《排列三字谜》

蓝牙BR/EDR测试,“老司机”是这样测的

2018/5/12 20:49:24

本文地址:http://www.tjsni.com.cn/article/3000081699
文章摘要:蓝牙BR/EDR测试,“老司机”是这样测的,空洞无物内衣网叶钊颖,智能停车龙江路际地蟠天。

  许多产品厂家直接购买已经获得蓝牙认证的蓝牙芯片或模块,进而开发蓝牙产品,单很多原因都会导致蓝牙最终产品的射频性能发生变化,因此在研发和生产过程中必须对该产品的射频性能进行测试,以保证其无线指标符合蓝牙射频规范的要求。

  Bluetooth SIG的蓝牙测试规范定义了蓝牙无线测试指标及其测试方法。蓝牙无线测试配置包括一台测试仪和被测设备DUT,两者之间可以通过射频线相连也可以通过天线耦合进行测试。测试仪发送指令激活DUT进入测试模式,并对测试仪与DUT之间的蓝牙链路的一些参数进行配置。如测试方式是环回还是发送方式,是否需要进行跳频,分组是单时隙分组还是多时隙分组 。

  在测试之前,需要针对蓝牙版本及具体支持的蓝牙技术来选择测试项目。本篇针对经典蓝牙技术(BR/EDR)的射频测试项目做解读,关于蓝牙低功耗BLE部分的测试项目会在之后的文章内解读。

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  针对经典蓝牙(BR/EDR)与蓝牙低功耗(BLE),蓝牙SIG组织采用了不同的射频测试规范来定义其测试要求。本篇参照最新的RF.TS.5.0.1标准(如需下载测试标准,请留言留下邮件地址)。

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  >>>经典蓝牙(BR/EDR)射频TX发射测试项目<<<

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  >>>经典蓝牙(BR/EDR)射频RX接收测试项目<<<

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  RF/TRM/CA/BV-01-C

  输出功率

  Output Power

  测试目的:

  验证DUT的最大峰值射频输出功率与平均射频输出功率。

  测试通过标准:

  平均等效全向辐射功率 PAV EIRP 小于100 mW (20 dBm)。对应待测设备所支持的所有功率等级,平均输出功率 PAV 应满足以下条件:

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  RF/TRM/CA/BV-02-C

  功率密度

  Power Density

  测试目的:

  验证最大射频输出功率密度。最大射频输出功率密度是DUT在指定的工作带宽内的最大发射功率。

  测试通过标准:

  功率密度应小于 100 mW (20dBm) /100 kHz EIRP。

  RF/TRM/CA/BV-03-C

  功率控制

  Power Contorl

  测试目的:

  验证发射功率控制能力。利用该特性,如果接收到的信号特性与当前蓝牙设备的优选值相差太大,则设备可以请求增加或减少其他设备的发送功率。功率调整请求可以在成功的基带寻呼过程之后随时进行。

  测试通过标准:

  测试预期结果是指步长和最小输出功率。后者取决于DUT的功率等级。功率控制的步长应大于2 dB、小于8 dB。对于功率等级Class 1的设备:在最小功率台阶时平均功率应小于4 dBm。

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  RF/TRM/CA/BV-04-C

  发射输出频谱 – 频率范围

  TX Output Spectrum - Frequency range

  测试目的:

  验证在工作频率范围内的发射是否在限度之内。频率范围的定义是指在该频率范围内DUT的功率密度在一个指定值之上。

  测试通过标准:

  当DUT工作在最低频点时,找到功率密度下降为 -80 dBm/Hz时的频点 fL;当DUT工作在最高频点时,找到功率密度下降为-80 dBm/Hz时的频点 fH。要求 fL、fH位于2.4~2.4835 GHz范围内。

  RF/TRM/CA/BV-05-C

  发射输出频谱 – 20 dB带宽

  TX Output Spectrum - 20 dB Bandwidth

  测试目的:

  验证在工作频率范围内的发射是否在限度之内。20 dB带宽的定义是指在该频率范围之外DUT的信号功率比信号峰值功率下降至少20 dB。

  测试通过标准:

