淺談藍(lán)牙無線測(cè)試
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關(guān)鍵詞: 兼容性測(cè)試 無線測(cè)試 射頻指標(biāo) 藍(lán)牙無線測(cè)試儀
藍(lán)牙產(chǎn)品制造商為了獲得藍(lán)牙商標(biāo)，必須將其藍(lán)牙產(chǎn)品交給BQTF（藍(lán)牙認(rèn)證測(cè)試設(shè)備）進(jìn)行測(cè)試，并將其測(cè)試結(jié)果和產(chǎn)品送給BQB（藍(lán)牙認(rèn)證人員）進(jìn)行審查。藍(lán)牙認(rèn)證比較復(fù)雜，每進(jìn)行一次藍(lán)牙認(rèn)證，申請(qǐng)者都要向BQRB（藍(lán)牙認(rèn)證評(píng)價(jià)委員會(huì)）交納一筆可觀的費(fèi)用。因此，藍(lán)牙產(chǎn)品制造商非常有必要進(jìn)行藍(lán)牙預(yù)認(rèn)證。藍(lán)牙測(cè)試包括兼容性測(cè)試和互通性測(cè)試，藍(lán)牙無線測(cè)試屬于兼容性測(cè)試，驗(yàn)證藍(lán)牙產(chǎn)品的射頻性能是否符合藍(lán)牙射頻規(guī)范。許多OEM廠家直接購買已經(jīng)獲得藍(lán)牙認(rèn)證的藍(lán)牙芯片或模塊，進(jìn)而開發(fā)藍(lán)牙產(chǎn)品，如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、電腦、打印機(jī)、MP3播放器、數(shù)字相機(jī)、汽車、玩具等。由于不同類型產(chǎn)品的需要，可能需要更換天線，或者由于其它無線模塊或時(shí)鐘模塊的影響，以及電源的變化，這些都會(huì)導(dǎo)致藍(lán)牙最終產(chǎn)品的射頻性能發(fā)生變化，因此在研發(fā)和生產(chǎn)過程中必須對(duì)該產(chǎn)品的射頻性能進(jìn)行測(cè)試，以保證其無線指標(biāo)符合藍(lán)牙射頻規(guī)范的要求。
1 藍(lán)牙無線測(cè)試方法和指標(biāo)
目前的藍(lán)牙無線測(cè)試規(guī)范的版本為0.91版本，它定義了藍(lán)牙無線測(cè)試指標(biāo)及其測(cè)試方法。藍(lán)牙無線測(cè)試配置包括一臺(tái)測(cè)試儀和被測(cè)設(shè)備（EUT,Equipment Under Test），其中測(cè)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(jīng)空中傳輸相連。測(cè)試儀發(fā)送LMP指令，激活EUT進(jìn)入測(cè)試模式，并對(duì)測(cè)試儀與EUT之間的藍(lán)牙鏈路的一些參數(shù)進(jìn)行配置。如測(cè)試方式是環(huán)回還是發(fā)送方式，是否需要進(jìn)行跳頻，分組是單時(shí)隙分組還是多時(shí)隙分組，分組的凈菏是PN9，還是00001111、01010101。測(cè)試模式是一個(gè)特殊的狀態(tài)，出于安全的考慮，EUT必須首先設(shè)為“Enalle”狀態(tài)，然后才能空中激活進(jìn)入測(cè)試模式。
下面介紹藍(lán)牙無線指標(biāo)及其測(cè)試方法。
1.1發(fā)信機(jī)測(cè)試
（1）輸出功率
測(cè)試儀對(duì)初始狀態(tài)設(shè)置如下：鏈路為跳頻，EUT置為環(huán)回（Loop back）。測(cè)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(duì)測(cè)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(cè)試儀。測(cè)試儀在低、中、高三個(gè)頻點(diǎn)，對(duì)整個(gè)突發(fā)范圍內(nèi)測(cè)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(jí)為1，平均功率> 0dBm；如果EUT的功率等級(jí)為2，-6dBm<平均功率<4dBm；如果EUT的功率等級(jí)為3，平均功率<0dBm。
?。?）功率密度
