徐偉 羅德與施瓦茨（中國(guó)）科技有限公司

羅德與施瓦茨技術(shù)專(zhuān)欄

R&S公司藍(lán)牙射頻預(yù)認(rèn)證測(cè)試解決方案

徐偉 羅德與施瓦茨（中國(guó)）科技有限公司

編者按：隨著近些年小型化智能設(shè)備的快速發(fā)展，小型化智能設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率并沒(méi)有很高的需求，但要求通信模塊具有較低的功率消耗，在平衡數(shù)據(jù)傳輸速率和功率消耗的過(guò)程中，藍(lán)牙技術(shù)成為一個(gè)絕佳的選擇，被廣泛應(yīng)用于小型化智能設(shè)備中。羅德與施瓦茨（中國(guó)）科技有限公司徐偉所撰《R&S公司藍(lán)牙射頻預(yù)認(rèn)證測(cè)試解決方案》一文介紹了羅德與施瓦茨公司的無(wú)線(xiàn)寬帶綜合測(cè)試儀CMW500/ CMW270在手機(jī)及各類(lèi)智能終端設(shè)備的測(cè)試工作。CMW500是一個(gè)全方案的測(cè)試平臺(tái)，可應(yīng)對(duì)蜂窩及非蜂窩的各類(lèi)射頻測(cè)試任務(wù)；CMW270作為非蜂窩測(cè)試專(zhuān)家，專(zhuān)門(mén)開(kāi)展非蜂窩射頻測(cè)試，幫助用戶(hù)完成非蜂窩的測(cè)試工作。

1 引言

藍(lán)牙是一種廣泛使用的低功耗、短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，最初的目標(biāo)是替代掌上電腦、移動(dòng)電話(huà)等數(shù)字設(shè)備上的有線(xiàn)連接方式。藍(lán)牙規(guī)范制定之初，為建立全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，將工作頻段定義為全球統(tǒng)一開(kāi)放的2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)頻段（Industrial Science MedicalISM）。由于藍(lán)牙技術(shù)的頻段在全球范圍內(nèi)適用，工作在2.4GHz的ISM頻段，全球大多數(shù)國(guó)家，該頻段不需要向當(dāng)?shù)氐臒o(wú)線(xiàn)電資源管理部門(mén)申請(qǐng)?jiān)S可證。藍(lán)牙技術(shù)具有頻段免費(fèi)、模塊體積小、功率低等優(yōu)勢(shì)，從目前的應(yīng)用來(lái)看，這些優(yōu)勢(shì)使得藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)不局限于用于普通的計(jì)算機(jī)外設(shè)，它幾乎可以被集成到任何的數(shù)字設(shè)備中，尤其是那些對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高、使用電池的移動(dòng)和便攜設(shè)備中。

隨著近些年小型化智能設(shè)備的快速發(fā)展，小型化智能設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率并沒(méi)有很高的需求，但是要求通信模塊具有較低的功率消耗，在平衡數(shù)據(jù)傳輸速率和功率消耗的過(guò)程中，藍(lán)牙技術(shù)成為一個(gè)絕佳的選擇，被廣泛應(yīng)用于小型化智能設(shè)備中。羅德與施瓦茨公司的無(wú)線(xiàn)寬帶綜合測(cè)試儀CMW500/CMW270在手機(jī)及各類(lèi)智能終端設(shè)備的測(cè)試工作中，已經(jīng)得到市場(chǎng)的充分認(rèn)可。CMW500是一個(gè)全方案的測(cè)試平臺(tái)，可以應(yīng)對(duì)蜂窩及非蜂窩的各類(lèi)射頻測(cè)試任務(wù)。CMW270作為非蜂窩測(cè)試專(zhuān)家，專(zhuān)門(mén)開(kāi)展非蜂窩射頻測(cè)試，幫助用戶(hù)完成非蜂窩的測(cè)試工作。面對(duì)藍(lán)牙技術(shù)測(cè)試日益增長(zhǎng)的需求，上述兩款儀表在藍(lán)牙測(cè)試解決方案上是非常完善、完全一致的（本文將以CMW作為兩款儀表的統(tǒng)稱(chēng)）。針對(duì)產(chǎn)線(xiàn)和研發(fā)領(lǐng)域的測(cè)試，單臺(tái)儀表的藍(lán)牙測(cè)試功能已經(jīng)可以覆蓋藍(lán)牙技術(shù)80%的射頻測(cè)試用例；針對(duì)藍(lán)牙射頻測(cè)試規(guī)范的100%測(cè)試用例，CMW500和CMW270搭配羅德與施瓦茨公司的模擬信號(hào)源SGS100A及自動(dòng)化測(cè)試軟件CMWrun，可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙射頻測(cè)試的預(yù)認(rèn)證測(cè)試。

