淺談藍牙無線測試
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關鍵詞: 兼容性測試 無線測試 射頻指標 藍牙無線測試儀
藍牙產品制造商為了獲得藍牙商標，必須將其藍牙產品交給BQTF（藍牙認證測試設備）進行測試，并將其測試結果和產品送給BQB（藍牙認證人員）進行審查。藍牙認證比較復雜，每進行一次藍牙認證，申請者都要向BQRB（藍牙認證評價委員會）交納一筆可觀的費用。因此，藍牙產品制造商非常有必要進行藍牙預認證。藍牙測試包括兼容性測試和互通性測試，藍牙無線測試屬于兼容性測試，驗證藍牙產品的射頻性能是否符合藍牙射頻規(guī)范。許多OEM廠家直接購買已經獲得藍牙認證的藍牙芯片或模塊，進而開發(fā)藍牙產品，如移動電話、個人數(shù)字助理（PDA）、電腦、打印機、MP3播放器、數(shù)字相機、汽車、玩具等。由于不同類型產品的需要，可能需要更換天線，或者由于其它無線模塊或時鐘模塊的影響，以及電源的變化，這些都會導致藍牙最終產品的射頻性能發(fā)生變化，因此在研發(fā)和生產過程中必須對該產品的射頻性能進行測試，以保證其無線指標符合藍牙射頻規(guī)范的要求。
1 藍牙無線測試方法和指標
目前的藍牙無線測試規(guī)范的版本為0.91版本，它定義了藍牙無線測試指標及其測試方法。藍牙無線測試配置包括一臺測試儀和被測設備（EUT,Equipment Under Test），其中測試儀作為主單元，EUT作為從單元。兩者之間可以通過射頻電纜相連也可以通過天線經空中傳輸相連。測試儀發(fā)送LMP指令，激活EUT進入測試模式，并對測試儀與EUT之間的藍牙鏈路的一些參數(shù)進行配置。如測試方式是環(huán)回還是發(fā)送方式，是否需要進行跳頻，分組是單時隙分組還是多時隙分組，分組的凈菏是PN9，還是00001111、01010101。測試模式是一個特殊的狀態(tài)，出于安全的考慮，EUT必須首先設為“Enalle”狀態(tài)，然后才能空中激活進入測試模式。
下面介紹藍牙無線指標及其測試方法。
1.1發(fā)信機測試
?。?）輸出功率
測試儀對初始狀態(tài)設置如下：鏈路為跳頻，EUT置為環(huán)回（Loop back）。測試儀發(fā)射凈荷為PN9，分組類型為所支持的最大長度的分組，EUT對測試儀發(fā)出的分組解碼，并使用相同的分組類型以其最大輸出功率將凈荷回送給測試儀。測試儀在低、中、高三個頻點，對整個突發(fā)范圍內測量峰值功率和平均功率。規(guī)范要求峰值功率和平均功率各小于23dBm和20dBm，并且滿足以下要求：如果EUT的功率等級為1，平均功率> 0dBm；如果EUT的功率等級為2，-6dBm<平均功率<4dBm；如果EUT的功率等級為3，平均功率<0dBm。
（2）功率密度
初始狀態(tài)同（1），測試儀通過掃頻，在240MHz頻帶范圍內找到對應最大功率的頻點，然后以此頻點進行時域掃描（掃描時間為1分鐘），測出最大值，要求小于20dBm/100kHz。
?。?）功率控制
初始狀態(tài)為環(huán)回，非跳頻。EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調制信號為PN9的DH1分組。測試儀通過LMP信令控制EUT輸出功率，并測試功率控制步長的范圍，規(guī)范要求在2dB和8dB之間。
?。?）頻率范圍
初始狀態(tài)同（3），測試儀對EUT回送的凈荷為PN9的DH1分組掃頻測量。當EUT工作在最低頻點時，測試儀找到功率密度下降為-80dBm/Hz時的頻點fL；當EUT工作在最高頻點時，測試儀找到功率密度下降為-80dBm/Hz時的頻點fH。對于79信道的系統(tǒng)，要求fL、fH位于2.4～2.4835GHz范圍內。
?。?）20dB帶寬
初始狀態(tài)同（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調制信號為PN9的DH1分組。測試儀掃頻找到對應最大功率的頻點，并且找到其左右兩側對應功率下降20dB時的fL和fH，20dB帶寬Df = | fH - fL |，要求Df小于1MHz。
