3. 射频基础与nRF调制方式

在nRF平台上做认证与一致性测试，第一步不是打开测试仪，而是把“射频基础”和“调制方式”这两件事对齐。因为不同协议虽然都跑在2.4 GHz或Sub-GHz频段，但它们的调制方式、信道带宽、符号速率、频谱模板和占用带宽要求完全不同。如果混淆了这些参数，后续的发射功率、频偏、EVM、杂散和接收灵敏度测试都会失去基准。

一、先建立射频基础坐标系

射频测试中，所有参数都围绕三个基本量展开：频率、功率和时间。频率决定信道划分和频谱模板；功率决定发射机能否满足法规和协议要求；时间决定调制符号的速率和占空比。对于nRF52、nRF53、nRF91系列，射频前端通常支持2.4 GHz ISM频段和Sub-GHz频段，部分型号还支持LTE-M/NB-IoT的授权频段。

在2.4 GHz频段，BLE、802.15.4、Thread和Zigbee共享同一段频谱，但它们的信道划分和调制方式不同。BLE采用GFSK，符号速率为1 Msym/s，信道带宽为2 MHz，信道间隔为2 MHz；802.15.4采用O-QPSK，符号速率为250 ksym/s，信道带宽为2 MHz，信道间隔为5 MHz。这意味着同样在2.4 GHz频段，BLE和802.15.4的频谱占用形态完全不同。

在Sub-GHz频段，nRF52和nRF53系列可以运行私有协议或802.15.4g，调制方式包括GFSK、O-QPSK和FSK。而在LTE-M/NB-IoT场景中，nRF91系列使用OFDMA/SC-FDMA，调制方式为QPSK和16QAM，信道带宽为1.4 MHz到20 MHz不等。这些差异直接决定了测试时的频谱分析仪设置、RBW和VBW选择。

二、BLE的调制特性与频谱要求

BLE在nRF平台上使用GFSK调制，调制指数为0.5，符号速率为1 Msym/s。GFSK的本质是频率偏移随符号变化，因此频谱能量集中在载波附近，但旁瓣会随频率偏移扩展。BLE的频谱模板要求：在载波偏移±1 MHz处，功率衰减至少20 dB；在±2 MHz处，衰减至少30 dB；在±3 MHz处，衰减至少40 dB。

在nRF Connect SDK中，BLE的射频参数通过bt_hci_cmd或sd_ble_gap_tx_power_set配置。例如，设置发射功率为+4 dBm时，需要确认nRF52的射频前端是否支持该功率等级。nRF52840的最大发射功率为+8 dBm，但实际测试中通常设置为0 dBm或+4 dBm以平衡功耗和频谱合规性。

BLE的占用带宽测试通常使用99%功率带宽法。在频谱分析仪上，设置中心频率为信道中心，RBW为100 kHz，VBW为300 kHz，扫描宽度为5 MHz。对于BLE，99%占用带宽应小于1 MHz，典型值为900 kHz左右。如果占用带宽超过1 MHz，说明调制指数偏离或滤波器设置不当。

三、802.15.4、Thread和Zigbee的调制特性

802.15.4在2.4 GHz频段使用O-QPSK调制，符号速率为250 ksym/s，码片速率为2 Mchip/s。O-QPSK的频谱比GFSK更宽，因为它的相位变化更剧烈。802.15.4的频谱模板要求：在载波偏移±1 MHz处，功率衰减至少20 dB；在±2 MHz处，衰减至少30 dB；在±3 MHz处，衰减至少40 dB。这与BLE类似，但802.15.4的信道间隔为5 MHz，因此相邻信道之间的干扰更小。

Thread和Zigbee都基于802.15.4物理层，因此它们的调制特性和频谱要求完全相同。在nRF平台上，Thread和Zigbee使用相同的射频驱动，区别在于上层协议栈。测试时，需要确认nRF802154驱动是否配置了正确的信道和发射功率。例如，在nRF Connect SDK中，使用ieee802154_radio_api设置信道为15（2.425 GHz），发射功率为0 dBm。

