藍牙介紹及藍牙測試

1、FoxconnBluetooth Introduction and RF testJune. 07, 2012 SpikeConfidential2Bluetooth BasicBluetooth is a global standard for short range wireless voice and data communications.“藍牙”是一種開放的技術(shù)規(guī)范，它可在世界上的任何地方實現(xiàn)短距離的無線語音和數(shù)據(jù)通信。藍牙的創(chuàng)始人是瑞典愛立信公司，愛立信早在1994年就已進行研發(fā)。1997年，愛立信與其他設(shè)備生產(chǎn)商聯(lián)系，并激發(fā)了他們對該項技術(shù)的濃厚興趣。 1998年2月，5個跨國大

2、公司，包括愛立信、諾基亞、IBM、東芝及Intel組成了一個特殊興趣小組（SIG），他們共同的目標是建立一個全球性的小范圍無線通信技術(shù)，即現(xiàn)在的藍牙。Confidential3藍牙技術(shù)的特點藍牙技術(shù)的特點藍牙是一種短距無線通信的技術(shù)規(guī)范，它最初的目標是取代現(xiàn)有的掌上電腦、移動電話等各種數(shù)字設(shè)備上的有線電纜連接。在制定藍牙規(guī)范之初，就建立了統(tǒng)一全球的目標，向全球公開發(fā)布，工作頻段為全球統(tǒng)一開放的2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)（Industrial,ScientificandMedical,ISM）頻段。主要特點:1、全球范圍適用2、同時可傳輸語音和數(shù)據(jù)3、可以建立臨時性的對等連接4、具有很好的抗干

3、擾能力5、具有很小的體積、以便集成到各種設(shè)備中6、微小的功耗7、開放的接口標準8、低成本很好的抗干擾很好的抗干擾能力和安全性能力和安全性可建立臨時可建立臨時對等連接對等連接全球范圍全球范圍適用適用同時傳輸同時傳輸語音數(shù)據(jù)語音數(shù)據(jù)近距離通信近距離通信功耗低功耗低體積小體積小低成本低成本藍牙技術(shù)藍牙技術(shù)特點特點Confidential4藍牙標準的發(fā)藍牙標準的發(fā)展展V1.1(1998年): 為最早期版本，傳輸率約在748810kb/s，因是早期設(shè)計，容易受到同頻率之產(chǎn)品所干擾下影響通訊質(zhì)量。V1.2: 748810kb/s 的傳輸率，增加了(改善 Software)抗干擾跳頻功能。V2.1(2004

4、年): 改善了裝置配對流程，短距離的配對方面，具備了在兩個支持藍牙的手機之間互相進行配對與通訊傳輸?shù)腘FC（Near Field CoMMunication）機制。具備更佳的省電效果。V3.0(2009年): 核心是“Generic Alternate MAC/PHY”(AMP)，這是一種全新的交替射頻技術(shù)，允許藍牙協(xié)議棧針對任一任務(wù)動態(tài)地選擇正確射頻。傳輸速率更高，功耗更低。V4.0(2010年): 包括三個子規(guī)范，即傳統(tǒng)藍牙技術(shù)、高速藍 牙和新的藍牙低功耗技術(shù)。藍牙 4.0的改進之處主要體現(xiàn)在三個方面，電池續(xù)航時間、節(jié)能和設(shè)備種類上。有效傳輸距離也有所提升，為60M。Confidentia

5、l5The 2.4GHz ISM BandConfidential6Bluetooth Frequency and channelBluetooth Frequency: from 2.402GHz to 2.480GHzRF channels:79 or 23 channelsFrequency separation (Carrier spacing): 1MHzModulation: GFSKConfidential7Data rate 1MBbps (2M, 3M EDR) 433.9 Kbps (Symmetric mode) 723.2 Kbps (Asymmetric mode)

6、Asynchronous data and Synchronous voice (Voice channel 64 Kbps)Power TX Class 3 : 0dBm ; Class 2 : +4dBm -6dBm ; Class 1 : +20dBm(with PA) RX -70dBm to -20dBm(Sensitivity & Max input power level)Confidential8 All devices equal-configure as either master or slave A master can have up to 7 slaves

