが拡大している状況やコスト削減を強く要求されているときには、製造での自動化は不可欠です。

4. 最終製品RFモジュールの完成後に、敷設のために、さらにテストや測定が必要な場合もあります。例えば、モジュールを最終製品に組み込み、アンテナを調整して、最終デバイスのパワーをモニタする必要があるかもしれません。

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N4010A無線コネクティビティ・テスト・セットの概要

N4010Aテスト・セットは、新たな通信を対象とした業界標準器で、研究開発から製造環境に至るまでトレーサブルな測定を提供することを目的として開発されました。このテスト・セットは、個々のスペクトラム・アナライザ、パワー・メータ、パワー・センサ、ゴールデン無線機、その他のテスト・システム・コンポーネントに代わるソリューションです。ワンボックス・テスト・セットにより、測定が高速化され、スループットが向上します。

オプション102/103搭載のN4010Aは、広帯域シグナル・アナライザとベクトル信号発生器を一体化して、1つのテスト・コンポーネントとしての製品です。広帯域（40 MHzデジタイザ）シグナル・アナライザは、送信機測定用にZigBee信号を捕捉し、エラー・ベクトル振幅（EVM）などの測定が行えます。内蔵のベクトル信号発生器は、受信機測定用にZigBee信号をエミュレートでき、ゴールデン無線機は不要です。オプション104を搭載すれば、任意の新しいファイルをN4010Aにダウンロード／暗号化して、さらに活用することができます。この機能については、「受信機の

テスト」で詳細に説明します。柔軟性の高いマルチフォーマットN 4 0 1 0 A テスト・セットは、Bluetooth/WLANフォーマットにも対応でき、テスト機器の維持コストの削減にも役立ちます。

N4010A無線コネクティビティ・テスト・セットと89601A VSAソフトウェアの組合わせ

このアプリケーション・ノートでは、ZigBeeの測定はすべて、N4010Aと89601Aベクトル・シグナル・アナライザ・ソフトウェアを組合わせて使用しています。N4010Aメジャリング・レシーバは、デジタイザの役割を果たし、89601Aに、GPIB、LAN、USBでデータを送ります。この測定には、N4010Aオプション110と89601Aオプション300のI/Oインタフェースが必要です。

89601A VSAソフトウェアは、デジタル変調された信号のRF／変調品質を測定することを目的として設計されたPCベースのソフトウェアです。復調器、フィルタ、ディスプレイ、解析ツールが豊富に揃っているので、

研究開発での変調信号の評価／トラブルシューティングに最適です。ZigBee用として、このソフトウェアには3つの各周波数バンド用の復調プリセットも含まれています。また、このソフトウェアを使用すれば、COM API、Active Xプログラミングを使った測定も可能です。

89601AオプションAYAは、868、915、2450 MHz帯でのZigBee測定に必要な解析ツールを提供します。これには、3つのバンドすべての標準プリセットと、2450 MHz帯用のハーフサイン・フィルタが含まれます。

8

N4010A無線コネクティビティ・テスト・セットの概要（続き）

他のAgilentソリューション

ESAスペクトラム・アナライザは、柔軟性の高いマスク・テストが可能です。また、89601Aを使ってその機能を拡張することも可能です。PSAシリーズ・スペクトラム・アナライザも柔軟なマスク・テストも可能ですが、復調オプション（オプション241）を用いれば、EVM／オフセット

EVM／アイ／コンスタレーション・ダイアグラムを含め、ZigBee信号のデジタル変調解析が可能です。信号の作成については、ESGシリーズ・ベクトル信号発生器で I E E E802.15.4/ZigBee信号のリアルタイムでの波形作成が可能です。

89600シリーズ PSA、ESA-E E4438C ESG N4010A無線 Pシリーズ、RFテストベクトル･シグナル・シリーズ・スペクトベクトルコネクティビティ・ EPM-Pシリーズ・（IEEE 802.15.4規格［1］）ソフトウェア1 ラム・アナライザ信号発生器テスト・セットパワー・メータ

送信機のテスト出力パワー（6.7.5） ■ ■ ■ ■パワーの立ち上がり／立ち下がり ■ ■ ■ ■スペクトラムPSDマスク（6.5.3.1） ■7 ■ ■伝送スプリアス（6.1.5） ■中心周波数許容値（6.7.4） ■ ■ ■シンボル周波数許容値 ■ ■ ■コンスタレーション誤差 ■ ■ ■エラー・ベクトル振幅（6.7.3） ■ ■3 ■3

受信機のテスト感度（6.5.3.3） ■5 ■5

最大入力レベル（6.7.6） ■5 ■5

妨害抵抗（6.5.3.4） ■2 ■2

エネルギー検出6（6.7.7） ■5 ■5

リンク品質表示6（6.7.8） ■5 ■5

トランシーバのテストバンド外スプリアス・エミッション ■Tx-Rx/Rx-Txターンアラウンド4 ■ ■ ■（6.7.1、6.7.2）

1. このソフトウェアは、ESA-E/PSAシリーズ・スペクトラム・アナライザ、N4010A無線コネクティビティ・テスト・セット、VXI、オシロスコープ、ロジック・アナライザを含む、さまざまなデジタイザで使用できます。

2. ZigBee信号波形ファイルを出力する別の信号源（N4010AやE4438など）が必要です。当該ファイルは、ユーザがデザインすることも（例：MATLAB）、実際のDUTからIQデータを取り込んで作成することも可能です（例：N4010Aと89600シリーズVSAソフトウェアを使用して、信号を表示／捕捉し、レコードを保存し、再生用にN4010Aにダウンロードします）。

3. ESA-EまたはN4010Aを使用した復調測定には、89600シリーズVSAソフトウェアを使用する必要があります。PSAに必要なのはオプション241だけです。4. このテストでは、特定のテスト・モードが必要な場合があります。54800シリーズInfiniiumなどのオプションが場合によっては必要です。5. ユーザ・デザインの波形ファイル、または実際のDUTからIQデータを取り込んで作成したファイルが必要です。E4438Cを使用して、ベースバンド信号からリアルタイム信号を作成することもできます。