2 藍(lán)牙技術(shù)射頻測(cè)試工作

2.1 藍(lán)牙射頻規(guī)范

1994年，瑞典的愛(ài)立信公司成立了一個(gè)專(zhuān)項(xiàng)科研小組，針對(duì)移動(dòng)電話(huà)及其周邊產(chǎn)品，研究一種低成本、低功耗的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)。隨后，與其他4家公司共同成立了藍(lán)牙興趣小組，并于1998年發(fā)布了第一個(gè)藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)版本1.0，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，藍(lán)牙技術(shù)從最早的基本傳輸速率（Basic Rate），演進(jìn)到增強(qiáng)型速率（EnhancedDataRate）傳輸，以及在規(guī)范4.0中最新引入的低功耗（LowEnergy）傳輸。現(xiàn)今，藍(lán)牙規(guī)范已經(jīng)發(fā)布了最新的核心規(guī)范版本4.2。

藍(lán)牙組織對(duì)藍(lán)牙技術(shù)的射頻測(cè)試進(jìn)行了詳盡的定義和說(shuō)明。在藍(lán)牙核心規(guī)范中，針對(duì)藍(lán)牙技術(shù)射頻測(cè)試，核心規(guī)范針對(duì)BR和EDR技術(shù)定義了測(cè)試模式，即核心規(guī)范中的TestMode。針對(duì)LE技術(shù)的射頻測(cè)試，在核心規(guī)范中，定義直連測(cè)試模式開(kāi)展LE的射頻測(cè)試，即核心規(guī)范中的Direct Test Mode。測(cè)試規(guī)范RF.TS.4.2.1對(duì)BR/EDR的測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試方法進(jìn)行了嚴(yán)格和明確的定義。測(cè)試規(guī)范RF-PHY.TS.4.2.1則嚴(yán)格和明確地定義了LE技術(shù)的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試方法。

2.2 BR/EDR射頻測(cè)試

在藍(lán)牙核心規(guī)范的測(cè)試方法章節(jié)，定義了BR/EDR測(cè)試模式，測(cè)試模式可用于測(cè)試藍(lán)牙設(shè)備的硬件和底層功能。BR/EDR的測(cè)試模式支持測(cè)試藍(lán)牙設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，包括兩種模式，即發(fā)射機(jī)測(cè)試（恒定比特流的數(shù)據(jù)包）和環(huán)回測(cè)試。測(cè)試模式主要用于認(rèn)證測(cè)試藍(lán)牙的射頻和基帶部分。同時(shí)，也可以用于法規(guī)認(rèn)證或者生產(chǎn)測(cè)試。處在BR/EDR測(cè)試模式下的設(shè)備是不支持正常藍(lán)牙操作的。出于安全因素考慮，測(cè)試模式不會(huì)給使用者帶來(lái)其他的好處。因此，在測(cè)試模式下，在硬件和軟件接口處，不允許進(jìn)行任何的數(shù)據(jù)傳輸。

如圖1所示，完整的測(cè)試構(gòu)建包含一個(gè)待測(cè)設(shè)備（DUT）和一臺(tái)測(cè)試儀表。如果需要，可能還要再多加一臺(tái)測(cè)試儀表。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試儀表和待測(cè)設(shè)備組成一個(gè)微微網(wǎng)。測(cè)試儀表作為主控設(shè)備，待測(cè)設(shè)備作為從設(shè)備。測(cè)試儀表控制整個(gè)測(cè)試流程。

圖1 BR/EDR測(cè)試模式測(cè)試構(gòu)建

在測(cè)試過(guò)程中，需要待測(cè)設(shè)備本地激活或者使能進(jìn)入測(cè)試模式。測(cè)試模式是藍(lán)牙模組的一個(gè)特殊模式，為了安全和類(lèi)型認(rèn)證，處在測(cè)試模式下的待測(cè)設(shè)備是不可以進(jìn)行正常操作的。當(dāng)待測(cè)設(shè)備離開(kāi)測(cè)試模式后，它將進(jìn)入待命模式。

