藍牙無線測試方法和指標

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藍牙無線測試配置包括一臺測試儀和被測設備(EUT, Equipment Under Test),其中測試儀作爲主單元,EUT作爲從單元。兩者之間可以通過射頻電纜相連也可以通過天線經空中傳輸相連。測試儀發送LMP指令,激活EUT進入測試模式,並對測試儀與EUT之間的藍牙鏈路的一些參數進行配置。如測試方式是環回還是發送方式,是否需要進行跳頻,分組是單時隙分組還是多時隙分組,分組的淨菏是PN9,還是00001111、01010101。測試模式是一個特殊的狀態,出於安全的考慮,EUT必須首先設爲“Enable”狀態,然後才能空中激活進入測試模式。


1.1發信機測試
(1)輸出功率
測試儀對初始狀態設置如下:鏈路爲跳頻,EUT置爲環回(Loop back)。測試儀發射淨荷爲PN9,分組類型爲所支持的最大長度的分組,EUT對測試儀發出的分組解碼,並使用相同的分組類型以其最大輸出功率將淨荷回送給測試儀。測試儀在低、中、高三個頻點,對整個突發範圍內測量峯值功率和平均功率。規範要求峯值功率和平均功率各小於23dBm和20dBm,並且滿足以下要求:如果EUT的功率等級爲1,平均功率> 0dBm;如果EUT的功率等級爲2,-6dBm<平均功率<4dBm;如果EUT的功率等級爲3,平均功率<0dBm。
(2)功率密度
初始狀態同(1),測試儀通過掃頻,在240MHz頻帶範圍內找到對應最大功率的頻點,然後以此頻點進行時域掃描(掃描時間爲1分鐘),測出最大值,要求小於20dBm/100kHz。
(3)功率控制
初始狀態爲環回,非跳頻。EUT分別工作在低、中、高三個頻點,回送調製信號爲PN9的DH1分組。測試儀通過LMP信令控制EUT輸出功率,並測試功率控制步長的範圍,規範要求在2dB和8dB之間。
(4)頻率範圍
初始狀態同(3),測試儀對EUT回送的淨荷爲PN9的DH5分組掃頻測量。當EUT工作在最低頻點時,測試儀找到功率密度下降爲-80dBm/Hz時的頻點fL;當EUT工作在最高頻點時,測試儀找到功率密度下降爲-80dBm/Hz時的頻點fH。對於79信道的系統,要求fL、fH位於2.4~2.4835GHz範圍內。
(5)20dB帶寬
初始狀態同(3),EUT分別工作在低、中、高三個頻點,回送調製信號爲PN9的DH1分組。測試儀掃頻找到對應最大功率的頻點,並且找到其左右兩側對應功率下降20dB時的fL和fH,20dB帶寬Df = | fH - fL |,要求Df小於1MHz。
(6)相鄰信道功率
  初始狀態同(3), EUT工作頻點分別爲第3信道、第39信道和第75信道,回送淨荷爲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道的泄漏功率小於-20dBm,相鄰第3道及其以上的泄漏功率小於-40dBm。
(7)調製特性
初始狀態同(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送淨荷爲11110000的分組,並對EUT回送的分組計算頻率偏移的峯值和均值,分別記爲Df1max 和Df1avg。測試儀以所支持的最大分組長度發送淨荷爲10101010的分組,並對EUT回送的分組計算頻率偏移的峯值和均值,分別記爲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 3115kHz;Df2avg /Df1avg 30.8。

(8)初始載波容限
EUT爲環回狀態,回送淨荷爲PN9的DH1給測試儀。測試儀先將鏈路置爲非跳頻,EUT分別工作在低、中、高三個頻點,然後測試儀再將鏈路置爲跳頻。測試儀根據4個前導碼計算載波頻率f0,要求與標稱頻率fTX的差小於75kHz。
(9)載波頻率漂移
 初始狀態同(3),EUT分別工作在低、中、高三個頻點,回送調製信號爲10101010的DH1/DH3/DH5分組。測試儀先根據4個前導碼計算載波頻率f0,然後每10比特淨荷測試一次頻率,其與初始載頻的差爲瞬時頻率漂移。最後測試儀將跳頻打開,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爲漂移速率。對於DH1分組,要求每次的瞬時漂移小於25kHz,對於DH3、DH5分組,要求載波瞬時漂移小於40kHz。規範還要求載波漂移速率小於4000Hz/10μs。