7、in one piconet Hopping sequence determined by master Slaves gather information from master in order to follow hopping sequencePiconetConfidential9 Master in one and Salve in another Piconet Slave in two different Piconet Only Master in one Piconet Scatternet support is optionalScatternetConfidential

8、10Bluetooth 4.0Bluetooth4.0，協(xié)議組成和當(dāng)前主流的Bluetooth2.x+EDR、還未普及的Bluetooth3.0+HS不同，Bluetooth4.0是Bluetooth從誕生至今唯一的一個綜合協(xié)議規(guī)范，還提出了低功耗藍牙、經(jīng)典藍牙和高速藍牙三種模式。其中高速藍牙主攻數(shù)據(jù)交換與傳輸，經(jīng)典藍牙則以信息溝通、設(shè)備連接為重點，藍牙低功耗顧名思義，以不需占用太多帶寬的設(shè)備連接為主。這三種協(xié)議規(guī)范還能夠互相組合搭配、從而實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用模式。 Bluetooth SIG表示，正式推出Bluetooth4.0的用意就是希望能夠通過單一的接口，讓應(yīng)用系統(tǒng)自己挑選技術(shù)使用，而不是

9、讓消費者進行設(shè)備互連時，還要手動選擇各項設(shè)備的連接模式，這一人性化的功能取向顯然沿襲了藍牙關(guān)注可用性和實際體驗的設(shè)計思路，三種應(yīng)用模式中，因為經(jīng)典藍牙和高速藍牙都只是對舊有藍牙版本的延續(xù)和強化，下面我們將重點闡述全新的低功耗藍牙技術(shù)。Confidential11Bluetooth 4.0Bluetooth 4.0，低功耗的秘密，低功耗的秘密低功耗藍牙為何如此省電？根據(jù)低功耗藍牙為何如此省電？根據(jù)SIG官方發(fā)布會的資料，它和經(jīng)典藍牙技官方發(fā)布會的資料，它和經(jīng)典藍牙技術(shù)相比，主要的改變集中體現(xiàn)在待機功耗的減少、高速連接的實現(xiàn)和峰值術(shù)相比，主要的改變集中體現(xiàn)在待機功耗的減少、高速連接的實現(xiàn)和峰值功率

10、的降低三個方面。功率的降低三個方面。Confidential12待機功耗的下降傳統(tǒng)藍牙技術(shù)動輒采用1632個頻道進行廣播，而低功耗藍牙僅使用了3個廣播通道，且每次廣播時射頻的開啟時間也由傳統(tǒng)的22.5ms減少到0.61.2ms，這兩個協(xié)議規(guī)范上的改變顯然大大降低了因為廣播數(shù)據(jù)導(dǎo)致的待機功耗；此外低功耗藍牙設(shè)計了用深度睡眠狀態(tài)來替換傳統(tǒng)藍牙的空閑狀態(tài)，在深度睡眠狀態(tài)下，主機長時間處于超低的負載循環(huán)(DutyCycle)狀態(tài)，只在需要運作時由控制器來啟動，因主機較控制器消耗更多的能源，因此這樣的設(shè)計也節(jié)省了最多的能源；在深度睡眠狀態(tài)下，協(xié)議也針對此通訊模式進行了優(yōu)化，數(shù)據(jù)發(fā)送間隔時間也增加到0.5