?。?）相鄰信道功率
初始狀態(tài)同（3）, EUT工作頻點分別為第3信道、第39信道和第75信道，回送凈荷為PN9的DH1分組。測試儀掃描整個藍牙頻段，測試各個信 道的功率。要求相鄰第2道的泄漏功率小于-20dBm，相鄰第3道及其以上的泄漏功率小于-40dBm。 ?。?）調制特性
初始狀態(tài)同（3）, EUT分別工作在低、中、高三個頻點。測試儀以所支持的最大分組長度發(fā)送凈荷為11110000的分組，并對EUT回送的分組計算頻率偏移的峰值和均值，分別記為Df1max 和Df1avg。測試儀以所支持的最大分組長度發(fā)送凈荷為10101010的分組，并對EUT回送的分組計算頻率偏移的峰值和均值，分別記為Df2max 和Df2avg，要求滿足以下條件：至少99.9%的Df1max滿足 140kHz< Df1max <175kHz；至少99.9%的Df2max 3115kHz；Df2avg /Df1avg 30.8。
（8）初始載波容限
EUT為環(huán)回狀態(tài)，回送凈荷為PN9的DH1給測試儀。測試儀先將鏈路置為非跳頻，EUT分別工作在低、中、高三個頻點，然后測試儀再將鏈路置為跳頻。測試儀根據(jù)4個前導碼計算載波頻率f0，要求與標稱頻率fTX的差小于75kHz。
?。?）載波頻率漂移
初始狀態(tài)同（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調制信號為10101010的DH1/DH3/DH5分組。測試儀先根據(jù)4個前導碼計算載波頻率f0，然后每10比特凈荷測試一次頻率，其與初始載頻的差為瞬時頻率漂移。最后測試儀將跳頻打開，重新測試所有頻點下的瞬時頻率漂移。瞬時頻率漂移之間的差定義為漂移速率。對于DH1分組，要求每次的瞬時漂移小于25kHz，對于DH3、DH5分組，要求載波瞬時漂移小于40kHz。規(guī)范還要求載波漂移速率小于4000Hz/10μs。
1.2 收信機測試
以上介紹了藍牙發(fā)信機的無線指標及其測試。對于收信機測試來說，所有指標的測試都是基于誤比特率的統(tǒng)計，并且至少要統(tǒng)計1600000個比特。眾所周知，在誤幀率較大的情況下統(tǒng)計誤比特率沒有任何意義，因此，為了準確測試收信機的性能，測試儀必須能測試由以下6種情況導致的FER：CRC誤差、不正確的凈荷長度、同步字出錯、HEC出錯、EUT給MT8850A回送NACK分組、在預期的時隙內沒有收到EUT發(fā)送的分組。下面介紹藍牙收信機的測試。
?。?）單時隙靈敏度
初始狀態(tài)同1.1（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調制信號為PN9的DH1分組。依照藍牙規(guī)范的要求，測試儀控制其輸出功率，以使EUT的收信功率為-70dBm。藍牙規(guī)范允許EUT發(fā)送的射頻信號具有75kHz的初始誤差和40kHz的頻率漂移，即總共允許有115kHz的誤差。此外，還要考慮調制、符號定時等引起的誤差。假如EUT的收信機性能由一個輸出“完美”信號的測試儀來測試，其測試結果不足以提供冗余度來適應真正的無線傳輸環(huán)境，用戶將得到一個關于收信機質量的錯誤結果。經驗告訴我們，對于有擾測試，藍牙收信機的靈敏度一般會劣化4~10dB，具體值與分組長度和藍牙芯片種類有關。測試儀必須支持有擾發(fā)射(dirty transmitter),見表1，將干擾加入到發(fā)送的藍牙信號中，每20ms一組，從第一組依次到第十組，再返回第一組，不斷重復。此外，藍牙基帶信號還受一正弦波調制。測試儀對誤碼率進行統(tǒng)計，要求誤碼率BER<0.1%。此外，如果有條件的話，最好在跳頻狀態(tài)下再重新測試一遍。
?。?）多時隙靈敏度
類似于單時隙靈敏度的測試，不過分組類型為DH3、DH5。
?。?）C/I性能
初始狀態(tài)同1.1（3）, EUT分別工作在低、中、高三個頻點。測試儀發(fā)送的有用信號為凈荷PN9的DH1分組，同時還發(fā)送凈荷PN15的藍牙干擾信號。有用信號和干擾信號的功率電平參見表2。測試儀進行誤碼率統(tǒng)計，要求BER<0.1%。