1.2 收信機測試
以上介紹了藍牙發信機的無線指標及其測試。對於收信機測試來說,所有指標的測試都是基於誤比特率的統計,並且至少要統計1600000個比特。衆所周知,在誤幀率較大的情況下統計誤比特率沒有任何意義,因此,爲了準確測試收信機的性能,測試儀必須能測試由以下6種情況導致的FER:CRC誤差、不正確的淨荷長度、同步字出錯、HEC出錯、EUT給MT8850A回送NACK分組、在預期的時隙內沒有收到EUT發送的分組。下面介紹藍牙收信機的測試。
(1)單時隙靈敏度
初始狀態同1.1(3),EUT分別工作在低、中、高三個頻點,回送調製信號爲PN9的DH1分組。依照藍牙規範的要求,測試儀控制其輸出功率,以使EUT的收信功率爲-70dBm。藍牙規範允許EUT發送的射頻信號具有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,還要考慮調製、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,其測試結果不足以提供冗餘度來適應真正的無線傳輸環境,用戶將得到一個關於收信機質量的錯誤結果。經驗告訴我們,對於有擾測試,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。測試儀必須支持有擾發射(dirty transmitter),見表1,將干擾加入到發送的藍牙信號中,每20ms一組,從第一組依次到第十組,再返回第一組,不斷重複。此外,藍牙基帶信號還受一正弦波調製。測試儀對誤碼率進行統計,要求誤碼率BER<0.1%。此外,如果有條件的話,最好在跳頻狀態下再重新測試一遍。
(2)多時隙靈敏度!
類似於單時隙靈敏度的測試,不過分組類型爲DH3、DH5。
(3)C/I性能
初始狀態同1.1(3), EUT分別工作在低、中、高三個頻點。測試儀發送的有用信號爲淨荷PN9的DH1分組,同時還發送淨荷PN15的藍牙干擾信號。有用信號和干擾信號的功率電平參見表2。測試儀進行誤碼率統計,要求BER<0.1%。
(4)阻塞性能
阻塞特性是指在其它頻段存在大的干擾信號時,接收機接收有用信號的能力。初始狀態同1.1(3),EUT收發頻點爲2460MHz(58號信道)。測試儀不僅發送淨荷爲PN9的DH1分組作爲有用信號,而且發送頻率爲30MHz到12.75GHz之間的連續波干擾信號。有用信號的功率電平比參考靈敏度高3dB,參考靈敏度是指滿足一定的誤碼率情況下,接收機可以接收的最小電平。干擾信號的電平比表3給出的大2dB。測試儀統計誤碼率,如果BER>0.1%,則測試儀記錄此時干擾信號的頻點,要求頻點的個數小於24。其他條件不變,僅把干擾信號的電平降爲-50dBm,測試儀記錄BER>0.1%時的干擾信號的頻點,要求其個數小於5個。
(5)互調性能
互調特性是指存在兩個或多個跟有用信號有特定頻率關係(它們的互調產物剛好落在有用信號帶內)的干擾信號的情況下的接收能力。初始狀態同1.1(3),EUT收發頻點相同,分別爲低 、中、高頻點。測試儀不僅發送淨荷爲PN9的DH1分組作爲有用信號,其功率比參考靈敏度高6dB;而且發送功率爲-39dBm、頻率爲f1的正弦波干擾信號,以及功率爲-39dBm、頻率爲f2的PN15調製的藍牙干擾信號。2倍的f1與f2的差正好等於EUT的收信頻點,並且f2- f1 =3MHz、4MHz或5MHz。測試儀統計誤碼率,要求BER〈0.1%。
(6)最大輸入電平
即藍牙接收機的飽和電平。初始狀態同1.1(3),EUT工作於低、中、高頻點。測試儀發送淨荷爲PN9的DH1分組信號,並控制其發射功率,以使EUT收信機入口處的電平爲-20dBm。測試儀統計誤碼率,要求BER〈0.1%。
另外,收發信機均需要測試帶外雜散,即依據ETS或FCC標準,測試EUT在工作狀態和備用狀態下,30MHz~12.75GHz頻率範圍內的帶外雜散,包括天線傳導雜散和機箱輻射雜散。

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