  找到对应最大功率的频点,并且找到其左右两侧对应功率下降20 dB时的 fL和fH,20 dB带宽Df = | fH - fL |,如果最大功率大于等于0 dBm,要求Df小于1 MHz;如果最大功率低于0 dBm,要求Df小于1.5 MHz。

  RF/TRM/CA/BV-06-C

  发射输出频谱 – 邻信道功率

  TX Output Spectrum - Adjacent channel power

  测试目的:

  验证在工作频率范围内的发射是否在限度之内。相邻信道功率是当DUT在相邻的信道发送信号时,在蓝牙频率范围内的1个1 MHz信道内测得功率的总和。

  测试通过标准:

  要求相邻第2信道的泄漏功率小于-20 dBm,相邻第3信道及其以上信道的泄漏功率小于-40 dBm。

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  RF/TRM/CA/BV-07-C

  调制特性

  Modulation Characteristics

  测试目的:

  调制指数的验证。在蓝牙消息中,正频偏表示为二进制的1,负频偏表示二进制的0。频率偏差被称为蓝牙系统的调制特性。

  测试通过标准:

  测试仪以所支持的最大分组长度发送数据序列11110000,并对DUT回送的序列计算频率偏差的峰值和均值,分别记为Df1max 和Df1avg。测试仪以所支持的最大分组长度发送数据序列10101010,并对DUT回送的序列计算频率偏差的峰值和均值,分别记为Df2max 和Df2avg,要求满足以下条件:对应于11110000的平均频率偏差(Df1avg)必须在140kHz与175kH之间,至少99.9%的对应于01010101的最大频率偏差(Df2max)必须大于115 kHz, Df2avg与Df1avg之比应大于等于0.8。

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  RF/TRM/CA/BV-08-C

  初始载波频率容限

  Initial Carrier Frequency Tolerance

  测试目的:

  验证发射机载波频率的精度。在现代设计中,初始载频误差测量晶体振荡器的精度,并对星座产生影响。

  测试通过标准:

  测试仪根据4个前导码来计算信号的实际载波频率,要求与标称工作频率的差小于75kHz。

  RF/TRM/CA/BV-09-C

  载波频率漂移

  Carrier Frequency Drift

  测试目的:

  分组数据内发射机中心频率漂移的验证。

  测试通过标准:

  按照一个数据分组内时隙的个数,对应的载波频率漂移上限如下表。此外允许最大漂移速率是400 Hz/μs (20 kHz/50μs)。

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  RF/TRM/CA/BV-10-C

  EDR 相对发射功率

  EDR Relative Transmit Power

  测试目的:

  这个测试是确保一个EDR数据分组在GFSK频率调制和DPSK相位调制下的平均发射功率的差别在一个可以接受的范围内。

  测试通过标准:

  GFSK部分(发送接入码与Header期间)的平均功率被注为PGFSK,DPSK部分(发送同步序列与负载数据)的平均功率被注为PDPSK ,这2者之间要满足:(PGFSK -4 dB)< PDPSK < (PGFSK +1 dB)。

  RF/TRM/CA/BV-11-C

  EDR 载频稳定性与调制精度

  EDR Carrier Frequency Stability & Modulation Accuracy

  测试目的:

  载波频率稳定度测量对初始载波频率误差进行校正后的每个分组的EDR部分的发射机载波频率的综合误差和漂移。它通常表示为“ω0”。初始载波频率误差是在任何分组信息传输之前载波频率精度的量度。它通常表示为“ωi”。差分误差矢量是向量之间的差,这些向量表示发送信号的连续符号,通过指定的测量滤波器传递,以最佳采样相位的码元速率采样,并对载波频率误差和理想载波相位变化进行补偿。差分误差矢量幅度(DEVM)是归一化误差向量的幅度。发射机调制精度由以下3个DEVM值来描述:Peak DEVM,RMS DEVM和99% DEVM。

  测试通过标准:

  载波频率稳定度ω0不超过± 10 kHz。初始载波频率误差ωi不超过± 75 kHz。载波频率稳定度ω0与初始载波频率误差ωi的总和不超过± 75 kHz。

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  差分误差矢量幅度(DEVM)的最大值要求如下:

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  RF/TRM/CA/BV-12-C

  EDR 差分相位编码

  EDR Differential Phase Encoding

  测试目的:

  验证调制器正确地对差分相位数据进行编码。在EDR模式,差分PSK调制器被用于将二进制数据流映射到在复变量平面的一组指定的相位角。差分相位编码参数描述了PSK调制器的性能。

  测试通过标准:

  按照测试规范的流程,此测试的预期结果是,99%的数据包将没有检测到的错误。

  RF/TRM/CA/BV-13-C

  EDR 带内杂散发射

  EDR In-band Spurious Emissions

  测试目的:

  带内杂散发射是当DUT在相邻的信道发送信号时一个信道的每500 kHz带宽上的功率总和。

  测试通过标准:

  EDR带内杂散发射必须至少比最大功率测量结果(离开载频最大500kHz)低26分贝。结合邻道功率的要求,对带内杂散发射的要求定义了所谓的EDR蓝牙信号发射机频谱模板遮罩,如图所示。

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  RF/TRM/CA/BV-14-C

  增强功率控制

  Enhanced Power Control

  测试目的:

  验证发射增强功率控制。

  测试通过标准:

  - 对于所有支持的调制方式要求的增强功率控制的步长应大于2 dB、小于8 dB。

  - 在每个测量流程阶段,支持的调制方式的GFSK Headers之间的功率差应在10dB以内。

  - 对于功率等级Class 1的设备:在最小功率台阶时平均功率应小于4 dBm。

  - 当DUT已上报了每个支持调制方式的最大功率,在测量流程e阶段每个支持的调制方式的测试开始时最大功率应该与测试序列结束时测量功率值差小于+/- 3dB。

  RF/TRM/CA/BV-15-C

  EDR保护时间

  EDR Guard Time

  测试目的:

  验证基础速率数据分组包头部与增强速率同步序列之间的保护时间的持续时间。

  测试通过标准:

  对于95%的被测量数据分组包的保护时间必须落在:4.75 - 0.15μs与5.25 + 0.15μs之间,0.15 μs是由于测量过程造成的允许的不确认冗余。

  RF/TRM/CA/BV-16-C

  EDR 同步序列与尾部

  EDR Synchronization Sequence and Trailer

  测试目的:

  验证EDR分组数据里发送的同步序列与尾部。

  测试通过标准:

  对于每个调制,期望结果是在所有50个测试分组包中同步序列零位错误,并且在所有尾部符号中不超过一个位错误。

  RF/RCV/CA/BV-01-C

  灵敏度 – 单时隙包

  Sensitivity - single slot packets

  测试目的:

  接收机的实际灵敏度被定义为满足误码率(BER)的某一最大值的输入电平。灵敏度是接收器在真实的会话环境中可靠工作所需的最小信号电平的量度。它与设备噪声系数相关,因此它是设备噪声系数的量度。这里先使用非理想发射机(单时隙分组)来测试灵敏度。这个测试用例定义了发送到DUT的输入信号。DUT应满足这种非理想的信号灵敏度的要求。

  测试通过标准:

  对于基本速率模式,对于定义的灵敏度的最大BER值为0.1%(在1600000个返回有效载荷位之后)。测量到的灵敏度应大于等于-70 dBm。

  RF/RCV/CA/BV-02-C

  灵敏度 – 多时隙包

  Sensitivity - multi-slot packets

  测试目的:

  多时隙分组数据包以灵敏度电平发送给DUT(最大允许长度)。这个测试用例定义了发送到DUT的输入信号。DUT应满足这种非理想的信号灵敏度的要求。

  测试通过标准:

  对于基本速率模式,对于定义的灵敏度的最大BER值为0.1%(在1600000个返回有效载荷位之后)。测量到的灵敏度应大于等于-70 dBm。

  RF/RCV/CA/BV-03-C

  载干比性能

  C/I performance

  测试目的:

  在相同或相邻信道干扰下验证接收机性能。最小的载干比性能是由一组信号和干扰的功率电平来描述的,且必须显示最大BER值。载干比性能测量当当前信道或相邻信道存在干扰时,接收机在某个给定信道解析信号的能力。通过这样,载干比性能测试了设备DSP的功能。

  测试通过标准:

  蓝牙技术联盟的规定的要求仅适用于干扰信号的频率是在2400-2483.5MHz频段。对于基础速率与增强速率,对于下表显示的所有信号干扰比,最大BER不能超过0.1%。

  RF/RCV/CA/BV-04-C

  阻塞性能

  Blocking performance

  测试目的:

  在干扰存在情况下下验证接收机性能。

  测试通过标准:

  BER应小于0.1%(在最小采样数1600000个返回有效载荷位之后)。在测试流程第g步所记录的频点不能超过24个,在测试流程第h步所记录的频点不能超过5个。

  RF/RCV/CA/BV-05-C

  互调性能

  Intermodulation Performance

  测试目的:

  验证接收机互调性能。互调是接收机在其输入端存在多个频率时的一个性能参数。它被描述为在存在三个频率的情况下接收机的误码率性能的劣化:所需信号和两个不希望的信号。

  测试通过标准:

  对于基础速率,在测试标准指定所需信号和不希望的信号对应的频率与功率条件下,BER应小于0.1%。

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  RF/RCV/CA/BV-06-C

  最大输入电平

  Maximum Input Level

  测试目的:

  验证接收机性能。类似于互调,这是接收机的误码率性能的退化;这里,输入信号是指定的高功率电平。

  测试通过标准:

  当最大输入信号电平在-20dBm条件下,BER应小于等于0.1%(在最小采样数1600000个返回有效载荷位之后)。

  RF/RCV/CA/BV-07-C

  EDR 灵敏度

  EDR Sensitivity

  测试目的:

  使用非理想发射机来验证10的-4次方位误码率下的接收机灵敏度。

  测试通过标准:

  对于增强速率模式,对于定义的灵敏度的最大BER值为0.01%(在160,000,000个返回有效载荷位之后)。测量到的灵敏度应大于等于-70 dBm。

  RF/RCV/CA/BV-08-C

  EDR BER底限性能

  EDR BER Floor Performance

  测试目的:

  验证10的-5次方位误码率下的接收机灵敏度。底限性能是增强速率模式DUT在指定的低功率接收信号时对BER的测量。

  测试通过标准:

  BER底限性能测试设备的DSP功能,并确保能力达到0% BER。蓝牙SIG指定最低误码率显示时最低功率电平是- 60 dBm。该值被选择为假设在Class 1等级蓝牙设备的传输中80dB的路径损耗,对应于大约100米的传播距离。这种测量提供了在实际情况下接收器性能的指示,当两个蓝牙设备相距很远(或者在不理想的情况下,例如在视线之外)。蓝牙SIG指定当高于参考灵敏度电平(–70 dBm)10dB时EDR接收机应实现小于0.001%的误码率(在160,000,000个返回有效载荷位之后),或小于0.0007%的误码率(在8,000,000个返回有效载荷位之后)。

  RF/RCV/CA/BV-09-C

  EDR 载干比性能

  EDR C/I Performance

  测试目的:

  在相同或相邻信道干扰下验证接收机性能。

  测试通过标准:

  蓝牙技术联盟的规定的要求仅适用于干扰信号的频率是在2400-2483.5MHz频段。对于基础速率与增强速率,对于给定的所有信号干扰比(见RF/RCV/CA/BV-03-C),最大BER不能超过0.1%。

  RF/RCV/CA/BV-10-C

  EDR 最大输入电平

  EDR Maximum Input Level

  测试目的:

  在给定的最大输入信号电平下验证接收机性能。

  测试通过标准:

  当最大输入信号电平在-20dBm条件下,BER应小于等于0.1%。


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