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蓝牙无线测试指标与技术
时间:2013/3/27 11:29:42

        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0000111101010101。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23dBm20dBm,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 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 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 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fLfH 位于2.42.4835GHz 范围内。 

520dB 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 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 fH20dB 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 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 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 Df2avg,要求满足以下条件:至少99.9%Df1max 满足 140kHz< Df1max <175kHz;至少99.9%Df2max3115kHzDf2avg /Df1avg 30.8 

8)初始载波容限 

EUT 为环回状态,回送净荷为PN9 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10101010DH1/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DH3DH5 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FERCRC 误差、不正确的净荷长度、同步字出错、HEC 出错、EUT 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1.13),EUT 分别工作在低、中、高三个频点,回送调制信号为PN9 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DH3DH5 

3C/I 性能 

初始状态同1.13, 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 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1.13,EUT 收发频点为2460MHz58号信道)。测试仪不仅发送净荷为PN9 DH1分组作为有用信号,而且发送频率为30MHz 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 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 PN15 调制的蓝牙干扰信号。2 倍的f1 f2 的差正好等于EUT 的收信频点,并且f2- f1 =3MHz4MHz 5MHz。测试仪统计误码率,要求BER0.1% 

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 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BER0.1%

另外,收发信机均需要测试带外杂散,即依据ETS FCC 标准,测试EUT 在工作状态和备用状态下,30MHz12.75GHz 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。

 
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