BT测试方案Agilent经典射频测试方案

BT测试方案_Agilent经典射频测试方案1.1. 蓝牙的无线单元蓝牙被定义为一种用于无线连接的全球性规范。

由于它要取代电缆，所以成本要低、操作要直观而且要稳定可靠。

对蓝牙的这些需求带来了许多挑战。

蓝牙技术通过多种方式满足这些挑战性的需求。

首先，蓝牙选择无需执照的ISM频段；其次，蓝牙的设计强调低功率和极低成本。

为了在干扰非常强的ISM频段正常工作，蓝牙采用跳频技术。

蓝牙设备采用的框图有很多种。

对于发射而言，在末级射频结构中采用的技术包括直接VCO调制和IQ混合技术。

在接收机中，主要采用了传统的鉴频器或与模数转换结合的IQ 下变频器。

有许多设计可以满足蓝牙无线规范，但如果不小心行事，每种设计都会有所差异。

蓝牙系统由无线单元、基带链路控制单元和链路管理软件组成。

另外，还包括高层应用软件。

图1是蓝牙系统的框图，图中显示了基带、射频发射机、射频接收机等不同部分。

图1.1.2. 蓝牙链路控制单元和链路管理蓝牙链路控制单元，或称链路控制器，决定蓝牙设备的状态。

它不仅负责功率的有效管理、数据纠错和加密，还负责建立网络连接。

链路管理软件和链路控制器一起工作。

蓝牙设备之间通过链路管理器进行通信。

蓝牙设备可以工作成主设备（Master Unit）或者从设备（Slave Unit）。

从设备间建立连接，同时决定从设备的省电模式。

主设备可以主动与最多7个从设备同时进行通信；同时，另外200多个从设备可以登记成非通信、省电的模式。

这样的一个控制区域定义成一个匹克网（piconet）。

同样，不同匹克网的主设备可以同时控制一个从设备。

这时，匹克网组成的网络称为散射网（scatternet）。

图2描述了由两个匹克网组成的一个散射网。

不属于任何一个匹克网的设备处于待机模式Standby Mode）链路管理器在主蓝牙无线技术是一种针对无线个人区域网（PAN）的公开规范。

它为信息设备之间的声音和数据传送提供有限范围内的无线连接。

蓝牙无线技术使得设备之间无需电缆便可实现相互连接。

与大多数无线通信系统所不同的是，蓝牙设备之间可以实现即时组网，而不需要网络设施如基站或接入点（AP）的支持。

本测试建议书描述了用来验证蓝牙射频设计的收发信机测试方法。

测试过程既有手动控制和软件自动控制，又有方便的单键测试。

安捷伦科技关于蓝牙测试的解决方案清单请见附录D。

本建议书适用于对射频测试有基本了解的读者。

若想更多了解射频测试的基础知识，请参阅附录C推荐的阅读清单。

蓝牙频段分成多个时隙，每个时隙对应一个跳频。

在采用的时分双工（TDD）方式中，主设备在偶数时隙上发射，从设备在奇数时隙上发射。

在匹克网内部的话音和数据比特通过数据包发射。

主设备或者从设备的数据包长度可以是一个、三个或者五个时隙。

一个数据包包括一个接入码（accesscode）、一个包头（header）和一个有效载荷段（payload）。

接入码包括前导序列（preamble）、同步字（sync word）和可选的字尾（trailer）。

包头包含匹克网地址和数据包信息。

有效载荷段携带用户的话音或者数据信息。

数据包组成的更详细的信息请参见蓝牙规范的B部分（Part B），即“基带规范”。

2.1. 蓝牙器件的测试挑战由于蓝牙工作在无需牌照的ISM频段，该频段的干扰很大，蓝牙采用跳频技术来对抗干扰。

跳频的使用增加了信号分析的难度。

其次，蓝牙采用了GFSK调制，不同的数据导致调制波形的特性相差很大，因此必须在不同的测试项目中使用不同的有效载荷。

此外，要实现一个成功的蓝牙产品，还必须保证:符合全球各国的无线管理规范要求;1.通过蓝牙认证;2.实现低功耗;3.很简单的生产和测试，高产量;4.与其它蓝牙供应商的设备之间很好的互操作性;5.足够小以至于很方便地整合到其它小的设备里;6最重要的是实现低成本。