6. 必要なテスト・モードが使用可能な場合は、リンク品質表示、エネルギー検出、クリア・チャネル・アセスメント・テストを実行することも可能です。7. DUTから完全なバーストを取り込みます。100 kHzガウシアン・フィルタとフリーラン・トリガ／連続ピーク・ホールドを使用して、仕様に明記されているように、スペクトラムの評価を行います。

表1. ZigBee RFテスト

9

PHYテスト・ガイド

テスト・プランを開始する前に、ZigBee被試験デバイス（DUT）の制御を理解することが重要です。テスト要件や専門知識のレベルによっては、メーカ提供のソフトウェアを使ってDUTと通信するだけで十分な場合もあります。ただし、非常に多くの場合、テストはもっと具体的です。例えば、アンテナを最適化できない場合、メモリ・レジスタを使用して、DUTを制御し、デバイス・ステートをエミュレートすることも必要です。Agilentは、テスト・エレメントを十分に理解するために、大手チップセット・メーカと連携してきました。

有効な測定を行うという点では、通常は、系統立った測定方法を用いるのが最適です。これは、すべてのテスト／測定に当てはまりますが、新しい通信テクノロジーや急速に進化するチップセット・リビジョンの場合は特にそうです。比較的よく定義されたシーケンスで測定すれば、セットアップ条件の影響が軽減されるため、DUTの状態を正しく評価できます。89601A VSAソフトウェアを

使用すれば、PCのインタフェースからさまざまな設定に簡単にアクセスできますが、複数の設定を同時に変更すると、それぞれの効果の把握が困難になるため、一度に1つの変数だけを変更することをお勧めします。例えば、89601A VSAソフトウェアを系統立てて使用すれば、スパンの使用方法、トリガ、バースト・パラメータを簡単に理解できます。そうすることで、より高度な知識が蓄えられ、多くの場合、解析の初期段階で問題を明らかにできます。

さらに、将来、保存されている設定を使って再現することができます。フルデジタル復調機能を直ちに使用する必要はありません。89601AVSAソフトウェアの復調機能は非常に高性能で、時間と周波数に対応し、セットアップや測定誤差を正しく評価できます。これによって、基本原理が適切であることが確認できます。その後、復調機能を使用してください。解析のこの段階では、エラー・ベクトル振幅（EVM）などの信号品質がをトリガなどの測定セットアップ

に基づいて解析します。最後に、より具体的な高度な測定に進むことも場合によっては必要です。これには、89601A VSAソフトウェアを使用した追加調査、外部機器やN4010Aを使用した追加調査も含まれます。最後の重要なステップは、主要測定を自動化された方法で再現することです。

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PHYテスト・ガイド（続き）

送信機のテスト

デモのために、以下の主要伝送測定を調査し、必要に応じて802.15.4仕様を参照します。

● 相対パワー・スペクトル密度

● 絶対パワー・スペクトル密度

● 最大伝送パワー

● 中心周波数許容値

● EVM

● オフセットEVM

DUTが適切な伝送モードにある場合は、89601A VSAソフトウェアの設定を伝送する特定のパケットに合わせて調整して解析できます。デバイスに適切にストレスを与えるには、パケット長をフルに活用するのが最適です。代表的なZigBeeデバイスの場合、802.15.4（チャネル11）の伝送テストには、以下のパラメータが最適です。

最大パケット長を実現するための89601Aの基本設定

レンジ 0 dBm

周波数 2.405 GHz

トリガ IFトリガ

トリガIFレベル 10 mV

トリガ・ホールド・オフ 20 ns

トリガ遅延－50μs

スパン 10 MHz

主時間長 5 ms

ポイント数 51201

表2.

デバイスから測定器への信号パワーを最適化するには、レンジ設定が必要です。適切に選択することにより、A/Dコンバータのダイナミック・レンジを低下させることなく、優れた感度が得られます。周波数は、選択した802.15.4チャネルで使用している周波数です。

トリガはデフォルトではフリーランに設定します。これは連続トリガで、アナライザはトリガ信号条件を一切待つことなく、できる限り迅速に入力を処理します。バーストを確認することはできますが、安定した信号が得られるのはIFトリガだけです。通常、時間トレース内のパワー･ランプ全体を表示するには、負のトリガ遅延を小さくします。スパン設定は、含める必要のあるサイド・ローブの数に応じて、信号の捕捉要件の幅を決定します。スパン設定は測定スピードにも影響を及ぼします。主時間長パラメータによって主時間レコードの長さが決定するので、バースト全体を示すように調整する必要があります。デフォルトではこれは、スパンと周波数ポイント数によって制限されます。場合によっては、主時間長の値を大きくして、周波数ポイント数を増やす必要があります。別の方法として、スパンを調整することもできます。

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各パラメータを適切に設定した後、ZigBeeスペクトラムを調べることができます。各ZigBeeチャネルは5 MHz間隔で分離され、メイン・ローブは約2 MHzを占有します。図4には、周波数と時間がダブル表示されている他、以前に定義した主時間長内に捕捉されたバーストが示されています。

設定を微調整することによって、数々の有用な情報が時間トレースと周波数トレースから得られます。例えば、設定を調整し、トリガ遅延を大きくすることによって、メインZigBeeスペクトラムの前の信号を表示できます。以下に示す図では、予期しない信号が2.405 GHzチャネ

図4. 89601A VSAのZigBeeスペクトラム／時間トレース表示図5. レコードとして捕捉されたデバイスのLOリーケージ

ルのスパン内に現われています。2.402 GHzで、LOリーケージがDUTから生じています。トリガ・レベルをリアルタイムで上げたため、メインZigBee信号が再び現われ始め（図4と類似）、メイン時間トレースに傾斜が見られました。

多くの場合、不規則な部分についてはさらなる調査が必要なので、ポスト・プロセッシング用に信号を捕捉できるようにする必要があります。プレイヤ制御を使用すると、スライド・バーが含まれている領域に、レコード長が表示されます。レコードの再生時には、スライドが左から右に移動して、レコードの相対位置が表示されます。

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図6の別のスペクトログラム表示からは、LOリーケージでトリガが発生していることが非常によくわかりますが、ZigBeeバーストがスパン全体で時々捕捉されていることもわかります。