?。?）阻塞性能
阻塞特性是指在其它頻段存在大的干擾信號時，接收機接收有用信號的能力。初始狀態(tài)同1.1（3）,EUT收發(fā)頻點為2460MHz（58號信道）。測試儀不僅發(fā)送凈荷為PN9的DH1分組作為有用信號，而且發(fā)送頻率為30MHz到12.75GHz之間的連續(xù)波干擾信號。有用信號的功率電平比參考靈敏度高3dB，參考靈敏度是指滿足一定的誤碼率情況下，接收機可以接收的最小電平。干擾信號的電平比表3給出的大2dB。測試儀統(tǒng)計誤碼率，如果BER>0.1%,則測試儀記錄此時干擾信號的頻點,要求頻點的個數(shù)小于24。其他條件不變，僅把干擾信號的電平降為-50dBm，測試儀記錄BER>0.1%時的干擾信號的頻點，要求其個數(shù)小于5個。
?。?）互調性能
互調特性是指存在兩個或多個跟有用信號有特定頻率關系（它們的互調產物剛好落在有用信號帶內）的干擾信號的情況下的接收能力。初始狀態(tài)同1.1(3),EUT收發(fā)頻點相同，分別為低 、中、高頻點。測試儀不僅發(fā)送凈荷為PN9的DH1分組作為有用信號，其功率比參考靈敏度高6dB；而且發(fā)送功率為-39dBm、頻率為f1的正弦波干擾信號，以及功率為-39dBm、頻率為f2的PN15調制的藍牙干擾信號。2倍的f1與f2的差正好等于EUT的收信頻點，并且f2- f1 =3MHz、4MHz或5MHz。測試儀統(tǒng)計誤碼率，要求BER〈0.1%。
?。?）最大輸入電平
即藍牙接收機的飽和電平。初始狀態(tài)同1.1(3),EUT工作于低、中、高頻點。測試儀發(fā)送凈荷為PN9的DH1分組信號，并控制其發(fā)射功率，以使EUT收信機入口處的電平為-20dBm。測試儀統(tǒng)計誤碼率，要求BER〈0.1%。
另外,收發(fā)信機均需要測試帶外雜散,即依據(jù)ETS或FCC標準，測試EUT在工作狀態(tài)和備用狀態(tài)下，30MHz～12.75GHz頻率范圍內的帶外雜散，包括天線傳導雜散和機箱輻射雜散。
2 藍牙無線測試儀
以上介紹了藍牙無線測試的基本指標。作為藍牙測試儀必須滿足以下要求：為了與EUT建立藍牙鏈路，測試儀必須具備藍牙協(xié)議棧；為了進行藍牙無線測試，測試儀必須完全支持藍牙測試模式協(xié)議；必須能每秒進行1600次跳頻；必須支持“dirty transmitter”。
安立公司推出的藍牙無線綜合測試儀MT8850A完全滿足以上的要求。它完全遵從最新的藍牙無線測試規(guī)范0.91版,可以測試8項藍牙無線指標：對于發(fā)信機測試輸出功率、功率控制、初始載頻、載頻漂移、調制；對于收信機，測試單時隙靈敏度、多時隙靈敏度、最大輸入電平。MT8850A的主要特點是準確、迅速、靈活。MT8850A的測試速度非?？?，用于生產線上的典型測試，即測試功率、頻率、調制和收信靈敏度4個指標只需要3s，這對于提高藍牙生產線的效率非常有用。用戶可以在MT8850A上對測試腳本進行編輯,測試腳本是一系列藍牙測試項的集合。用戶可以選擇需要的測試項目，并對測試環(huán)境進行編輯，如分組數(shù)、跳頻模式等。一旦配置好MT8850A，就可執(zhí)行單鍵測試。您只需按一下“RUN”， MT8850A將自動建立一條藍牙鏈路，激活測試模式，自動進行測試并匯報測試結果。
ME7865A是安立公司推出的藍牙無線預認證系統(tǒng)，目前正在申請BQTF。它可以測試藍牙射頻規(guī)范所規(guī)定的16個無線指標。ME7865A主要由兩臺MT8850A、一臺頻譜分析儀、一臺功率計、一臺PC，一個射頻切換盒構成，儀表之間通過GPIB（通用接口總線）相連，其中一臺MT8850A作為主測儀，另一臺MT8850A產生藍牙干擾信號。ME7865A會自動完成16個藍牙射頻指標的測試，并且自動生成Word格式的測試報告，您可以將測試報告提交給BQB.
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