徐偉 羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

羅德與施瓦茨技術(shù)專欄

R&S公司藍牙射頻預認證測試解決方案

徐偉 羅德與施瓦茨（中國）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)備對數(shù)據(jù)傳輸速率并沒有很高的需求，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程中，藍牙技術(shù)成為一個絕佳的選擇，被廣泛應用于小型化智能設(shè)備中。羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司徐偉所撰《R&S公司藍牙射頻預認證測試解決方案》一文介紹了羅德與施瓦茨公司的無線寬帶綜合測試儀CMW500/ CMW270在手機及各類智能終端設(shè)備的測試工作。CMW500是一個全方案的測試平臺，可應對蜂窩及非蜂窩的各類射頻測試任務；CMW270作為非蜂窩測試專家，專門開展非蜂窩射頻測試，幫助用戶完成非蜂窩的測試工作。

1 引言

藍牙是一種廣泛使用的低功耗、短距離無線通信技術(shù)，最初的目標是替代掌上電腦、移動電話等數(shù)字設(shè)備上的有線連接方式。藍牙規(guī)范制定之初，為建立全球統(tǒng)一的標準，將工作頻段定義為全球統(tǒng)一開放的2.4GHz工業(yè)、科學和醫(yī)學頻段（Industrial Science MedicalISM）。由于藍牙技術(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)國家，該頻段不需要向當?shù)氐臒o線電資源管理部門申請許可證。藍牙技術(shù)具有頻段免費、模塊體積小、功率低等優(yōu)勢，從目前的應用來看，這些優(yōu)勢使得藍牙技術(shù)已經(jīng)不局限于用于普通的計算機外設(shè)，它幾乎可以被集成到任何的數(shù)字設(shè)備中，尤其是那些對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高、使用電池的移動和便攜設(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)備對數(shù)據(jù)傳輸速率并沒有很高的需求，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程中，藍牙技術(shù)成為一個絕佳的選擇，被廣泛應用于小型化智能設(shè)備中。羅德與施瓦茨公司的無線寬帶綜合測試儀CMW500/CMW270在手機及各類智能終端設(shè)備的測試工作中，已經(jīng)得到市場的充分認可。CMW500是一個全方案的測試平臺，可以應對蜂窩及非蜂窩的各類射頻測試任務。CMW270作為非蜂窩測試專家，專門開展非蜂窩射頻測試，幫助用戶完成非蜂窩的測試工作。面對藍牙技術(shù)測試日益增長的需求，上述兩款儀表在藍牙測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）。針對產(chǎn)線和研發(fā)領(lǐng)域的測試，單臺儀表的藍牙測試功能已經(jīng)可以覆蓋藍牙技術(shù)80%的射頻測試用例；針對藍牙射頻測試規(guī)范的100%測試用例，CMW500和CMW270搭配羅德與施瓦茨公司的模擬信號源SGS100A及自動化測試軟件CMWrun，可以實現(xiàn)藍牙射頻測試的預認證測試。

2 藍牙技術(shù)射頻測試工作

2.1 藍牙射頻規(guī)范

1994年，瑞典的愛立信公司成立了一個專項科研小組，針對移動電話及其周邊產(chǎn)品，研究一種低成本、低功耗的無線連接技術(shù)。隨后，與其他4家公司共同成立了藍牙興趣小組，并于1998年發(fā)布了第一個藍牙標準版本1.0，經(jīng)過近20年的發(fā)展，藍牙技術(shù)從最早的基本傳輸速率（Basic Rate），演進到增強型速率（EnhancedDataRate）傳輸，以及在規(guī)范4.0中最新引入的低功耗（LowEnergy）傳輸?，F(xiàn)今，藍牙規(guī)范已經(jīng)發(fā)布了最新的核心規(guī)范版本4.2。

藍牙組織對藍牙技術(shù)的射頻測試進行了詳盡的定義和說明。在藍牙核心規(guī)范中，針對藍牙技術(shù)射頻測試，核心規(guī)范針對BR和EDR技術(shù)定義了測試模式，即核心規(guī)范中的TestMode。針對LE技術(shù)的射頻測試，在核心規(guī)范中，定義直連測試模式開展LE的射頻測試，即核心規(guī)范中的Direct Test Mode。測試規(guī)范RF.TS.4.2.1對BR/EDR的測試項目及測試方法進行了嚴格和明確的定義。測試規(guī)范RF-PHY.TS.4.2.1則嚴格和明確地定義了LE技術(shù)的測試項目和測試方法。

2.2 BR/EDR射頻測試

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

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

圖1 BR/EDR測試模式測試構(gòu)建

在測試過程中，需要待測設(shè)備本地激活或者使能進入測試模式。測試模式是藍牙模組的一個特殊模式，為了安全和類型認證，處在測試模式下的待測設(shè)備是不可以進行正常操作的。當待測設(shè)備離開測試模式后，它將進入待命模式。

藍牙的測試由兩部分組成：一部分是發(fā)射機測試（TRM），另一部分是接收機測試（RCV）。針對發(fā)射機測試和接收機測試，藍牙測試規(guī)范定義了詳細的測試項目，具體參見表1、2。

