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

羅德與施瓦茨技術專欄

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備的快速發展，小型化智能設備對數據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，在平衡數據傳輸速率和功率消耗的過程中，藍牙技術成為一個絕佳的選擇，被廣泛應用于小型化智能設備中。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，最初的目標是替代掌上電腦、移動電話等數字設備上的有線連接方式。藍牙規范制定之初，為建立全球統一的標準，將工作頻段定義為全球統一開放的2.4GHz工業、科學和醫學頻段（Industrial Science MedicalISM）。由于藍牙技術的頻段在全球范圍內適用，工作在2.4GHz的ISM頻段，全球大多數國家，該頻段不需要向當地的無線電資源管理部門申請許可證。藍牙技術具有頻段免費、模塊體積小、功率低等優勢，從目前的應用來看，這些優勢使得藍牙技術已經不局限于用于普通的計算機外設，它幾乎可以被集成到任何的數字設備中，尤其是那些對數據傳輸速率要求不高、使用電池的移動和便攜設備中。

隨著近些年小型化智能設備的快速發展，小型化智能設備對數據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，在平衡數據傳輸速率和功率消耗的過程中，藍牙技術成為一個絕佳的選擇，被廣泛應用于小型化智能設備中。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備的測試工作中，已經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作為兩款儀表的統稱）。針對產線和研發領域的測試，單臺儀表的藍牙測試功能已經可以覆蓋藍牙技術80%的射頻測試用例；針對藍牙射頻測試規范的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，可以實現藍牙射頻測試的預認證測試。

2 藍牙技術射頻測試工作

2.1 藍牙射頻規范

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品，研究一種低成本、低功耗的無線連接技術。隨后，與其他4家公司共同成立了藍牙興趣小組，并于1998年發布了第一個藍牙標準版本1.0，經過近20年的發展，藍牙技術從最早的基本傳輸速率（Basic Rate），演進到增強型速率（EnhancedDataRate）傳輸，以及在規范4.0中最新引入的低功耗（LowEnergy）傳輸?，F今，藍牙規范已經發布了最新的核心規范版本4.2。

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

2.2 BR/EDR射頻測試

在藍牙核心規范的測試方法章節，定義了BR/EDR測試模式，測試模式可用于測試藍牙設備的硬件和底層功能。BR/EDR的測試模式支持測試藍牙設備的發射機和接收機，包括兩種模式，即發射機測試（恒定比特流的數據包）和環回測試。測試模式主要用于認證測試藍牙的射頻和基帶部分。同時，也可以用于法規認證或者生產測試。處在BR/EDR測試模式下的設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據傳輸。

如圖1所示，完整的測試構建包含一個待測設備（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，測試儀表和待測設備組成一個微微網。測試儀表作為主控設備，待測設備作為從設備。測試儀表控制整個測試流程。

圖1 BR/EDR測試模式測試構建

在測試過程中，需要待測設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備是不可以進行正常操作的。當待測設備離開測試模式后，它將進入待命模式。

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

表1 BR/EDR射頻發射機測試項目

2.3 LE射頻測試

在藍牙核心規范的測試方法章節中，定義了LE直連測試模式，直連測試模式可用于測試藍牙設備的硬件和底層功能。直連測試模式用于控制待測設備，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，另一種是通過雙線串口測試接口實現。任何一個藍牙待測設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：發射機（TRM）測試和接收機（RCV）測試。藍牙測試規范針對發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，藍牙待測設備需要工作在產品制造商所標稱的正常溫度、濕度和電壓狀態下，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，藍牙待測設備需要工作在產品制造商所標稱的產品耐受的極限溫度、濕度和電壓狀態下，開展射頻指標的測試。藍牙法規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，不僅限于蜂窩技術的研發、生產及認證解決方案。針對非蜂窩領域的藍牙技術，同樣提供從研發到生產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的BR/EDR/LE射頻指標，并且提供所有藍牙規范定義的連接模式，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所示的測試拓撲構建，工程師可以完成對藍牙設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），可完成藍牙測試規范中幾乎所有的射頻測試項目。

表3 LE射頻發射機測試項目

如圖6所示，CMW綜測儀負責和藍牙待測設備通過藍牙法規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備發送所需要的信號，并且CMW綜測儀會對藍牙法規所規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測試構建

圖5 CMW LE測試構建

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，配置儀表參數控制儀表，完成對藍牙待測設備的射頻測試，是實現全自動化的測試。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，使用上述拓撲結構，CMWrun可以完成除了LEEOC環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。

圖6 藍牙預認證測試構建

4 結束語

藍牙技術作為一種短距離、低功耗的通信技術，近些年已經被廣泛使用在小型化的智能終端設備上。作為小型化智能終端設備的主要通信模塊之一，藍牙的測試非常重要。R&S公司在藍牙測試領域的持續投入和研發，為藍牙技術的芯片制造商、終端設備生產廠商提供了從研發、認證到生產完善的測試解決方案。本文中的藍牙射頻預認證測試系統，為藍牙設備的研發和生產廠商提供了一套簡便、快速的藍牙預認證測試解決方案，能幫助藍牙設備的生產廠商快速搭建藍牙射頻預認證測試系統，并更加高效地開展測試工作。