初始狀態(tài)同（1），測(cè)試儀通過掃頻，在240MHz頻帶范圍內(nèi)找到對(duì)應(yīng)最大功率的頻點(diǎn)，然后以此頻點(diǎn)進(jìn)行時(shí)域掃描（掃描時(shí)間為1分鐘），測(cè)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(gè)頻點(diǎn)，回送調(diào)制信號(hào)為PN9的DH1分組。測(cè)試儀通過LMP信令控制EUT輸出功率，并測(cè)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(cè)試儀對(duì)EUT回送的凈荷為PN9的DH1分組掃頻測(cè)量。當(dāng)EUT工作在最低頻點(diǎn)時(shí)，測(cè)試儀找到功率密度下降為-80dBm/Hz時(shí)的頻點(diǎn)fL；當(dāng)EUT工作在最高頻點(diǎn)時(shí)，測(cè)試儀找到功率密度下降為-80dBm/Hz時(shí)的頻點(diǎn)fH。對(duì)于79信道的系統(tǒng)，要求fL、fH位于2.4～2.4835GHz范圍內(nèi)。
?。?）20dB帶寬
初始狀態(tài)同（3），EUT分別工作在低、中、高三個(gè)頻點(diǎn)，回送調(diào)制信號(hào)為PN9的DH1分組。測(cè)試儀掃頻找到對(duì)應(yīng)最大功率的頻點(diǎn)，并且找到其左右兩側(cè)對(duì)應(yīng)功率下降20dB時(shí)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(diǎn)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(cè)試儀掃描整個(gè)藍(lán)牙頻段，測(cè)試各個(gè)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(diào)制特性
初始狀態(tài)同（3）, EUT分別工作在低、中、高三個(gè)頻點(diǎn)。測(cè)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(duì)EUT回送的分組計(jì)算頻率偏移的峰值和均值，分別記為Df1max 和Df1avg。測(cè)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(duì)EUT回送的分組計(jì)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(cè)試儀。測(cè)試儀先將鏈路置為非跳頻，EUT分別工作在低、中、高三個(gè)頻點(diǎn)，然后測(cè)試儀再將鏈路置為跳頻。測(cè)試儀根據(jù)4個(gè)前導(dǎo)碼計(jì)算載波頻率f0，要求與標(biāo)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(gè)頻點(diǎn)，回送調(diào)制信號(hào)為10101010的DH1/DH3/DH5分組。測(cè)試儀先根據(jù)4個(gè)前導(dǎo)碼計(jì)算載波頻率f0，然后每10比特凈荷測(cè)試一次頻率，其與初始載頻的差為瞬時(shí)頻率漂移。最后測(cè)試儀將跳頻打開，重新測(cè)試所有頻點(diǎn)下的瞬時(shí)頻率漂移。瞬時(shí)頻率漂移之間的差定義為漂移速率。對(duì)于DH1分組，要求每次的瞬時(shí)漂移小于25kHz，對(duì)于DH3、DH5分組，要求載波瞬時(shí)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(jī)測(cè)試
以上介紹了藍(lán)牙發(fā)信機(jī)的無線指標(biāo)及其測(cè)試。對(duì)于收信機(jī)測(cè)試來說，所有指標(biāo)的測(cè)試都是基于誤比特率的統(tǒng)計(jì)，并且至少要統(tǒng)計(jì)1600000個(gè)比特。眾所周知，在誤幀率較大的情況下統(tǒng)計(jì)誤比特率沒有任何意義，因此，為了準(zhǔn)確測(cè)試收信機(jī)的性能，測(cè)試儀必須能測(cè)試由以下6種情況導(dǎo)致的FER：CRC誤差、不正確的凈荷長度、同步字出錯(cuò)、HEC出錯(cuò)、EUT給MT8850A回送NACK分組、在預(yù)期的時(shí)隙內(nèi)沒有收到EUT發(fā)送的分組。下面介紹藍(lán)牙收信機(jī)的測(cè)試。