プレイヤ制御を使用して時間を進めることによって、メインZigBeeローブによってビューから最終的に見えなくなる前のパワー・ランプが明らかになります。レコードを停止し、パラメータを調整することによって、10 MHzのスパン、約6 kHzのより狭い分解能帯域幅を使用した場合には、2ステップ「ランプ」が改善することがわかりました。

図7. 100 kHzの分解能帯域幅／レコード再生を使用して測定されたパワー・ランプ

図8. パワー・ランプ

図6. スペクトログラム表示

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次に、IEEE802.15.4の測定に進みます。

伝送相対パワー・スペクトル密度（PSD）マスク（セクション6.5.3.1［1］を参照）周波数fで伝送されるスペクトル成分は－20 dB未満でなければなりません。ここでの、基準レベルは、搬送波周波数（fc）の±1 MHz以内、|f－fC|＞3.5 MHzで、100 kHzの分解能帯域幅を使用して測定された最大平均スペクトル・パワーです。

リミット・ラインは、マスクに基づいて合否情報を提供します。隣接チャネル漏洩電力（ACP）ツールは、隣接チャネルで測定された電力と基準チャネルで測定された電力の比を提供します。これらの機能を組合わせれば、デバイスからのスペクトルに関する詳細な情報が得られます。バースト全体を記録したら、フリーラン・トリガ／連続ピーク・ホールドを使用してスペクトラムを評価する

ことができます。

図9の3つのライトグレーの陰影部分は、ACP測定ツールで指定された隣接チャネルを示します。基準チャネルは基準周波数に中心を置き、1 MHzの帯域幅を持ちます。1 MHzの帯域幅、4 MHzのオフセットで、上側チャネルと下側チャネルも設定されています。結果からは、上側と下側の隣接チャネルがそれぞれ－34.0 dBと－34.3 dBで、中央チャネルを基準にしていることがわかります。

ダークグレーで陰影表示された占有帯域幅マーカ（OBW）は、トレース上の指定の%（この場合は99 %）のパワーが存在している場所を示しています。OBWマーカは、2.632 MHzの占有帯域幅、2.4050 GHzの重心（中央）周波数、－17.1 kHzのオフセット周波数（指定中心周波数と重心周波数の差分）を示しています。

伝送絶対パワー・スペクトル密度（PSD）マスク（セクション6.5.3.1［1］を参照）周波数 fで伝送されるスペクトル成分は、|f－ fC|＞3.5 MHzで、100 kHzの分解能帯域幅を使用して測定された－30 dBmの絶対リミットを超えてはなりません。

図9に見られるラインは、合否基準を決定するリミットです。これらのラインは、－30 dBmに、中心周波数から±4 MHzのオフセットで設定されています。結果からは、リミットに最も近いポイントの周波数とデルタがわかります。観測された他のリミット・ラインは、マスク・ラインからのマージン設定に使用しますが、ソフト合否判定テストとして使用することも可能です。低周波数では－9 dB、高周波数では－13 dBで、デバイスが絶対テストにパスしたことがわかります。

図9. 伝送相対／絶対パワー・スペクトル密度のテスト例

ハード・リミット・ラインソフト・リミット・ライン

下側チャネル上側チャネル

OBW

基準チャネル

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最小伝送パワー（セクション6.7.5を参照）伝送パワーは－3 dBm以上でなければなりません。

N4010Aの仕様では、＋23 dBm～－70 dBmです。バースト全体のタイム・ドメイン表示にバンド・パワー・マーカを使用することにより、89601A VSAソフトウェアでパワー測定値が簡単に得られます。

図10は、約－10 dBmのデバイスからの伝送パワーをバンド・パワー・マーカを使って示しています。タイム・マーカからは、バーストの長さが約4 msで、マーカ・オフセットが24 dBであることがわかります。

最大伝送パワーデバイスの最大伝送パワーは、規制機関によって制限されています。既に述べたように、バンド・パワー・マーカを使ってパワー・レベルを決定することができます。

伝送中心周波数許容値（セクション6.7.4［1］を参照）伝送中心周波数許容値は最大±40 ppmでなければなりません。

中心周波数許容値は、バースト信号（前述のテストと同様）または未変調信号を使って測定できます。未変調信号の場合は、FM復調および自動搬送波周波数を使用することもできます。自動搬送波周波数には、ピーク・マーカ検索を使用した場合などとは対照的に、読み値にばらつきがないという利点があります。一旦選択すると、アナライザはアルゴリズムを使って搬送波周波数を予測し、各時間レコードごとに個別に計算が行われます。

ただし、非バースト信号からは、デバイスが実環境下でどのように動作するかはわかりません。

Z i g B e e信号を復調する簡単な方法は、提供されているZ i g B e eプリセットを使用することです。

「MeasSetup」メニューのデジタル復調を切り替えて、「 D e m o dProperties」を選択し、「Preset toStandard」オプションの「ZigBee2450 MHz」プリセットを選択します。このプリセットは、シンボル･レートをチップ・レートの半分の1000シンボル/sに設定します。シンボル・レートはI（またはQ）クロックの周波数ですが、I-Qクロック周波数に関係する場合のある周波数の2倍はありません。結果の長さは、アナライザが表示するシンボル数で、デフォルトでは1001シンボルです。1001シンボルの選択は、オフセットEVM測定に関連性があります。Filterタブには、プリセットによって基準ハーフサイン・フィルタが測定用にロードされることが示されます。Searchタブのバースト検索長を調整して、フルバーストにロックすることもできます。

最大パケット長を得るための復調設定例

フォーマットオフセットQPSK

結果長 0 dBm

シンボル・レート 1 MHz

ポイント／シンボル 10

検索長 4.5 ms

パルス検索オン

表3.