表1 BR/EDR射頻發(fā)射機測試項目

2.3 LE射頻測試

在藍牙核心規(guī)范的測試方法章節(jié)中，定義了LE直連測試模式，直連測試模式可用于測試藍牙設(shè)備的硬件和底層功能。直連測試模式用于控制待測設(shè)備，并且提供報告給測試儀表。LE直連測試模式的搭建可以通過兩種方式完成，一種是通過HCI（Host ControllerInterface）方式實現(xiàn)，另一種是通過雙線串口測試接口實現(xiàn)。任何一個藍牙待測設(shè)備都需要上述兩種連接方式的其中一種，用于測試LE藍牙的射頻指標（見圖2、3）。

表2 BR/EDR射頻接收機測試項目

圖2 直連測試模式HCI連接

圖3 直連測試模式雙線串口連接

藍牙LE的射頻測試分為兩個部分：發(fā)射機（TRM）測試和接收機（RCV）測試。藍牙測試規(guī)范針對發(fā)射機和接收機的測試項目進行了詳細的定義，具體參見表3、4。

在藍牙LE的射頻測試中，藍牙測試規(guī)范定義了兩個測試場景，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，藍牙待測設(shè)備需要工作在產(chǎn)品制造商所標稱的正常溫度、濕度和電壓狀態(tài)下，開展射頻指標的測試；另一種是EOC模式，即Extreme OperationMode極限操作模式。極限操作模式下，藍牙待測設(shè)備需要工作在產(chǎn)品制造商所標稱的產(chǎn)品耐受的極限溫度、濕度和電壓狀態(tài)下，開展射頻指標的測試。藍牙法規(guī)定義的一致性認證級測試需要對上述所有測試項目開展測試。

3 R&S公司藍牙射頻預認證測試解決方案

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

3.1 CMW藍牙測試

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

通過如圖4、5所示的測試拓撲構(gòu)建，工程師可以完成對藍牙設(shè)備射頻指標的手動測試，基于CMW的Multievaluation功能，會使得藍牙的射頻測試工作效率成倍提升。

3.2 藍牙射頻測試預認證解決方案

在使用CMW綜測儀開展藍牙射頻測試的基礎(chǔ)上，搭配R&S公司的自動化測試軟件CMWrun和外加信號源SGS100A（或者SMB100A、SMF100A），可完成藍牙測試規(guī)范中幾乎所有的射頻測試項目。

表3 LE射頻發(fā)射機測試項目

如圖6所示，CMW綜測儀負責和藍牙待測設(shè)備通過藍牙法規(guī)定義的測試模式或者直連測試模式開展連接工作，在整個測試過程中控制待測設(shè)備發(fā)送所需要的信號，并且CMW綜測儀會對藍牙法規(guī)所規(guī)定的各項測試指標進行測試。

表4 LE射頻接收機測試項目

圖4 CMW BR/EDR測試構(gòu)建

圖5 CMW LE測試構(gòu)建

SGS信號源是一款模擬信號源，在藍牙射頻測試項目BR/EDR的接收機測試BlockingPerformance的測試中，以及LE的接收機測試BlockingPerformance的測試中，依照測試規(guī)范，需要在測試中加入高達12.75GHz的干擾信號。因此，在這個測試拓撲中，SGS信號源用于產(chǎn)生干擾信號，完成這兩個項目的測試。

CMWrun是R&S公司為客戶提供的一款自動化測試軟件，該軟件基于CMW的射頻測試功能開展，可以控制R&S相應的測試儀表。在藍牙預認證的測試中，CMWrun嚴格按照藍牙測試標準，配置儀表參數(shù)控制儀表，完成對藍牙待測設(shè)備的射頻測試，是實現(xiàn)全自動化的測試。此外，還需要一個射頻合路器將CMW綜測儀的信號同SGS信號源的信號合路輸入進藍牙待測設(shè)備，并且需要在SGS信號源輸出端加入陷波器，防止有寄生諧波干擾藍牙待測設(shè)備在2.4GHz工作頻段的正常工作。針對藍牙測試功能，使用上述拓撲結(jié)構(gòu)，CMWrun可以完成除了LEEOC環(huán)境以外的所有射頻測試項目，使得客戶在實驗室就可以搭建一套藍牙預認證測試系統(tǒng)。

圖6 藍牙預認證測試構(gòu)建

4 結(jié)束語

藍牙技術(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，藍牙的測試非常重要。R&S公司在藍牙測試領(lǐng)域的持續(xù)投入和研發(fā)，為藍牙技術(shù)的芯片制造商、終端設(shè)備生產(chǎn)廠商提供了從研發(fā)、認證到生產(chǎn)完善的測試解決方案。本文中的藍牙射頻預認證測試系統(tǒng)，為藍牙設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)廠商提供了一套簡便、快速的藍牙預認證測試解決方案，能幫助藍牙設(shè)備的生產(chǎn)廠商快速搭建藍牙射頻預認證測試系統(tǒng)，并更加高效地開展測試工作。