藍(lán)牙的測(cè)試由兩部分組成：一部分是發(fā)射機(jī)測(cè)試（TRM），另一部分是接收機(jī)測(cè)試（RCV）。針對(duì)發(fā)射機(jī)測(cè)試和接收機(jī)測(cè)試，藍(lán)牙測(cè)試規(guī)范定義了詳細(xì)的測(cè)試項(xiàng)目，具體參見(jiàn)表1、2。

表1 BR/EDR射頻發(fā)射機(jī)測(cè)試項(xiàng)目

2.3 LE射頻測(cè)試

在藍(lán)牙核心規(guī)范的測(cè)試方法章節(jié)中，定義了LE直連測(cè)試模式，直連測(cè)試模式可用于測(cè)試藍(lán)牙設(shè)備的硬件和底層功能。直連測(cè)試模式用于控制待測(cè)設(shè)備，并且提供報(bào)告給測(cè)試儀表。LE直連測(cè)試模式的搭建可以通過(guò)兩種方式完成，一種是通過(guò)HCI（Host ControllerInterface）方式實(shí)現(xiàn)，另一種是通過(guò)雙線(xiàn)串口測(cè)試接口實(shí)現(xiàn)。任何一個(gè)藍(lán)牙待測(cè)設(shè)備都需要上述兩種連接方式的其中一種，用于測(cè)試LE藍(lán)牙的射頻指標(biāo)（見(jiàn)圖2、3）。

表2 BR/EDR射頻接收機(jī)測(cè)試項(xiàng)目

圖2 直連測(cè)試模式HCI連接

圖3 直連測(cè)試模式雙線(xiàn)串口連接

藍(lán)牙LE的射頻測(cè)試分為兩個(gè)部分：發(fā)射機(jī)（TRM）測(cè)試和接收機(jī)（RCV）測(cè)試。藍(lán)牙測(cè)試規(guī)范針對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)的定義，具體參見(jiàn)表3、4。

在藍(lán)牙LE的射頻測(cè)試中，藍(lán)牙測(cè)試規(guī)范定義了兩個(gè)測(cè)試場(chǎng)景，一種是表3、4中的NOC模式，即NormalOperationMode普通操作模式。普通操作模式下，藍(lán)牙待測(cè)設(shè)備需要工作在產(chǎn)品制造商所標(biāo)稱(chēng)的正常溫度、濕度和電壓狀態(tài)下，開(kāi)展射頻指標(biāo)的測(cè)試；另一種是EOC模式，即Extreme OperationMode極限操作模式。極限操作模式下，藍(lán)牙待測(cè)設(shè)備需要工作在產(chǎn)品制造商所標(biāo)稱(chēng)的產(chǎn)品耐受的極限溫度、濕度和電壓狀態(tài)下，開(kāi)展射頻指標(biāo)的測(cè)試。藍(lán)牙法規(guī)定義的一致性認(rèn)證級(jí)測(cè)試需要對(duì)上述所有測(cè)試項(xiàng)目開(kāi)展測(cè)試。

3 R&S公司藍(lán)牙射頻預(yù)認(rèn)證測(cè)試解決方案

R&S公司始終專(zhuān)注于移動(dòng)終端的測(cè)試領(lǐng)域，為移動(dòng)終端的芯片、終端制造商提供完整的測(cè)試解決方案，不僅限于蜂窩技術(shù)的研發(fā)、生產(chǎn)及認(rèn)證解決方案。針對(duì)非蜂窩領(lǐng)域的藍(lán)牙技術(shù)，同樣提供從研發(fā)到生產(chǎn)以及預(yù)認(rèn)證測(cè)試的解決方案。

3.1 CMW藍(lán)牙測(cè)試

CMW綜測(cè)儀是目前市面上使用最廣泛的移動(dòng)終端射頻測(cè)試儀表。針對(duì)藍(lán)牙測(cè)試，CMW綜測(cè)儀可以測(cè)試藍(lán)牙技術(shù)的BR/EDR/LE射頻指標(biāo)，并且提供所有藍(lán)牙規(guī)范定義的連接模式，包括測(cè)試模式和直連測(cè)試模式，并且支持直連測(cè)試模式下的兩種連接方式，即HCI連接和雙線(xiàn)串口連接。

通過(guò)如圖4、5所示的測(cè)試拓?fù)錁?gòu)建，工程師可以完成對(duì)藍(lán)牙設(shè)備射頻指標(biāo)的手動(dòng)測(cè)試，基于CMW的Multievaluation功能，會(huì)使得藍(lán)牙的射頻測(cè)試工作效率成倍提升。