図10. ZigBeeパワー測定

15


プリセットには一連の測定が設定されており、各トレース・ウィンドウは設定可能です。

「Symbol Table/Error Summary」トレースは、中心周波数オフセットの表示に使用できます。

周波数許容値は、テーブルの周波数誤差を調べ、現在使用されているチャネルを参照することによって簡単に計算できます。ここで、許容差は約0.76 ppmです。

EVM（セクション6.7.3［1］を参照）IEEE 802.15.4送信機のEVM値は、1000チップ測定の場合で35 %未満でなければなりません。

EVMは、前述のように、シンボル・テーブル／エラー・サマリ・トレースから得られます。EVMは、測定信号に対応する理想的な基準信号を計

図11. 89601A VSAソフトウェアのZigBee復調図12. 基本的なO-QPSKシンボル

算し、測定値から基準値を引いてエラー・ベクトルを求めることによって算出されます。EVMは、各シンボル時間に計算されたエラー・ベクトルの実効値（RMS）です。EVMスペクトラムや時間トレースを表示することもできます。

オフセットEVMオフセットEVMは、O-QPSK復調の場合だけ計算される特殊な値です。各シンボルの開始時に測定されたI部と各シンボルの中央に位置するQ部を結合することによって計算されるため、シンボル時間ごとに単一のIQ値があるという点を除いて、オフセットEVMはEVMと類似しています。アナライザは結果長の最後のO-QPSKシンボルの後半部は使用しないので、以前から結果長は1001シンボルに設定されていました。

EVMでも、オフセットEVMでも、実効値とピーク値の両方が測定できます。

図12の結果では、デバイスのEVM値は5.4 %、ピークはシンボル699で17 %です。オフセットEVM値は2.5 %で、4 %のピークがシンボル54で発生しています。

追加情報図12からは、シンボル・テーブル／エラー・サマリに各種パラメータが表示されていることがわかります。振幅／位相誤差（必要に応じてグラフで表すことも可能）、IQオフセット、ρ、直交位相誤差、利得不平衡も含まれています。IQ位相誤差のトレース、PDF、CCDF、基準時間も有益です。

16


受信機のテスト

以下の主要受信機測定を行ない、必要に応じて802.15.4仕様を参照します。

● 受信機の感度

● シンボル・レート誤差許容値

● 受信機の妨害抵抗

● 最大入力レベル

● エネルギー検出

● クリア・チャネル・アセスメント

● リンク品質表示

伝送測定と同様に、DUTを適切なモードにしてパケットを受信します。さらに、多くの受信機測定には、デバイスからパケット・エラー・レート（PER）を入手する必要があります。一般に、関連データを問い合わせるには、チップセットに関する深い知識が求められます。N4010Aテスト・セットの主な用途は、信号源の機能を果たし、ゴールデン無線機の代わりとして使用できることです。柔軟性の高い任意波形発生器の使用法とこの手法の利点を説明します。

受信機の感度（セクション6.5.3.3［1］を参照）最低1000パケットとアンテナ端子で測定されたパワーを使用して、20オクテットの物理サービス・データ・ユニット（PSDU）長にわたって、＜1 %のPERで－85 dBm以上のしきい値入力信号パワー。干渉源が存在していてはなりません。

このテストでは、N4010Aに内蔵の任意波形発生器を使用して、パケットをDUTに送信し、誤差基準が満たされるまでパワー・レベルを下げることができます。以下の例では、こ

のテストを完了するために、AgilentVEEを使用してデバイスと測定器の両方を制御しました。

プログラムによって、目標のPERレベル、各パワー・レベルにおけるテストに必要なパケット数、パワー・レベルの減分幅が設定されています。結果はスプレッドシートに渡されています。図14は、パワー・レベルの低下に伴ってPERがどのように増加したかを示しています。この場合は、性能の低下を示すために、PERレベルは100 %に設定されていました。

%パケット・エラー・レートとN4010A伝送パワー・レベル（100パケット／0.25 dBmステップ）

0

20

40

60

80

100

120

-96 -94 -92 -90 -88 -86 -84Txパワー（dBm）

PER (%)

PER対Txパワー・レベル目標PER

図13. ZigBee受信機感度テスト

図14. PER測定

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シンボル・レート誤差許容値（セクション6.7.4［1］を参照）

2450 MHz物理層シンボル・レートは62.5 kシンボル/s±40 ppmでなければなりません。

測定器から送り出される波形のサンプリング・レートは変更できます。PERを測定して、受信機が許容できる最大偏差を決定することもできます。

受信機の中心周波数許容値多くの場合、チップセットはテスト・セットからの周波数オフセットが小さい信号を使ってテストされ、PERを測定します。

隣接チャネル・ノイズ除去（セクション6.6.3.5［1］を参照）目的の信号は、擬似ランダム・データの2450 MHz IEEE 802.15.4準拠信号で最大許容受信機感度を3 dB上回るレベルの入力でなければなりません。隣接チャネルにはIEEE 802.15.4信号を入力します。誤差基準が満たされるまで、受信機は隣接チャネルによって0 dBの最小妨害抵抗を実現する必要があります。このテストは、一度に1つの干渉信号に対して行います。

このテストには、パワー・スプリッタと別の信号源（E4438信号発生器など）が必要です。2つの測定器を使用する利点は、柔軟性が高まり、WLAN、Bluetooth、ZigBee信号を出力できることです。

オルタネート・チャネル・ノイズ除去（セクション6.6.3.5［1］を参照）目的の信号は、擬似ランダム・データの2450 MHz IEEE 802.15.4準拠信号で最大許容受信機感度を3 dB上回るレベルの入力でなければなりません。オルタネート・チャネルにはIEEE 802.15.4信号を入力します。誤差基準が満たされるまで、受信機はオルタネート・チャネルによって30 dBの最小妨害抵抗を実現する必要があります。このテストは、一度に1つの干渉信号に対して行います。

テスト機器要件は隣接チャネル・ノイズ除去の場合と同じです。

受信機の最大入力レベル（セクション6.7.6［1］を参照）受信機は、誤差基準が満たされる－20 dBm以上の最大入力レベルを備えていなければなりません。

デバイスのPERが測定されている間、パワーが増分されること以外は、受信機感度と同様のテストです。

エネルギー検出（セクション6.7.7［1］を参照）受信機のエネルギー検出測定は、ネットワーク層がチャネル選択アルゴリズムの一環として使用することを目的としています。この測定は、IEEE 802.15.4チャネルの帯域幅内の受信信号パワーの評価です。チャネル上の信号が識別／デコードされることはありません。エネルギー検出時間は8シンボル周期でなければなりません。