11、4s，傳感器類應(yīng)用程序發(fā)送的數(shù)據(jù)量較平常要少很多，而且所有連接均采用先進的嗅探性次額定(sniff-Subrating)功能模式，因此此時的射頻能耗幾乎可以忽略不計，綜合以上因素，低功耗藍牙的待機功耗較傳統(tǒng)藍牙大大減少。 Confidential13高速連接的實現(xiàn)按照傳統(tǒng)的藍牙協(xié)議的規(guī)范，若某一藍牙設(shè)備正在進行廣播，則它不會響應(yīng)當(dāng)前正在進行的設(shè)備掃描，而低功耗藍牙協(xié)議規(guī)范允許正在進行廣播的設(shè)備連接到正在掃描的設(shè)備上，這就有效避免了重復(fù)掃描，而通過對連接機制的改善，低功耗藍牙下的設(shè)備連接建立過程已可控制在3ms內(nèi)完成，同時能以應(yīng)用程序迅速啟動鏈接器，并以數(shù)毫秒的傳輸速度完成經(jīng)認可的數(shù)據(jù)傳遞后并立

12、即關(guān)閉連結(jié)，而傳統(tǒng)藍牙協(xié)議下即使只是建立鏈路層連接都需要花費100ms，建立L2CAP(邏輯鏈路控制與適應(yīng)協(xié)議)層的連接建立時間則更長。藍牙低功耗協(xié)議還對拓撲結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，通過在每個從設(shè)備及每個數(shù)據(jù)包上使用32位的存取地址，能夠讓數(shù)十億個設(shè)備能被同時連接。此技術(shù)不但將傳統(tǒng)藍牙一對一的連結(jié)優(yōu)化，同時也利用星狀拓撲來完成一對多點的連結(jié)。在連接和斷線切換迅速的應(yīng)用場景下，數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)狀拓撲之間移動，但不至于為了維持此網(wǎng)絡(luò)而顯得過于復(fù)雜，這也有效減輕了連接復(fù)雜性，減少了連接建立時間。 Confidential14降低峰值功率低功耗藍牙對數(shù)據(jù)包長度進行了更加嚴格的定義，支持超短(827Byte)數(shù)據(jù)封

13、包，并使用了隨機射頻參數(shù)和增加了GSFK調(diào)制索引，這些措施最大限度地減少了數(shù)據(jù)收發(fā)的復(fù)雜性；此外低功耗藍牙還通過增加調(diào)變指數(shù)，并采用24位的CRC(循環(huán)冗余檢查)確保封包在受干擾時具有更大的穩(wěn)定度，低功耗藍牙的射程增加至100m以上，以上措施結(jié)合藍牙傳統(tǒng)的跳頻原理，有效降低了峰值功率。Confidential15藍牙原理方框圖藍牙原理方框圖Confidential一一.發(fā)信機測試發(fā)信機測試1.輸出功率輸出功率測試儀對初始狀態(tài)設(shè)置如下：鏈路為跳頻，EUT置為環(huán)回（Loopback）。測試儀發(fā)射凈荷為PN9，分組類型為所支持的最大長度的分組，EUT對測試儀發(fā)出的分組解碼，并使用相同的分組類型以其最

14、大輸出功率將凈荷回送給測試儀。測試儀在低、中、高三個頻點，對整個突發(fā)范圍內(nèi)測量峰值功率和平均功率。規(guī)范要求峰值功率和平均功率各小于23dBm和20dBm，并且滿足以下要求：如果EUT的功率等級為1，平均功率 0dBm；如果EUT的功率等級為2，-6dBm平均功率4dBm；如果EUT的功率等級為3，平均功率0dBm。Bluetooth RF performance testConfidential初始狀態(tài)為環(huán)回，非跳頻。EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調(diào)制信號為PN9的DH1分組。測試儀通過LMP信令控制EUT輸出功率，并測試功率控制步長的范圍，規(guī)范要求在2dB和8dB之間。 2、功率控

15、制、功率控制 3、20dB帶寬帶寬 初始狀態(tài)同（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調(diào)制信號為PN9的DH1分組。測試儀掃頻找到對應(yīng)最大功率的頻點，并且找到其左右兩側(cè)對應(yīng)功率下降20dB時的fL和fH，20dB帶寬Df = |fH-fL|，要求Df小于1MHz。 Confidential4、相鄰信道功率、相鄰信道功率 初始狀態(tài)同（3）, EUT工作頻點分別為第3信道、第39信道和第75信道，回送凈荷為PN9的DH1分組。測試儀掃描整個藍牙頻段，測試各個信道的功率。要求相鄰第2道的泄漏功率小于-20dBm，相鄰第3道及其以上的泄漏功率小于-40dBm。 5、調(diào)制特性、調(diào)制特性 初始狀態(tài)