?。?）單時(shí)隙靈敏度
初始狀態(tài)同1.1（3），EUT分別工作在低、中、高三個(gè)頻點(diǎn)，回送調(diào)制信號(hào)為PN9的DH1分組。依照藍(lán)牙規(guī)范的要求，測(cè)試儀控制其輸出功率，以使EUT的收信功率為-70dBm。藍(lán)牙規(guī)范允許EUT發(fā)送的射頻信號(hào)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(diào)制、符號(hào)定時(shí)等引起的誤差。假如EUT的收信機(jī)性能由一個(gè)輸出“完美”信號(hào)的測(cè)試儀來測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果不足以提供冗余度來適應(yīng)真正的無線傳輸環(huán)境，用戶將得到一個(gè)關(guān)于收信機(jī)質(zhì)量的錯(cuò)誤結(jié)果。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，對(duì)于有擾測(cè)試，藍(lán)牙收信機(jī)的靈敏度一般會(huì)劣化4~10dB，具體值與分組長度和藍(lán)牙芯片種類有關(guān)。測(cè)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(lán)牙信號(hào)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(fù)。此外，藍(lán)牙基帶信號(hào)還受一正弦波調(diào)制。測(cè)試儀對(duì)誤碼率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(cè)試一遍。
（2）多時(shí)隙靈敏度
類似于單時(shí)隙靈敏度的測(cè)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(gè)頻點(diǎn)。測(cè)試儀發(fā)送的有用信號(hào)為凈荷PN9的DH1分組，同時(shí)還發(fā)送凈荷PN15的藍(lán)牙干擾信號(hào)。有用信號(hào)和干擾信號(hào)的功率電平參見表2。測(cè)試儀進(jìn)行誤碼率統(tǒng)計(jì)，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(hào)時(shí)，接收機(jī)接收有用信號(hào)的能力。初始狀態(tài)同1.1（3）,EUT收發(fā)頻點(diǎn)為2460MHz（58號(hào)信道）。測(cè)試儀不僅發(fā)送凈荷為PN9的DH1分組作為有用信號(hào)，而且發(fā)送頻率為30MHz到12.75GHz之間的連續(xù)波干擾信號(hào)。有用信號(hào)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(jī)可以接收的最小電平。干擾信號(hào)的電平比表3給出的大2dB。測(cè)試儀統(tǒng)計(jì)誤碼率，如果BER>0.1%,則測(cè)試儀記錄此時(shí)干擾信號(hào)的頻點(diǎn),要求頻點(diǎn)的個(gè)數(shù)小于24。其他條件不變，僅把干擾信號(hào)的電平降為-50dBm，測(cè)試儀記錄BER>0.1%時(shí)的干擾信號(hào)的頻點(diǎn)，要求其個(gè)數(shù)小于5個(gè)。
?。?）互調(diào)性能
互調(diào)特性是指存在兩個(gè)或多個(gè)跟有用信號(hào)有特定頻率關(guān)系（它們的互調(diào)產(chǎn)物剛好落在有用信號(hào)帶內(nèi)）的干擾信號(hào)的情況下的接收能力。初始狀態(tài)同1.1(3),EUT收發(fā)頻點(diǎn)相同，分別為低 、中、高頻點(diǎn)。測(cè)試儀不僅發(fā)送凈荷為PN9的DH1分組作為有用信號(hào)，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(hào)，以及功率為-39dBm、頻率為f2的PN15調(diào)制的藍(lán)牙干擾信號(hào)。2倍的f1與f2的差正好等于EUT的收信頻點(diǎn)，并且f2- f1 =3MHz、4MHz或5MHz。測(cè)試儀統(tǒng)計(jì)誤碼率，要求BER〈0.1%。