エネルギー検出の結果は、0x00～0xFFまでの8ビット整数で報告します。最小エネルギー検出値は、仕様受信機感度より上10 dB未満の受信パワーを示していなければなりません。エネルギー検出値の受信パワー範囲は最低でも40 dBなければなりません。この範囲内では、受信パワー（dB）からエネルギー検出値へのマッピングは、±6 dBの確度で線形でなければなりません。

この測定には、N4010A無線テスト・セットを校正済み信号源として使用し、詳細な知識とデバイス設定へのアクセスが必要です。

18


測定（損失を含む）／理想Rxリンク品質対N4010A Txパワー（100パケット／0.25 dBmステップ）

-96

-94

-92

-90

-88

-86

-84-96 -94 -92 -90 -88 -86

-84

Txパワー（dBm）

Rxリンク品質（

dBm）

測定Rxリンク品質対Txパワー・レベル

理想Rxリンク品質対Txパワー・レベル

クリア・チャネル・アセスメント（セクション6.7.9［1］を参照）

IEEE 802.15.4 PHYでは、次の3つのうちの最低1つの方法に従って、クリア・チャネル・アセスメントを実行できなければなりません。

1. CCAモード1：しきい値より上のエネルギー。CCAは、エネルギー検出しきい値より上のエネルギーを検出すると、ビジー状態にあるメディアを報告します。

2. CCAモード2：キャリア・センスのみ。CCAは、IEEE 802.15.4の変調／拡散信号を検出した時だけ、ビジー状態にあるメディアを報告します。信号は、エネルギー検出しきい値より上の場合も、下の場合もあります。

3. CCAモード3：しきい値より上のエネルギーのキャリア・センス。CCAは、エネルギー検出しきい値より上のエネルギーを持つ変調／拡散信号を検出した時だけ、ビジー状態にあるメディアを報告します。

エネルギー検出テストと同様に、これにはデバイスのエネルギー検出データの検索が必要です。N4010Aテスト・セットは、信号源の役割を果たします。

リンク品質表示（セクション6.7.8［1］を参照）リンク品質表示（LQI）測定は、受信パケットの強度および品質の評価です。この測定は、受信機エネルギー検出、S/N比評価またはこれらの方法を組合わせて用いることによって行うことができます。ネットワーク／アプリケーション層によるLQI結果の使用については、この規格には明記されていません。

LQI測定は受信パケットごとに実行し、結果は0x00～0xFFまでの整数で報告しなければなりません。LQI最小値／最大値（0x00および0xFF）は、受信機が検出可能な最低／最高品質のIEEE 802.15.4信

号に対応付けられていなければなりません。中間のリンク品質値は、これら2つのリミット値の間に一様に分布していなければなりません。最低でも8つの一意のLQ値を使用します。

以前から受信機感度テストに用いられていたサンプル・プログラムでは、リンク品質表示も得られました。図15は、受信機感度が達成された時にリンク品質表示がどのように停止するか示しています。参考のために、理想的な受信機のリンク品質がプロットされています。

図15. リンク品質表示

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802.15.4仕様に準拠したN4010Aトランシーバのテスト

Rx-Txターンアラウンド･タイム（セクション6.7.2［1］を参照）

Rx-Txターンアラウンド･タイムは、送信機が結果確認の伝送を開始できる状態になるまで、12シンボル周期の最大ターンアラウンド・タイムで、受信パケットの最後のチップ（最後のシンボルの）の立ち下りから、エア・インタフェースで測定しなければなりません。実際の伝送開始時間は、MACサブレイヤによって指定されます。

通常Rx-Txターンアラウンド･タイムは、ソフトウェアで上位レベルのプロトコルを使用して、パケットのタイムスタンプで計算します。ただし、N4010Aテスト・セットでは、高度なチップセット制御によるテストだけが可能です。

Tx-Rxターンアラウンド･タイム（セクション6.7.1［1］を参照）

Tx-Rxターンアラウンド・タイムは、受信機が次の物理層パケットの受信を開始できる状態になるまで、12シンボル周期の最大ターンアラウンド・タイムで、最後に伝送されたシンボルの立ち下りから、エア・インタフェースで測定しなければなりません。

前のテストを参照してください。

受信機テストの機能拡張

N4010Aに内蔵の任意波形発生器（AWGまたはARB）を使用して、受信機のテストに必要な信号を設定し、シーケンスを指定して再生できます。セグメント・ファイル（*.wfl拡張子のファイル）は、揮発性メモリから再生するための波形で、複数の方法で作成できます。

1. MATLABRは研究開発によく用いられるツールで、正確なデザイン仕様に従ってセグメント・ファイルを作成できます。

2. 送信機から実際の信号を捕捉することもできます。測定器からのIQデータをエクスポートして、セグメント・ファイルとして、またはCSVフォーマットで保存できます。このため、さまざまなデバイスやチップセットの信号を捕捉できます。

3. Agilentの信号発生器のセグメント・ファイルをN4010Aテスト・セットで使用できます。例えば、89601A VSAソフトウェアとN4010Aで、デバイスからの信号をデジタイズして記録することができます。次に、E4438を信号源として使用して、再生することができます。その後E4438で作成されたファイルをN4010Aにダウンロードすることも可能です。

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AWGファイルの管理は、N4010Aユーティリティによって行われます。N4010Aのリモート・コマンド・セットを使用することによって、主に、波形ファイルのダウンロード／管理、再生設定条件の設定が可能です。前述のように、IQデータの抽出／保存も可能です。ソフトウェアには以下の機能があります。

● 波形ファイルのダウンロード

● 波形ファイルのコンピュータへの保存

● 揮発性／不揮発性メモリのリスト

● 揮発性／不揮発性メモリの空き容量の表示

● 揮発性メモリから不揮発性メモリへの波形ファイルのコピー

● 不揮発性メモリから揮発性メモリへの波形ファイルのコピー

● 波形ファイルの削除

● 再生設定条件の指定● 出力パワー（dBm）● 周波数（GHz）● サンプリング・レート（MHz）● 連続● トリガ

● 波形ファイルの再生

● IQデータの設定

● 周波数（GHz）● 入力パワー（dBm）● 捕捉時間（ms）● トリガ・ホールドオフ（ms）● トリガ遅延（ms）● 外部● フリーラン● IF振幅● トリガ・レベル