2.2. 蓝牙射频测试包的组成蓝牙无线接口是蓝牙协议栈的第一层。

图3所示为蓝牙协议栈不同层的结构。

图3. 蓝牙协议栈的基本分层结构蓝牙特别兴趣小组（SIG）建议了一个清单，名为“蓝牙射频测试包的组成”。

该清单定义了蓝牙设备认证所需的无线接口测试项目。

表1所示为测试项目列表及其标识。

本建议书的后续章节介绍这些测试项目以及如何进行测试。

关于具体的测试要求，比如初始条件、测试过程、测试条件或者预期的测试结果，请参见“蓝牙射频测试规范”（参考书目1）。

该文献由SIG定义，是一份权威性的文件1。

注释:作者在写本文档时，该文献的版本是0.91（射频测试规范化1.1，2001年6月2日）。

从那时开始，在蓝牙SIG网站上，可能发布了一些对该文献的更正信息。

请参阅该网站，以得到最新的测试要求。

2.3. 安捷伦蓝牙测试解决方案针对蓝牙射频测试包，安捷伦提供的解决方案表2. 蓝牙射频测试解决方案●完全满足蓝牙测试要求◆不完全兼容蓝牙测试要求，只用于预兼容性测试注释5:需要另加能够产生蓝牙信号的信号源，做为干扰信号注释6:需要配置安捷伦E8257D微波高性能信号源，产生连续波干扰信号（30MHz-12.75GHz）。

，产生互调信号。

注释7:需要另加两个信号源（一个标准信号源，另外一个能够产生蓝牙信号）2.4. 蓝牙发射机测试本章概述了蓝牙发射机的测试及其使用的方法，描述了对蓝牙元件和系统进行的测试，并提供一些例子和相关的信息。

测试条件及配置表3总结了发射机测试的测试条件。

表3. 发射机测试条件平均功率和峰值功率的测试可以用蓝牙综测仪、功率计、频谱仪或者矢量信号分析仪来完成。

对任何一个测试仪来说，它记录了突发信号中的最大功率，同时计算突发的20%至80%持续时间的平均功率。

突发的持续时间（突发宽度）指的是相对平均功率3dB的前点和后点之间的时间。

对具有全部功能的蓝牙设备的发射机性能进行测试，方法之一是采用蓝牙综合测试仪，比如安捷伦公司的N4010A。

该测试仪与被测设备之间会形成一个匹克网，其中测试仪为主设备，被测设备为从设备。

测试仪和被测设备之间会使用正常模式或者测试模式，用标准的蓝牙协议，建立一条链路。

当被测设备处于测试模式时，测试仪可以完全控制被测设备的工作。

例如，测试仪可以使被测设备进入环回模式或者发射机模式、取消跳频，并要求被测设备根据蓝牙射频测试规范，在特定频率进行发射。

图4所示为使用安捷伦N4010A蓝牙综测仪的基本配置。

功率测试射频发射功率的测试包括输出功率（一个突发中的平均功率和峰值功率）、功率密度和功率控制。

功率电平是数字通信系统中的关键参数。

以上测试项帮助保证功率电平足够高得可以维持通信链路，同时足够低得在ISM频段产生的干扰最小，并且最大限度地延长电池的寿命。

输出功率输出功率的测试是在时域上进行的。

由于蓝牙信号是一串时分双工的突发信号，所以需要进行正确的触发。

为了看到整个信号，触发是在突发包络的上升沿进行的。

图5所示是一个突发在时域上的功率和时间的关系。

使用N4010A蓝牙综测仪测输出功率时，按照蓝牙射频测试规范对输出功率测试的要求，蓝牙设备已经置于以下初始条件下：测试设备进入跳频的测试模式、发射DH5数据包、该数据包使用最大的数据包长度（339）。