3.2 藍(lán)牙射頻測(cè)試預(yù)認(rèn)證解決方案

在使用CMW綜測(cè)儀開(kāi)展藍(lán)牙射頻測(cè)試的基礎(chǔ)上，搭配R&S公司的自動(dòng)化測(cè)試軟件CMWrun和外加信號(hào)源SGS100A（或者SMB100A、SMF100A），可完成藍(lán)牙測(cè)試規(guī)范中幾乎所有的射頻測(cè)試項(xiàng)目。

表3 LE射頻發(fā)射機(jī)測(cè)試項(xiàng)目

如圖6所示，CMW綜測(cè)儀負(fù)責(zé)和藍(lán)牙待測(cè)設(shè)備通過(guò)藍(lán)牙法規(guī)定義的測(cè)試模式或者直連測(cè)試模式開(kāi)展連接工作，在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中控制待測(cè)設(shè)備發(fā)送所需要的信號(hào)，并且CMW綜測(cè)儀會(huì)對(duì)藍(lán)牙法規(guī)所規(guī)定的各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。

表4 LE射頻接收機(jī)測(cè)試項(xiàng)目

圖4 CMW BR/EDR測(cè)試構(gòu)建

圖5 CMW LE測(cè)試構(gòu)建

SGS信號(hào)源是一款模擬信號(hào)源，在藍(lán)牙射頻測(cè)試項(xiàng)目BR/EDR的接收機(jī)測(cè)試BlockingPerformance的測(cè)試中，以及LE的接收機(jī)測(cè)試BlockingPerformance的測(cè)試中，依照測(cè)試規(guī)范，需要在測(cè)試中加入高達(dá)12.75GHz的干擾信號(hào)。因此，在這個(gè)測(cè)試拓?fù)渲?，SGS信號(hào)源用于產(chǎn)生干擾信號(hào)，完成這兩個(gè)項(xiàng)目的測(cè)試。

CMWrun是R&S公司為客戶(hù)提供的一款自動(dòng)化測(cè)試軟件，該軟件基于CMW的射頻測(cè)試功能開(kāi)展，可以控制R&S相應(yīng)的測(cè)試儀表。在藍(lán)牙預(yù)認(rèn)證的測(cè)試中，CMWrun嚴(yán)格按照藍(lán)牙測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，配置儀表參數(shù)控制儀表，完成對(duì)藍(lán)牙待測(cè)設(shè)備的射頻測(cè)試，是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的測(cè)試。此外，還需要一個(gè)射頻合路器將CMW綜測(cè)儀的信號(hào)同SGS信號(hào)源的信號(hào)合路輸入進(jìn)藍(lán)牙待測(cè)設(shè)備，并且需要在SGS信號(hào)源輸出端加入陷波器，防止有寄生諧波干擾藍(lán)牙待測(cè)設(shè)備在2.4GHz工作頻段的正常工作。針對(duì)藍(lán)牙測(cè)試功能，使用上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，CMWrun可以完成除了LEEOC環(huán)境以外的所有射頻測(cè)試項(xiàng)目，使得客戶(hù)在實(shí)驗(yàn)室就可以搭建一套藍(lán)牙預(yù)認(rèn)證測(cè)試系統(tǒng)。

圖6 藍(lán)牙預(yù)認(rèn)證測(cè)試構(gòu)建

4 結(jié)束語(yǔ)

藍(lán)牙技術(shù)作為一種短距離、低功耗的通信技術(shù)，近些年已經(jīng)被廣泛使用在小型化的智能終端設(shè)備上。作為小型化智能終端設(shè)備的主要通信模塊之一，藍(lán)牙的測(cè)試非常重要。R&S公司在藍(lán)牙測(cè)試領(lǐng)域的持續(xù)投入和研發(fā)，為藍(lán)牙技術(shù)的芯片制造商、終端設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)商提供了從研發(fā)、認(rèn)證到生產(chǎn)完善的測(cè)試解決方案。本文中的藍(lán)牙射頻預(yù)認(rèn)證測(cè)試系統(tǒng)，為藍(lán)牙設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)廠(chǎng)商提供了一套簡(jiǎn)便、快速的藍(lán)牙預(yù)認(rèn)證測(cè)試解決方案，能幫助藍(lán)牙設(shè)備的生產(chǎn)廠(chǎng)商快速搭建藍(lán)牙射頻預(yù)認(rèn)證測(cè)試系統(tǒng)，并更加高效地開(kāi)展測(cè)試工作。