802.15.4的占用带宽测试同样使用99%功率带宽法。由于O-QPSK的频谱较宽，99%占用带宽通常在1.5 MHz到2 MHz之间。如果占用带宽超过2 MHz，说明码片速率或滤波器设置异常。在nRF平台上，可以通过nrf_802154_radio的调试接口观察调制质量。

四、LTE-M和NB-IoT的调制特性与频谱要求

LTE-M和NB-IoT在nRF91系列上使用OFDMA/SC-FDMA调制，下行使用OFDMA，上行使用SC-FDMA。调制方式为QPSK和16QAM，信道带宽为1.4 MHz到20 MHz。LTE-M的占用带宽为1.08 MHz（1.4 MHz信道），NB-IoT的占用带宽为180 kHz（200 kHz信道）。

LTE-M和NB-IoT的频谱要求比BLE和802.15.4更严格，因为它们工作在授权频段。测试时需要遵循3GPP TS 36.101和TS 36.104规范。在nRF91平台上，射频参数通过nrf_modem接口配置。例如，设置频段为B20（800 MHz），带宽为10 MHz，发射功率为23 dBm。测试时，需要确认EVM（误差矢量幅度）是否满足QPSK的17.5%和16QAM的12.5%要求。

LTE-M和NB-IoT的占用带宽测试使用积分功率法。在频谱分析仪上，设置中心频率为载波中心，RBW为10 kHz，VBW为30 kHz，扫描宽度为2 MHz。对于NB-IoT，99%占用带宽应小于200 kHz；对于LTE-M，99%占用带宽应小于1.1 MHz。如果占用带宽超标，说明滤波器或调制器配置错误。

五、测试配置与判断依据

在实际测试中，需要根据协议选择正确的频谱分析仪设置。对于BLE和802.15.4，RBW设置为100 kHz，VBW设置为300 kHz，扫描宽度为5 MHz。对于LTE-M和NB-IoT，RBW设置为10 kHz，VBW设置为30 kHz，扫描宽度为2 MHz。如果RBW设置过大，会掩盖频谱旁瓣；如果设置过小，会增加扫描时间。

发射功率测试时，需要确认nRF平台的射频前端是否支持目标功率。例如，nRF52840的最大发射功率为+8 dBm，但BLE的频谱模板要求在+4 dBm时仍能满足。如果发射功率设置为+8 dBm，需要重新测试频谱模板，确认旁瓣是否超标。在nRF Connect SDK中，可以通过CONFIG_BT_CTLR_TX_PWR_PLUS_8启用+8 dBm发射功率。

频偏测试是另一个关键项。BLE的频偏要求为±50 kHz以内，802.15.4的频偏要求为±40 ppm以内。在nRF平台上，可以通过nrf_radio的调试接口读取频偏值。如果频偏超标，需要检查晶振负载电容和射频匹配网络。

六、常见问题与排障

如果BLE的占用带宽超过1 MHz，首先检查调制指数是否设置为0.5。在nRF Connect SDK中，调制指数由CONFIG_BT_CTLR_TX_PWR和CONFIG_BT_CTLR_PHY共同决定。如果调制指数偏离，需要重新校准射频前端。

如果802.15.4的频谱旁瓣超标，检查O-QPSK的滤波器设置。nRF802154驱动默认使用根升余弦滤波器，滚降系数为0.5。如果滚降系数设置不当，会导致旁瓣扩展。在nRF Connect SDK中，可以通过CONFIG_IEEE802154_RADIO调整滤波器参数。

如果LTE-M的EVM超标，检查QPSK和16QAM的调制质量。在nRF91平台上，EVM由nrf_modem的射频校准决定。如果EVM超过17.5%（QPSK）或12.5%（16QAM），需要重新校准射频前端或检查天线匹配。

最后，所有测试结果都需要记录在测试报告中，包括测试条件、测试设备、测试参数和测试结果。对于认证测试，还需要确认测试环境是否满足3GPP或蓝牙SIG的要求。在nRF平台上，可以使用nrf_radio_test和nrf_modem的日志功能记录测试数据。