注意，该蓝牙设备为功率级1的设备（平均功率图6a. 用ESA-E系列频谱仪的蓝牙选件进行输出功率测试矢量信号分析仪提供“触发延时”的功能，允许在触发点之前观察信号。

矢量信号分析仪还提供“平均功率”的功能，可以自动得到平均功率。

图6b所示为在矢量信号分析仪上显示的平均功率测试。

扫描时间和触发延时调整到可以测试突发的平均功率，避开了上升沿和下降沿。

图6b. 用系列矢量信号分析仪进行输出功率测试功率计可以用来测试输出功率，而且成本较低。

安捷伦的功率计预置了蓝牙的设置，存于非挥发的存储器中。

它的门设置和控制功能允许对蓝牙信号进行更详细的分析。

图6c 所示为功率测试的屏幕。

屏幕的上半部分为功率扫迹，下半部分为突发功率的详细分析。

图6c. 用功率计进行输出功率测试注释EIRP由于EIRP它包括发射机、电缆损耗和天线增益的影响。

当使用直接的端到端的连接进行测试时，必须考虑天线的增益，以保证整个系统不会超出输出功率的规范要求。

功率控制功率控制测试允许对功率控制电路进行测试和校准。

功率控制测试只对支持功率控制的蓝牙设备进行。

功率控制的测试方法与平均功率的测试方法一样，只不过对三个频率点（高、中、低信道）进行。

功率控制测试验证功率电平和功率步长是否满足规定的范围。

通过建立一条链路，安捷伦的N4010A综测仪可以调整被测设备的功率电平。

功率密度100kHz该项测试使用频谱仪的频域测量功能，中心频率设为蓝牙频段的中间频率，扫宽打到足够宽，使得可以观察到整个频段。

分辨率带宽设为100kHz。

将扫迹模式设为“最大保持”，进行单次一分钟的扫描。

扫迹的最大值可以用峰值检测（Peakdetection）来得到。

该点的频率成为频谱仪新的中心频率。

图7a 所示为该测试的一部分，可以很容易得到信号的不平坦度。

图7a. 用ESA-E系列频谱仪进行功率密度测试（频域测试）该测试的第二部分是，将频谱仪改到时域测量，进行单次一分钟的扫描，如图12b。

功率密度通过计算扫迹的平均值得到。

在频谱仪上，功率密度可以通过分析扫迹数据并对结果进行平均得到。

矢量信号分析仪本身具备计算扫迹平均功率的功能。

图7b. 用ESA-E系列频谱仪进行功率密度测试（时域测试）值得注意的是，蓝牙模块需要具备正确的RSSI检测器，而且，功率控制的信令需要使用相对增减的指令，而不是绝对功率指令。

发射输出频谱发射输出频谱测试通过分析频域的功率电平，以确保信道外的输出信号最小。

该测试可以帮助减少整个系统的干扰以满足强制性的兼容标准。

它将被测设备输出的频谱与一个规范定义的模板相比较。

该模板的特性如表5。

表5 频谱模板的要求正如表4总结的那样，蓝牙规范将发射输出频谱分为三项测试:1.频率范围2． -20dB带宽3．邻近信道功率前两项测试使用峰值检波的方法，而邻近信道功率的测试使用平均检波的方法。

后两项测试采用“最大保持”模式，而频率范围测试采用平均模式。

频率范围做频率范围测试时，将载波设为高信道和低信道。

此时，检验信号的功率密度，采样时间足够长，保证采到最高射频功率。

测得信号在2400MHz（法国是2446.5MHz）和2483.5MHz 的频率处必须小于-80dBm/Hz EIRP。

带宽-20dB带宽测试在高、中、低三个信道进行，使用较窄的测试滤波器。

测试时频谱仪扫宽打到2MHz，并记录峰值射频功率。

功率比峰值射频功率下降20dB的两个频率点之间的频率差就称为-20dB带宽，它必须小于1MHz。

图8a显示了观察到的频谱形状。

观察输出频谱时，能看到在频谱显示上存在不对称的情况。

这是因为在突发信号当中，有“非白色”的部分，比如包头。