● IQデータの抽出／保存

N4010Aは、不揮発性メモリに保存されているシーケンス・ファイル（*.seq拡張子のファイル）にも対応しています。簡単なシーケンス・ファイルは、同じセグメント・ファイルを0～65535回再生できます。DUTおよびDUTソフトウェアはPERの計算に用いられます。さらに、複雑なシーケンス・ファイルは、さまざまなセグメント・ファイルを任意の順序で、または0～65535回再生できます。この機能は、WLANテストには

非常に便利なだけでなく、ZigBeeテストにも有効な機能です。

N4010Aユーティリティ・ソフトウェアを使って捕捉した測定器のIQデータを89601Aで保存することができます。また、N4010AとMATLABアプリケーションを統合できるので、さまざまな方法でIQデータを編集できます。例えば、データを減衰させて、追加受信機感度測定ができます。さらに、実際のデバイスの記録（図3にプロットされているデータなど）に基づいて89601Aから基準IQデータを抽出することにより、「完全な」信号を作成することも可能です。これらの波形を用いて比較テストを行って、さまざまな方法でデバイスにストレスを与えることもできます。

WLAN AWG波形を使用すれば、受信機のテストを拡大できます。IEEE802.15.4仕様では、干渉源としてZ i g B e e信号が唯一規定されています。

図16. N4010Aユーティリティの再生およびI/Q捕捉

21

N4010A自動測定

自動送信機測定

89601A VSAソフトウェアを使用すれば、高度な構成で実験やテストが行なえ、問題点の調査、デザインの改善、テスト・パラメータの理解が容易になります。経験と共に、関連する測定パラメータを理解することができ、テストの効率が向上します。設定やデータ保存の利点がわかれば、次の論理的ステップは、それらに基づいてマクロ機能を使用することです。

マクロによる自動化マクロの使用により、一連の操作を1つのコマンドで自動化することができます。89600シリーズの製品はすべて、マクロ・プログラミング言語にV B S c r i p tを使用しています。VBScriptは、Visual Basic®プログラミング言語のサブセットです。89601Aは、マクロの記録、セーブ、実行、リコール、編集に必要なツールをすべて備えています。編集は、プログラム内またはコード・エディタを使って行うことができます。

この種の自動化により、さまざまなプロシージャやルーチンを容易に試してみることができます。また、測定値の捕捉方法がビジュアル表示さ

図17. マクロを使用したZigBee Tx復調セットアップ（N4010Aユーティリティの再生およびI/Q捕捉）

れます。例えば、外部ソフトウェアによるデバイスの自動化（適切な伝送状態に置く）とテスト結果を統合するのは初めての場合でも、事前の手動テスト／評価に基づいたテスト・オートメーションの微調整が可能になります。

自動化の次の段階は、デバイス制御とテスト評価をテスト・プランの範囲内でより厳密に開発することです。

22

N4010A自動測定（続き）

自動化ソフトウェアの開発89601A VSAは、COM APIを提供し、測定、計算、表示オブジェクトを使用して、測定の設定、測定結果の表示、テスト・プランへの統合が可能です。エクスポーズされたオブジェクトは、他のアプリケーション、プログラミング・ツール、言語からアクセスできます。例としては、Agilent VEE、LabVIEW、VisualBasic、Visual C++®があります。

カスタム・ソフトウェアの開発前にマクロが使用されていた場合は、コードの大部分を活用できます。また多くの簡単な作業では、マクロの記録機能だけで十分です。COM APIのヘルプを使用してマクロをプログラムする必要はありません。さらに、すでに用いられているマクロや既存

のセットアップ・ファイルを活用することもできます。

前述のように、カスタム・テスト開発はそれほど大変ではありません。一例として、Agilent VEEを使用した以下のサンプル・プログラムを紹介します（図18）。

このプログラムは、89600 VSAソフトウェアを起動して、多くのテストを実行するための要件を設定します。これには、VEE内での測定の行程を決定するステータス・フラグの定義が含まれます。プログラムはユーザ入力を捕捉して、何のテストが、どのIEEE 802.15.4チャネルで必要かを決定します。シリアル・リンクでの通信により、デバイスを適切な伝送状態に置くことができます。伝送

用のチャネル、フレーム長、ペイロード・データ、繰り返し回数、それぞれのギャップを定義するには、DUT自体のセットアップが必要です。完了すると、プログラムは各測定を実行し、データをサンプル・プログラムに転送し、結果を画面に表示します。

図18. Agilent VEEのZigBee自動伝送測定の例

23

N4010A自動測定（続き）

IEEE仕様による合否判定や以前のデータと比較した結果を保存／処理できます。多くの場合、この種のテストでは、どのコンポーネントで不具合が発生しているかを探したり、各コンポーネントのデータシートとの違いを把握できます。また測定時間を計ることによって、指標となるテスト時間がわかります。

プログラムの実行時に、89601AVSAソフトウェアを表示することもできます。マクロと同様に、VSAの結果を表示し、正常な測定が行なわれているかどうかを確認できます。

サンプル・コードについては、「付録A：89601Aプログラミング・コード」を参照してください。

自動受信機テスト

自動受信機テストについては、受信機感度（図13を参照）とLQIですでに紹介しました。N4010Aテスト・セットとの通信は、ダイレクトSCPIコマンドまたはドライバ・ベースのソフトウェアで.NETコマンド・セットを使用できます。測定器には、GPIB、USB 2.0、TCP-IP LANインタフェースがあり、デバイスのPERはファームウェアで測定されます。選択したソフトウェア環境では、テスト・シーケンスを設定したり、合否判定が可能です。

先に述べたとおり、ゴールデン無線機が不要になり、さまざまな利点がもたらされます。N4010Aテスト・セットには通信用のさまざまなインタフェースがあり、一貫性のあるテストが柔軟に行なえます。またデバイスの設定や伝送の待ち時間を減らすことにより、テスト・スピードを上げることができます。N4010Aは、高度なトリガ機能があるだけでなく、波形の順次再生も可能です。