16、同（3）, EUT分別工作在低、中、高三個頻點。測試儀以所支持的最大分組長度發(fā)送凈荷為11110000的分組，并對EUT回送的分組計算頻率偏移的峰值和均值，分別記為Df1max 和Df1avg。測試儀以所支持的最大分組長度發(fā)送凈荷為10101010的分組，并對EUT回送的分組計算頻率偏移的峰值和均值，分別記為Df2max 和Df2avg，要求滿足以下條件：至少99.9%的Df1max滿足 140kHz Df1max 115kHz；Df2avg /Df1avg 0.8。 Confidential6、初始載波容限、初始載波容限 EUT為環(huán)回狀態(tài)，回送凈荷為PN9的DH1給測試儀。測試儀先將鏈路置為

17、非跳頻，EUT分別工作在低、中、高三個頻點，然后測試儀再將鏈路置為跳頻。測試儀根據(jù)4個前導(dǎo)碼計算載波頻率f0，要求與標稱頻率fTX的差小于75kHz。 7、載波頻率漂移、載波頻率漂移 初始狀態(tài)同（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調(diào)制信號為10101010的DH1/DH3/DH5分組。測試儀先根據(jù)4個前導(dǎo)碼計算載波頻率f0，然后每10比特凈荷測試一次頻率，其與初始載頻的差為瞬時頻率漂移。最后測試儀將跳頻打開，重新測試所有頻點下的瞬時頻率漂移。瞬時頻率漂移之間的差定義為漂移速率。對于DH1分組，要求每次的瞬時漂移小于25kHz，對于DH3、DH5分組，要求載波瞬時漂移小于40kHz。

18、規(guī)范還要求載波漂移速率小于4000Hz/10s。 Confidential1、單時隙靈敏度、單時隙靈敏度 初始狀態(tài)同1.1（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調(diào)制信號為PN9的DH1分組。依照藍牙規(guī)范的要求，測試儀控制其輸出功率，以使EUT的收信功率為-70dBm。藍牙規(guī)范允許EUT發(fā)送的射頻信號具有75kHz的初始誤差和40kHz的頻率漂移，即總共允許有115kHz的誤差。此外，還要考慮調(diào)制、符號定時等引起的誤差。假如EUT的收信機性能由一個輸出“完美”信號的測試儀來測試，其測試結(jié)果不足以提供冗余度來適應(yīng)真正的無線傳輸環(huán)境，用戶將得到一個關(guān)于收信機質(zhì)量的錯誤結(jié)果。經(jīng)驗告訴我們，對

19、于有擾測試，藍牙收信機的靈敏度一般會劣化4-10dB，具體值與分組長度和藍牙芯片種類有關(guān)。測試儀必須支持有擾發(fā)射(dirty transmitter),見表1，將干擾加入到發(fā)送的藍牙信號中，每20ms一組，從第一組依次到第十組，再返回第一組，不斷重復(fù)。此外，藍牙基帶信號還受一正弦波調(diào)制。測試儀對誤碼率進行統(tǒng)計，要求誤碼率BER0.1%。此外，如果有條件的話，最好在跳頻狀態(tài)下再重新測試一遍。 二、收信機測試二、收信機測試 Confidential2、多時隙靈敏度、多時隙靈敏度 類似于單時隙靈敏度的測試，不過分組類型為DH3、DH5。 3、最大輸入電平、最大輸入電平 即藍牙接收機的飽和電平。初始狀

