藍牙介紹及藍牙測試課件

1BluetoothIntroduction

andRFtestJune.07,2012Spike1BluetoothIntroduction

andR2BluetoothBasicBluetoothisaglobalstandardforshortrangewirelessvoiceanddatacommunications.“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。2BluetoothBasicBluetoothisa3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)、科學和醫(yī)學（Industrial,

Scientific

and

Medical,

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能力和安全性可建立臨時對等連接全球范圍適用同時傳輸語音數(shù)據(jù)近距離通信功耗低體積小低成本藍牙技術(shù)特點3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4藍牙標準的發(fā)展V1.1(1998年):

為最早期版本，傳輸率約在748~810kb/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。V1.2:748~810kb/s的傳輸率，增加了(改善Software)抗干擾跳頻功能。V2.1(2004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（NearFieldCoMMunication）機制。具備更佳的省電效果。V3.0(2009年):核心是“GenericAlternateMAC/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。4藍牙標準的發(fā)展V1.1(1998年):5The2.4GHzISMBand5The2.4GHzISMBand6BluetoothFrequencyandchannelBluetoothFrequency:from2.402GHzto2.480GHzRFchannels:79or23channelsFrequencyseparation(Carrierspacing):1MHzModulation:GFSK6BluetoothFrequencyandchann7Datarate?1MBbps(2M,3MEDR)?433.9Kbps(Symmetricmode)?723.2Kbps(Asymmetricmode)?AsynchronousdataandSynchronousvoice(Voicechannel64Kbps)Power?TXClass3:0dBm;Class2:+4dBm~-6dBm;Class1:+20dBm(withPA)?RX-70dBmto-20dBm(Sensitivity&Maxinputpowerlevel)7Datarate8?Alldevicesequal-configureaseithermasterorslave?Amastercanhaveupto7slavesinonepiconet?Hoppingsequencedeterminedbymaster?SlavesgatherinformationfrommasterinordertofollowhoppingsequencePiconet8?Alldevicesequal-configure9?MasterinoneandSalveinanotherPiconet?SlaveintwodifferentPiconet?OnlyMasterinonePiconet?ScatternetsupportisoptionalScatternet9?MasterinoneandSalvein10Bluetooth4.0Bluetooth4.0，協(xié)議組成和當前主流的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。BluetoothSIG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)。10Bluetooth4.0Bluetooth4.0，協(xié)議11Bluetooth4.0，低功耗的秘密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)和峰值功率的降低三個方面。11Bluetooth4.0，低功耗的秘密低功耗藍牙為何如12待機功耗的下降傳統(tǒng)藍牙技術(shù)動輒采用16～32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0.6～1.2ms，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0.5～4s，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。12待機功耗的下降13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)而顯得過于復雜，這也有效減輕了連接復雜性，減少了連接建立時間。13高速連接的實現(xiàn)14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(8～27Byte)數(shù)據(jù)封包，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。14降低峰值功率15藍牙原理方框圖15藍牙原理方框圖一.發(fā)信機測試1.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。BluetoothRFperformancetest一.發(fā)信機測試1.輸出功率測試儀對初始狀態(tài)設(shè)置如下：鏈路為跳16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、功率控制3、20dB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。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，174、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)制特性初始狀態(tài)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<175kHz；至少99.9%的Df2max>115kHz；Df2avg/Df1avg>0.8。4、相鄰信道功率初始狀態(tài)同（3）,EUT工作頻點分別為第186、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。規(guī)范還要求載波漂移速率小于4000Hz/10μs。6、初始載波容限EUT為環(huán)回狀態(tài)，回送凈荷為PN9的DH1191、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(dirtytransmitter),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。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BER<0.1%。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1、單時隙靈敏度初始狀態(tài)同1.1（3），EUT分別工作在低202、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、最大輸入電平即藍牙接收機的飽和電平。初始狀態(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BER<0.1%。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30MHz～12.75GHz頻率范圍內(nèi)的帶外雜散，包括天線傳導雜散和機箱輻射雜散。2、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D21MT8852B面板MT8852B面板2223MT8852B測試操作手動測試，不需要GPIB，不需要自動測試軟件，但需要手動按鍵儀器面板儀器的RF接口可以通過RF線纜或天線耦合，這時應(yīng)該正確設(shè)置補償，否則功率和靈敏度測試會有問題，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，測試才具有良好的一致性和可重復性因為測試的結(jié)果和速度依賴于設(shè)置，因此手動測試時，要特別注意各項的設(shè)置(建議先參考Script2)23MT8852B測試操作手動測試，不需要GPIB，不需要自如何設(shè)置損耗Path-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(3of3)按『Sel』鍵，選擇PathLoss的模式(pathoffset)

OFF不作補償

Fixed所有Channel都設(shè)置同一個補償

Table不同的Channel設(shè)置不同的補償

在Fixedoffset處輸入補償數(shù)值，按[Enter]確定

如何設(shè)置損耗Path-Loss將光標移到最上面－－選擇24選擇測試項目執(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[EUTaddr]，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

將光標移到各測試項，按[result]查看該測試項目的測試結(jié)果ManualTest選擇測試項目執(zhí)行測試按『Script』按鍵，回到主界面

按『AutoTestAutoTest1.ConnectDUTtoPCTheQPSTcanbeusedtochecktheconnectstate,ifconnectsuccessfully,itwouldshowasfollow:

ThePortNO.canbedifferentSoftwarePre-installation1.ConnectDUTtoPCTheQPSTca2.OpentheQRCTOpentheQRCTSelecttheHCICommands,detailpathpleaseseethefollowpicture2.OpentheQRCTOpentheQRCTChosethecomportSelecttheFTMmode(AfterBTtest,pleasesettheDUTbacktoonlinemode.)3.ConfigurationoftheDUTChosethecomport3.Configurat4.EnterthetestmodeInthe“HCIWriteScanEnable”Frame,selectthe“InquiryScanPageScanEnabled”,thenpressthe“Enable”button4.EnterthetestmodeInthe“HInthe“HCIUserCmd”,inputthesefollowedcommandandpress“SendCommand”button

01,1A,0C,01,03enablepageandinquiryscan

01,05,0C,03,02,00,02acceptconnectionrequestfromanydevice

01,03,18,00enableDUTmodeNow,pleaseconnecttheDUTtoBTtestequipmentanddoBTtest.Inthe“HCIUserCmd”,inputt5.HCICommandsUsedInTestContinuous_TX01,04,FC,09,05,01,07,04,20,00,00,00,00where01HCIcommand

04FC0905opcode01TXchannel,range:0x