?。?）最大輸入電平
即藍(lán)牙接收機(jī)的飽和電平。初始狀態(tài)同1.1(3),EUT工作于低、中、高頻點(diǎn)。測(cè)試儀發(fā)送凈荷為PN9的DH1分組信號(hào)，并控制其發(fā)射功率，以使EUT收信機(jī)入口處的電平為-20dBm。測(cè)試儀統(tǒng)計(jì)誤碼率，要求BER〈0.1%。
另外,收發(fā)信機(jī)均需要測(cè)試帶外雜散,即依據(jù)ETS或FCC標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試EUT在工作狀態(tài)和備用狀態(tài)下，30MHz～12.75GHz頻率范圍內(nèi)的帶外雜散，包括天線傳導(dǎo)雜散和機(jī)箱輻射雜散。
2 藍(lán)牙無線測(cè)試儀
以上介紹了藍(lán)牙無線測(cè)試的基本指標(biāo)。作為藍(lán)牙測(cè)試儀必須滿足以下要求：為了與EUT建立藍(lán)牙鏈路，測(cè)試儀必須具備藍(lán)牙協(xié)議棧；為了進(jìn)行藍(lán)牙無線測(cè)試，測(cè)試儀必須完全支持藍(lán)牙測(cè)試模式協(xié)議；必須能每秒進(jìn)行1600次跳頻；必須支持“dirty transmitter”。
安立公司推出的藍(lán)牙無線綜合測(cè)試儀MT8850A完全滿足以上的要求。它完全遵從最新的藍(lán)牙無線測(cè)試規(guī)范0.91版,可以測(cè)試8項(xiàng)藍(lán)牙無線指標(biāo)：對(duì)于發(fā)信機(jī)測(cè)試輸出功率、功率控制、初始載頻、載頻漂移、調(diào)制；對(duì)于收信機(jī)，測(cè)試單時(shí)隙靈敏度、多時(shí)隙靈敏度、最大輸入電平。MT8850A的主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確、迅速、靈活。MT8850A的測(cè)試速度非?？?，用于生產(chǎn)線上的典型測(cè)試，即測(cè)試功率、頻率、調(diào)制和收信靈敏度4個(gè)指標(biāo)只需要3s，這對(duì)于提高藍(lán)牙生產(chǎn)線的效率非常有用。用戶可以在MT8850A上對(duì)測(cè)試腳本進(jìn)行編輯,測(cè)試腳本是一系列藍(lán)牙測(cè)試項(xiàng)的集合。用戶可以選擇需要的測(cè)試項(xiàng)目，并對(duì)測(cè)試環(huán)境進(jìn)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(cè)試。您只需按一下“RUN”， MT8850A將自動(dòng)建立一條藍(lán)牙鏈路，激活測(cè)試模式，自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試并匯報(bào)測(cè)試結(jié)果。
ME7865A是安立公司推出的藍(lán)牙無線預(yù)認(rèn)證系統(tǒng)，目前正在申請(qǐng)BQTF。它可以測(cè)試藍(lán)牙射頻規(guī)范所規(guī)定的16個(gè)無線指標(biāo)。ME7865A主要由兩臺(tái)MT8850A、一臺(tái)頻譜分析儀、一臺(tái)功率計(jì)、一臺(tái)PC，一個(gè)射頻切換盒構(gòu)成，儀表之間通過GPIB（通用接口總線）相連，其中一臺(tái)MT8850A作為主測(cè)儀，另一臺(tái)MT8850A產(chǎn)生藍(lán)牙干擾信號(hào)。ME7865A會(huì)自動(dòng)完成16個(gè)藍(lán)牙射頻指標(biāo)的測(cè)試，并且自動(dòng)生成Word格式的測(cè)試報(bào)告，您可以將測(cè)試報(bào)告提交給BQB.
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