20、態(tài)同1.1(3),EUT工作于低、中、高頻點。測試儀發(fā)送凈荷為PN9的DH1分組信號，并控制其發(fā)射功率，以使EUT收信機入口處的電平為-20dBm。測試儀統(tǒng)計誤碼率，要求BER0.1%。 另外,收發(fā)信機均需要測試帶外雜散,即依據(jù)ETS或FCC標準，測試EUT在工作狀態(tài)和備用狀態(tài)下30MHz12.75GHz頻率范圍內(nèi)的帶外雜散，包括天線傳導(dǎo)雜散和機箱輻射雜散。 ConfidentialMT8852B面板面板Confidential23MT8852B測試操作測試操作手動測試，不需要手動測試，不需要GPIBGPIB，不需要自不需要自動測試軟件，但需要手動按鍵儀器動測試軟件，但需要手動按鍵儀器面板儀器

21、的面板儀器的RFRF接口可以通過接口可以通過RFRF線纜線纜 或天線耦合，這時應(yīng)該正確設(shè)置補或天線耦合，這時應(yīng)該正確設(shè)置補償，否則功率和靈敏度測試償，否則功率和靈敏度測試 會有會有問題，甚至可能出現(xiàn)無法連接的情問題，甚至可能出現(xiàn)無法連接的情況。只有連接良好且補償正確的情況。只有連接良好且補償正確的情況，測試才具有良好的一致性和可況，測試才具有良好的一致性和可重復(fù)性因為測試的結(jié)果和速度依賴重復(fù)性因為測試的結(jié)果和速度依賴于設(shè)置，因此手動測試時，要特別于設(shè)置，因此手動測試時，要特別注意各項的設(shè)置注意各項的設(shè)置( (建議先參考建議先參考Script2)Script2)Confidential如何設(shè)置損

22、耗如何設(shè)置損耗Path-LossPath-Loss 將光標移到最上面選擇script處 按Setup進入腳本設(shè)置 按最左邊的軟按鍵進行翻頁，翻到第3頁(3 of 3) 按Sel鍵，選擇PathLoss的模式(path offset) OFF-OFF-不作補償不作補償 Fixed-Fixed-所有所有ChannelChannel都設(shè)置同一個補償都設(shè)置同一個補償 Table-Table-不同的不同的ChannelChannel設(shè)置不同的補償設(shè)置不同的補償 在在Fixed offsetFixed offset處處輸入補償數(shù)值，按 Enter 確定 Confidential選擇測試項目執(zhí)行測試選擇測試

23、項目執(zhí)行測試按Script按鍵，回到主界面按 鍵至選擇Script處，輸入需要選擇的Script，按Enter確定注意腳本1和2不允許修改，腳本2完全符合藍牙射頻測量規(guī)范按Default將各測試項的設(shè)置恢復(fù)到出廠設(shè)置(同Script2一樣的設(shè)置)將光標移到選擇Script處(或測試項目處)，按EUT addr，將DUT的藍牙獲取方式 設(shè)置為“查詢”(Inquiry)按 鍵至各測試項，按Sel進行選擇，測試項前面的空格為實心 代表選中，空心代表未選中 光標停在測試項上時，按Setup進入，設(shè)置測試條件，比如測試的包數(shù)量，跳頻是否打開，測試通過的條件Limit等。定制好測試項后，按RUN進行測試將

24、光標移到各測試項，按result查看該測試項目的測試結(jié)果Manual TestConfidentialAuto TestConfidential1.Connect DUT to PCThe QPST can be used to check the connect state, if connect successfully, it would show as follow:The Port NO. can be differentSoftware Pre-installationConfidential2.Open the QRCTOpen the QRCT Select the HCI C

25、ommands, detail path please see the follow pictureConfidentialChose the com portSelect the FTM mode(After BT test, please set the DUT back to online mode.)3.Configuration of the DUTConfidential4.Enter the test modeIn the “HCI Write Scan Enable” Frame, select the “Inquiry Scan Page Scan Enabled”, the

26、n press the “Enable” buttonConfidentialIn the “HCI User Cmd”, input these followed command and press “Send Command” button01,1A,0C,01,03-enable page and inquiry scan01,05,0C,03,02,00,02-accept connection request from any device01,03,18,00-enable DUT modeNow, please connect the DUT to BT test equipment and do BT test.Confid