浅谈蓝牙无线测试
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关键词: 兼容性测试 无线测试 射频指标 蓝牙无线测试仪
蓝牙产品制造商为了获得蓝牙商标，必须将其蓝牙产品交给BQTF（蓝牙认证测试设备）进行测试，并将其测试结果和产品送给BQB（蓝牙认证人员）进行审查。蓝牙认证比较复杂，每进行一次蓝牙认证，申请者都要向BQRB（蓝牙认证评价委员会）交纳一笔可观的费用。因此，蓝牙产品制造商非常有必要进行蓝牙预认证。蓝牙测试包括兼容性测试和互通性测试，蓝牙无线测试属于兼容性测试，验证蓝牙产品的射频性能是否符合蓝牙射频规范。许多OEM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，如移动电话、个人数字助理（PDA）、电脑、打印机、MP3播放器、数字相机、汽车、玩具等。由于不同类型产品的需要，可能需要更换天线，或者由于其它无线模块或时钟模块的影响，以及电源的变化，这些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。
1 蓝牙无线测试方法和指标
目前的蓝牙无线测试规范的版本为0.91版本，它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（EUT,Equipment Under Test），其中测试仪作为主单元，EUT作为从单元。两者之间可以通过射频电缆相连也可以通过天线经空中传输相连。测试仪发送LMP指令，激活EUT进入测试模式，并对测试仪与EUT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，分组的净菏是PN9，还是00001111、01010101。测试模式是一个特殊的状态，出于安全的考虑，EUT必须首先设为“Enalle”状态，然后才能空中激活进入测试模式。
下面介绍蓝牙无线指标及其测试方法。
1.1发信机测试
（1）输出功率
测试仪对初始状态设置如下：链路为跳频，EUT置为环回（Loop back）。测试仪发射净荷为PN9，分组类型为所支持的最大长度的分组，EUT对测试仪发出的分组解码，并使用相同的分组类型以其最大输出功率将净荷回送给测试仪。测试仪在低、中、高三个频点，对整个突发范围内测量峰值功率和平均功率。规范要求峰值功率和平均功率各小于23dBm和20dBm，并且满足以下要求：如果EUT的功率等级为1，平均功率> 0dBm；如果EUT的功率等级为2，-6dBm<平均功率<4dBm；如果EUT的功率等级为3，平均功率<0dBm。
（2）功率密度
初始状态同（1），测试仪通过扫频，在240MHz频带范围内找到对应最大功率的频点，然后以此频点进行时域扫描（扫描时间为1分钟），测出最大值，要求小于20dBm/100kHz。
（3）功率控制
初始状态为环回，非跳频。EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试仪通过LMP信令控制EUT输出功率，并测试功率控制步长的范围，规范要求在2dB和8dB之间。
（4）频率范围
初始状态同（3），测试仪对EUT回送的净荷为PN9的DH1分组扫频测量。当EUT工作在最低频点时，测试仪找到功率密度下降为-80dBm/Hz时的频点fL；当EUT工作在最高频点时，测试仪找到功率密度下降为-80dBm/Hz时的频点fH。对于79信道的系统，要求fL、fH位于2.4～2.4835GHz范围内。
（5）20dB带宽
初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试仪扫频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20dB时的fL和fH，20dB带宽Df = | fH - fL |，要求Df小于1MHz。
（6）相邻信道功率
初始状态同（3）, EUT工作频点分别为第3信道、第39信道和第75信道，回送净荷为PN9的DH1分组。测试仪扫描整个蓝牙频段，测试各个信 道的功率。要求相邻第2道的泄漏功率小于-20dBm，相邻第3道及其以上的泄漏功率小于-40dBm。 （7）调制特性
初始状态同（3）, EUT分别工作在低、中、高三个频点。测试仪以所支持的最大分组长度发送净荷为11110000的分组，并对EUT回送的分组计算频率偏移的峰值和均值，分别记为Df1max 和Df1avg。测试仪以所支持的最大分组长度发送净荷为10101010的分组，并对EUT回送的分组计算频率偏移的峰值和均值，分别记为Df2max 和Df2avg，要求满足以下条件：至少99.9%的Df1max满足 140kHz< Df1max <175kHz；至少99.9%的Df2max 3115kHz；Df2avg /Df1avg 30.8。
（8）初始载波容限
EUT为环回状态，回送净荷为PN9的DH1给测试仪。测试仪先将链路置为非跳频，EUT分别工作在低、中、高三个频点，然后测试仪再将链路置为跳频。测试仪根据4个前导码计算载波频率f0，要求与标称频率fTX的差小于75kHz。
（9）载波频率漂移
初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为10101010的DH1/DH3/DH5分组。测试仪先根据4个前导码计算载波频率f0，然后每10比特净荷测试一次频率，其与初始载频的差为瞬时频率漂移。最后测试仪将跳频打开，重新测试所有频点下的瞬时频率漂移。瞬时频率漂移之间的差定义为漂移速率。对于DH1分组，要求每次的瞬时漂移小于25kHz，对于DH3、DH5分组，要求载波瞬时漂移小于40kHz。规范还要求载波漂移速率小于4000Hz/10μs。