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測定結果のトレーサビリティ

次にAgilentのワンボックス・テスタの利点と柔軟性を比較してみます。さらに、Agilentの各ソリューションの相乗効果や、各製品のRF測定、トラブルシューティング、性能の向上、互換性についても紹介します。

以下の結果は、N4010Aワンボックス・テスタ／89601A VSAソフトウェアとフルIFBW（10 MHz）のPSAを比較したものです。PSAの設定については、表4を参照してください。

PSAの設定

変調方式 OQPSK

アベレージングオフ

測定フィルタなし

平均ノイズ－

基準フィルタハーフサイン

平均モード繰り返し

α/BT 0.22

トレース・アベレー実効値ジング・タイプ

シンボル・レート 1 MHz

FFTウィンドウ・タイプフラット・トップ

測定間隔 1000シンボル

トリガ源 RFバースト

IF BW 10 MHz

キャリア・ロックノーマル

IF帯域幅モード手動

同期 RF振幅

EQフィルタオフ

バースト検索しきい値－20 dB

EQフィルタ長 5

ピーク・バースト・－20 dBトリガ設定

EQコンバージェンス 1

検索長 5 ms

EQホールドオフ

同期ワード長 10 sym

同期パターン－

同期オフセット 0 sym

表4.

25

使用した波形は、89601AVSAソフトウェアとN4010Aテスト・セットで捕捉したものです。測定結果は、N4010Aを信号源として使用しました。

以下の図は、PSAスペクトラム・アナライザの結果を示したものです。

測定結果のトレーサビリティ（続き）

図19. PSA設定のスクリーンショット

図21. PSAの復調結果図20. PSAの復調結果

26

測定結果のトレーサビリティ（続き）

図22は、N4010Aテスト・セットと89601Aソフトウェアを使用した測定結果です。

表5には、両方の測定器の信頼できる結果を比較してあります。アベレージングは用いられておらず、信号の側波帯での広帯域PSA測定なので、結果は一貫性の高いものになっています。結果の差が個々の測定値を超えることはありませんが、信号特性は変動します。

図22. 89601A VSAソフトウェアによるZigBee 2.4 GHz復調結果の表示

N4010A無線コネクティビティ・テスト・セット＋89601A VSAとPSAの復調結果

測定 PSA N4010A & 89601A

オフセットEVM（%） 6.43 6.2796

実効値EVM（%） 15.7 15.466

ピークEVM（%） 45.50（sym 832で） 44.259（sym 834で）

実効値振幅誤差（%） 4.04 3.9758

ピーク振幅誤差（%） 9.05（sym 790で） 9.4387（sym 792で）

実効値位相誤差（o） 12.3 12.118

ピーク位相誤差（o）－36.17（sym 832で）－35.043（sym 834で）

周波数誤差（kHz） 46.86 46.915

IQオフセット（dB）－23.28 －23.296

直交スキュー（o）－13.10 －13.545

IQ利得不平衡（dB）－0.71 －0.58

ρ 0.95116 0.94829

RFパワー（dBm）－9.54 －9.58

表5.

27

まとめ

N4010A無線コネクティビティ・テスト・セットと89601Aベクトル・シグナル・アナライザ・ソフトウェアを併用すれば、高度な信号解析機能によって、規格に準拠したZigBeeRF物理層テストが行なえ、以下のような利点があります。

● デザインの迅速な製品化

● 1台でテストが可能なワンボックス・ソリューション

● ゴールデン無線機／ノード・テスト手法に代わる広帯域アナライザと信号源の統合

● 校正時間の短縮

● 高度な復調機能

● 一貫したテスト結果

● 被試験デバイスにより現実的なストレスを与えるためのバースト信号のテスト機能

● Bluetooth/WLANフォーマットを含めることができる拡張可能な測定ツール

● テストの総コストの削減

● 柔軟性の高いテスト環境

受信機の自動測定では、89601Aベクトル・シグナル・アナライザ、N4010A測定器、DUT制御、DUTパケット・エラー･レート出力をすべて1つのソフトウェア環境で開発する必要があります。これらのエレメントは後で1つのテスト・プランにまとめることができます。

89601A COM APIでは、自動テストをさまざまなソフトウェア環境に組み込むことができます。またSCPI/.NETドライバとN4010Aテスト・セットにより、受信機自動テストの開発、GPIB、USB 2.0、TCP-IP LANでの内蔵のベクトル信号発生器の制御ができます。さらにカスタム波形、信号の捕捉、保存されているAWG波形、既存の通信フォーマットのサポートにより、テストの可能性がさらに広がります。

こうした機能により、より簡単でわかりやすいZigBeeテスト・ソフトウェア開発手法が生まれ、 I E E E802.15.4 RF物理層の測定を自動化することが容易になります。このアプリケーション・ノートでは、主に研究開発や統合において、どのようにすればZigBeeディベロッパがRF問題に容易に取り組むことができるか説明してきました。これは、一部のZigBeeディベロッパでRFテストの実用性を十分に理解されていなかったためです。また、ZigBeeテクノロジーの発展／導入にも役に立つ情報であると信じています。他の新しいテクノロジーと同様に、自動テストの将来計画を理解し、原案を作成するためには、RF PHYテストに関する知識および機器が必要です。

参考資料

［1］ IEEE規格802.15.4-2003

28

付録A

/**** declare variables ****/

set pVsaApp = CreateObject("AgtVsaVector.Application");// creates the object pVsaStat referencing the AgtVsaVector library

set pVsaStat = pVsaApp.Measurement.Status;// create measurement status

pVsaApp.Visible = VSA_visible;// good to start off with the VSA visible to configure settings with expected DUT output

/**** setup ****/

// define basic settingspVsaApp.Measurement.Inputs.InpChannels(1).Range = .316227766016838;pVsaApp.Measurement.Inputs.Trigger.Channel = 1;pVsaApp.Measurement.Inputs.Trigger.Style = vsaTrigStyleMagLevel;pVsaApp.Measurement.Inputs.Trigger.MagLevel = .005;pVsaApp.Measurement.Frequency.Span = 5000000;pVsaApp.Measurement.Frequency.ResBW = 100000;pVsaApp.Measurement.Frequency.Points = 3201;

pVsaApp.Measurement.DemodConfig = vsaMeasDemodCnfDigital;// digital demod

pVsaApp.Measurement.DigDemod.SetStandard(vsaDigDemStaZigBee2450);// use ZigBee standard Offset OQPSK

