物聯網（IoT）已經是持續了一些年的一個熱詞，智能家居產品的研制在國內外也開始轟轟烈烈地行動起來。不管是物聯網還是智能家居，除了促進了傳感器等技術的發展之外，最關鍵的一點就是如何實現“聯”，更確切地說叫“無線連接”。為了實現適于這些應用所需要的“無線連接”，與此相關的RFID， NFC， WiFi， BlueTooth， ZigBee， Z-Wave 等短距離的無線通訊技術和新標準種類繁多，層出不窮。搜集，總結了一些當今主要的無線連接技術的應用領域和各自的特點，下面簡單概述一下：

　ZigBee是一種低速短距離傳輸的無線網絡協議，從下到上分別為物理層（PHY）、媒體訪問控制層（MAC）、傳輸層（TL）、網絡層（NWK）、應用層（APL）等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規定，這是一種具有經濟、高效、低數據速率（《250kbps）、工作在2.4GHz（全球）和868（歐洲）/915MHz（北美）的無線技術。不同頻段的信道數量和信道帶寬也各不相同；調制技術也不同：868MHz和915MHz頻段采用的是BPSK調制技術，2.4GHz頻段采用的是OQPSK調制技術。

　　 與ZigBee類似的標準還有Z-wave、ANT、EnOcean等，相互之間不兼容。Z-wave在智能家居方面占據了強勢地位，主流廠商都加入了這個陣營，大有難以撼動之勢。它具有低成本、低功耗、高可靠、適于網絡的短距離無線通信技術。工作頻帶為908.42MHz（美國），868.42MHz（歐洲），采用FSK（BFSK/GFSK）調制方式，數據傳輸速率為9.6 kbps和40 kbps。想搞智能家居，看來還得遵循這個行業的“規矩”？

　　EnOcean是世界上唯一使用能量采集技術的無線國際標準。通過采集周圍環境產生的能量，比如機械能，室內的光能，溫度差的能量等，把這些能量經過處理以后，供給EnOcean超低功耗的無線通訊模塊，實現真正的無數據線，無電源線，無電池的通訊系統。與同類技術相比，功耗最低，傳輸距離最遠，可以組網并且支持中繼。EnOcean工作的頻段有：868 MHz、315 MHz、902 MHz，采用ASK調制技術，每個無線電信號占用信道的時間是1毫秒，傳輸速率125KB/s。

　　在能源以及工業控制等領域，還有Wi-SUN， WirelessHART等標準。

　　標準可謂種類繁多，從物理層到7層協議的若干層都具有不同的規定。高層的測試可以通過相關的協議分析儀或者價格敏感的用戶可以通過軟件進行測試。這里我們集中討論有關物理層的測試。即使是無線連接的物理層，這些不同的標準也采用了不同的頻率，它們普遍用到的頻率有315/433/868/915MHz，2.4GHz甚至5.8GH，它們采用了不同的調制方式，比如ASK，FSK，OQPSK等等。當然，基帶的處理也各不相同，接下來就說說從基帶到射頻的物聯網測試。

　　不同頻率的射頻收發模塊加上基帶處理是這類產品的主要組成部分，已經被廣泛地應用在這些領域，比如：無線報警，無線抄表，安全系統，工業監測和控制，智能穿戴，智能家居，智能物流，智能停車場，遙控，玩具等等各種物聯網的應用中。在國內，研發，生產這類產品的廠家也非常多。下面以近些年來越來越普及的2.4GHz頻段為例，闡述一下針對這類產品從基帶到射頻的測試方法。

　　在這些產品中都少不了要用到射頻收發模塊，TI，NORDIC等公司都提供了豐富的射頻收發芯片，比如TI的CC2520等，NORDIC公司的nRF24L01等，都是著名的被廣泛應用于無線收發模塊上的芯片。這些芯片可以方便地與MCU或FPGA等構成各種滿足不同應用的產品，它的主要特點如下：

　　 2.4GHz 全球開放ISM 頻段免許可證使用

　　工作速率可調，最高工作速率達2Mbps左右

　 采用FSK，MSK，GFSK等調制，抗干擾能力強，特別適合工業控制場合

　　支持多信道，有的多達100多個，滿足多點通信和跳頻通信需要

　　內置硬件CRC 檢錯和點對多點通信地址控制

　　輸出功率可程控

　　接收靈敏度高，可達-80dBm 左右，甚至更低電平

　 通過SPI等接口完成數據的交換，包括數據的發送，數據的接收。

　　這類芯片的內部結構示意圖如圖1所示：

　　圖1：收發芯片內部結構示意圖（摘自TI數據手冊）

　　圖2是基于TI和NORDIC芯片的2.4GHz無線收發模塊，下面我們就針對這類產品討論一下測試的方法。

　　圖2：常見的2.4GHz無線收發模塊

　　針對這類產品的研發，生產測試，通常會需要用到以下的測量儀器：

　　 頻譜分析儀，測量分析發射信號的頻譜，比如DSA832或DSA875;

　　 帶數字調制功能的射頻信號源，模擬產生帶GFSK等調制的信號，測試模塊的接收性能，比如DSG3030-IQ或DSG3060-IQ；

　　 四通道數字示波器，用于測試SPI總線和基帶信號等，比如DS/MSO4000系列。

　　 直流電源提供直流供電，比如DP832，DP831等；

　　這類產品的收發性能測量的設置如圖3所示，如果這些東西都湊齊了，我們就可以對這類產品開始從基帶到射頻，從數字到模擬的微測了。

　　圖3：模塊的收發性能測量的設置

　　這類應用的產品中都少不了射頻收發模塊。射頻收發模塊與MCU或FPGA之間通常是采用SPI總線對模塊進行配置，控制，并傳送發射或接收的數據的，我們可以使用帶SPI總線的觸發和解碼功能的數字示波器，比如DS4054或MSO4054對SPI總線進行測試，以便驗證實際的通信信號是否正確。SPI規范所定義的讀寫操作的時序如下：

　　圖4：SPI總線的讀操作

　　圖5：SPI總線的寫操作

　　下面我們就通過DS4054對一個產品進行實測一下，首先設置示波器的SPI總線的觸發條件，如果你的示波器沒有這種專門的觸發功能，就費勁了。可設置成觸發在當SPI的MOSI或MISO在傳送一個特定數據出現時，比如，觸發在當傳送00010111時觸發，如果沒有出現，屏幕上無顯示，示波器處于“等待觸發”的狀態，一旦出現，就會出現圖6所示的顯示：

　　圖6：在DS4054上設置SPI總線的觸發

　　一旦觸發條件中所設置的數據出現在SPI總線上時，DS4054就會捕獲到，不但能看到波形顯示，還需要知道傳送的數據的具體內容。熟悉幀結構的工程師可以自己數，自己“解碼”，這是個費神的活兒。還是借助示波器的自動解碼功能吧，通過SPI解碼功能，可以自動顯示出每幀的具體內容，以不同進制的格式顯示，直接看結果，就能判斷傳送的數據是否有錯，一旦出現錯誤，可以分析是軟件錯誤還是信號失真或干擾導致的錯誤。圖7就是通過SPI總線的自動解碼功能，顯示出幀的具體內容。

　　圖7：DS4054對SPI總線的解碼設置和顯示

　　通過SPI總線，我們可以獲取整個產品收發的數據，進而進行分析。