1.2 收信机测试
以上介绍了蓝牙发信机的无线指标及其测试。对于收信机测试来说，所有指标的测试都是基于误比特率的统计，并且至少要统计1600000个比特。众所周知，在误帧率较大的情况下统计误比特率没有任何意义，因此，为了准确测试收信机的性能，测试仪必须能测试由以下6种情况导致的FER：CRC误差、不正确的净荷长度、同步字出错、HEC出错、EUT给MT8850A回送NACK分组、在预期的时隙内没有收到EUT发送的分组。下面介绍蓝牙收信机的测试。
（1）单时隙灵敏度
初始状态同1.1（3），EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。依照蓝牙规范的要求，测试仪控制其输出功率，以使EUT的收信功率为-70dBm。蓝牙规范允许EUT发送的射频信号具有75kHz的初始误差和40kHz的频率漂移，即总共允许有115kHz的误差。此外，还要考虑调制、符号定时等引起的误差。假如EUT的收信机性能由一个输出“完美”信号的测试仪来测试，其测试结果不足以提供冗余度来适应真正的无线传输环境，用户将得到一个关于收信机质量的错误结果。经验告诉我们，对于有扰测试，蓝牙收信机的灵敏度一般会劣化4~10dB，具体值与分组长度和蓝牙芯片种类有关。测试仪必须支持有扰发射(dirty transmitter),见表1，将干扰加入到发送的蓝牙信号中，每20ms一组，从第一组依次到第十组，再返回第一组，不断重复。此外，蓝牙基带信号还受一正弦波调制。测试仪对误码率进行统计，要求误码率BER<0.1%。此外，如果有条件的话，最好在跳频状态下再重新测试一遍。
（2）多时隙灵敏度
类似于单时隙灵敏度的测试，不过分组类型为DH3、DH5。
（3）C/I性能
初始状态同1.1（3）, EUT分别工作在低、中、高三个频点。测试仪发送的有用信号为净荷PN9的DH1分组，同时还发送净荷PN15的蓝牙干扰信号。有用信号和干扰信号的功率电平参见表2。测试仪进行误码率统计，要求BER<0.1%。
（4）阻塞性能
阻塞特性是指在其它频段存在大的干扰信号时，接收机接收有用信号的能力。初始状态同1.1（3）,EUT收发频点为2460MHz（58号信道）。测试仪不仅发送净荷为PN9的DH1分组作为有用信号，而且发送频率为30MHz到12.75GHz之间的连续波干扰信号。有用信号的功率电平比参考灵敏度高3dB，参考灵敏度是指满足一定的误码率情况下，接收机可以接收的最小电平。干扰信号的电平比表3给出的大2dB。测试仪统计误码率，如果BER>0.1%,则测试仪记录此时干扰信号的频点,要求频点的个数小于24。其他条件不变，仅把干扰信号的电平降为-50dBm，测试仪记录BER>0.1%时的干扰信号的频点，要求其个数小于5个。
（5）互调性能
互调特性是指存在两个或多个跟有用信号有特定频率关系（它们的互调产物刚好落在有用信号带内）的干扰信号的情况下的接收能力。初始状态同1.1(3),EUT收发频点相同，分别为低 、中、高频点。测试仪不仅发送净荷为PN9的DH1分组作为有用信号，其功率比参考灵敏度高6dB；而且发送功率为-39dBm、频率为f1的正弦波干扰信号，以及功率为-39dBm、频率为f2的PN15调制的蓝牙干扰信号。2倍的f1与f2的差正好等于EUT的收信频点，并且f2- f1 =3MHz、4MHz或5MHz。测试仪统计误码率，要求BER〈0.1%。
（6）最大输入电平
即蓝牙接收机的饱和电平。初始状态同1.1(3),EUT工作于低、中、高频点。测试仪发送净荷为PN9的DH1分组信号，并控制其发射功率，以使EUT收信机入口处的电平为-20dBm。测试仪统计误码率，要求BER〈0.1%。
另外,收发信机均需要测试带外杂散,即依据ETS或FCC标准，测试EUT在工作状态和备用状态下，30MHz～12.75GHz频率范围内的带外杂散，包括天线传导杂散和机箱辐射杂散。
2 蓝牙无线测试仪
以上介绍了蓝牙无线测试的基本指标。作为蓝牙测试仪必须满足以下要求：为了与EUT建立蓝牙链路，测试仪必须具备蓝牙协议栈；为了进行蓝牙无线测试，测试仪必须完全支持蓝牙测试模式协议；必须能每秒进行1600次跳频；必须支持“dirty transmitter”。
安立公司推出的蓝牙无线综合测试仪MT8850A完全满足以上的要求。它完全遵从最新的蓝牙无线测试规范0.91版,可以测试8项蓝牙无线指标：对于发信机测试输出功率、功率控制、初始载频、载频漂移、调制；对于收信机，测试单时隙灵敏度、多时隙灵敏度、最大输入电平。MT8850A的主要特点是准确、迅速、灵活。MT8850A的测试速度非常快，用于生产线上的典型测试，即测试功率、频率、调制和收信灵敏度4个指标只需要3s，这对于提高蓝牙生产线的效率非常有用。用户可以在MT8850A上对测试脚本进行编辑,测试脚本是一系列蓝牙测试项的集合。用户可以选择需要的测试项目，并对测试环境进行编辑，如分组数、跳频模式等。一旦配置好MT8850A，就可执行单键测试。您只需按一下“RUN”， MT8850A将自动建立一条蓝牙链路，激活测试模式，自动进行测试并汇报测试结果。
ME7865A是安立公司推出的蓝牙无线预认证系统，目前正在申请BQTF。它可以测试蓝牙射频规范所规定的16个无线指标。ME7865A主要由两台MT8850A、一台频谱分析仪、一台功率计、一台PC，一个射频切换盒构成，仪表之间通过GPIB（通用接口总线）相连，其中一台MT8850A作为主测仪，另一台MT8850A产生蓝牙干扰信号。ME7865A会自动完成16个蓝牙射频指标的测试，并且自动生成Word格式的测试报告，您可以将测试报告提交给BQB.
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