// setup the display if requiredpVsaApp.Display.Traces.Layout = vsaTrcLytGrid2x3;pVsaApp.Display.Traces(3).DataName = "Search Time1";pVsaApp.Display.Traces(5).Active = True;pVsaApp.Display.Traces(5).DataName = "IQ Meas Time1";pVsaApp.Display.Traces(5).Format = vsaTrcFmtEyeI;pVsaApp.Display.Traces(6).Active = True;pVsaApp.Display.Traces(6).DataName = "IQ Meas Time1";pVsaApp.Display.Traces(6).Format = vsaTrcFmtEyeQ;

... setup DUT to transmit at appropriate frequency ...

89601Aプログラミング・コード

このコードは、測定値を得るためのガイダンスです。正確な構文は、ソフトウェア環境によって異なります。

29

/**** Do measurements ****/

pVsaApp.Measurement.Continuous = False;// single measurementpVsaApp.Measurement.Pause();pVsaStat.PositiveMask = vsaStatusBitMeasDone;eStat = pVsaStat.PositiveEventSum;// clear previous events

pVsaApp.Measurement.Start();// start measurement

if (bitAnd(pVsaStat.PositiveEventSum, saStatusBitMeasDone)==vsaStatusBitMeasDone)// wait for completion{

...Break;...

}

/**** return results ****/

// all results below are obtained after demodulationEVM = pVsaApp.Display.Traces(4).RawDataDemodInfo(vsaTrcDemInfoEVMRms);EVM_PEAK =pVsaApp.Display.Traces(4).RawDataDemodInfo(vsaTrcDemInfoEVMPeakRms);OEVM = pVsaApp.Display.Traces(4).RawDataDemodInfo(vsaTrcDemInfoOffsetEVMRms);OEVM_PEAK =pVsaApp.Display.Traces(4).RawDataDemodInfo(vsaTrcDemInfoOffsetEVMPeak);FREQ_ERR = pVsaApp.Display.Traces(4).RawDataDemodInfo(vsaTrcDemInfoFreqErr);

// spectrum dumpSPECTRUM_X = pVsaApp.Display.Traces.Item(2).Data(4, vsaTrcDataX, TRUE);// get x data for trace;SPECTRUM_Y = pVsaApp.Display.Traces.Item(2).Data(4, vsaTrcDataY, TRUE);// get y data for trace;POWER = pVsaApp.Display.Traces.Item(3).Marker.BandPowerResult;

pVsaApp.Quit();// dispose of application

付録A（続き）

Bluetooth®およびBluetoothロゴは、米国Bluetooth SIG社が所有する登録商標であり、Agilent Technologiesにライセンスされています。MATLAB®は、Math Works社の米国登録商標です。Visual C++®およびVisual Basic®は、Microsoft社の米国登録商標です。

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メモとしてお使いください

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メモとしてお使いください

August 22, 2006

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www.agilent.co.jp/find/emailupdates-JapanAgilentからの最新情報を記載した電子メールを無料でお送りします。

電子計測UPDATE

www.agilent.co.jp/find/openAgilentは、テスト・システムの接続とプログラミングのプロセスを簡素化することにより、電子製品の設計、検証、製造に携わるエンジニアを支援します。Agilentの広範囲のシステム対応測定器、オープン・インダストリ・ソフトウェア、PC標準I/O、ワールドワイドのサポートは、テスト・システムの開発を加速します。

サポート、サービス、およびアシスタンス

アジレント・テクノロジーが、サービスおよびサポートにおいてお約束できることは明確です。リスクを最小限に抑え、さまざまな問題の解決を図りながら、お客様の利益を最大限に高めることにあります。アジレント・テクノロジーは、お客様が納得できる計測機能の提供、お客様のニーズに応じたサポート体制の確立に努めています。アジレント・テクノロジーの多種多様なサポート・リソースとサービスを利用すれば、用途に合ったアジレント・テクノロジーの製品を選択し、製品を十分に活用することができます。アジレント・テクノロジーのすべての測定器およびシステムには、グローバル保証が付いています。アジレント・テクノロジーのサポート政策全体を貫く2つの理念が、「アジレント・テクノロジーのプロミス」と「お客様のアドバンテージ」です。

アジレント・テクノロジーのプロミス

お客様が新たに製品の購入をお考えの時、アジレント・テクノロジーの経験豊富なテスト・エンジニアが現実的な性能や実用的な製品の推奨を含む製品情報をお届けします。お客様がアジレント・テクノロジーの製品をお使いになる時、アジレント・テクノロジーは製品が約束どおりの性能を発揮することを保証します。それらは以下のようなことです。● 機器が正しく動作するか動作確認を行います。● 機器操作のサポートを行います。● データシートに載っている基本的な測定に係わるアシストを提供します。● セルフヘルプ・ツールの提供。● 世界中のアジレント・テクノロジー・サービス・センタでサービスが受けられるグローバル保証。

お客様のアドバンテージ

お客様は、アジレント・テクノロジーが提供する多様な専門的テストおよび測定サービスを利用することができます。こうしたサービスは、お客様それぞれの技術的ニーズおよびビジネス・ニーズに応じて購入することが可能です。お客様は、設計、システム統合、プロジェクト管理、その他の専門的なサービスのほか、校正、追加料金によるアップグレード、保証期間終了後の修理、オンサイトの教育およびトレーニングなどのサービスを購入することにより、問題を効率良く解決して、市場のきびしい競争に勝ち抜くことができます。世界各地の経験豊富なアジレント・テクノロジーのエンジニアが、お客様の生産性の向上、設備投資の回収率の最大化、製品の測定確度の維持をお手伝いします。

www.agilent.co.jp/find/agilentdirectテスト機器ソリューションを迅速に選択し使用できます。

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アジレント・テクノロジー株式会社本社〒192-8510 東京都八王子市高倉町9-1

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