（通信与信息系统专业论文）蓝牙射频测试的研究与应用.pdf

北京交通大学颂士学位论文 y8 7 8 磊6 0 摘要 在现代产业化生产中，质量是产品赖以生存的根本。对于产品丌发人员 亲滋，德镅翻霾懿阉题是实璐菜令产磊或者产鑫戆蘩雩 功鼹，瑟对予一令 投入市场的产品来说，不仅要具有相应的功能，更重骚的是产品的各项参 数指标都要符合规范和标准的要求。如何有效她傈谖产品的璜量是产业纯 生产中一个至关重要的问题。 在的生产过程中，射频测试是保证蓝牙产品质量的一个重要的步骤。为 了方馁测试的过程，鸯爨快测试豹速度，提赢生产鲍力，我们霉要一个测 试软件来控制测试仪器进行工作。本文针对邀些需求设计了菔牙射频测试 软静。 第一章介绍了工稔背景和组织结构。 第二章磺究了蓝牙系统射频单元鲍特点稻参数，重点研究了蓝牙射频测 试的总体结构，及各测试项的测试条件及测试方案，并详细分柝了各个测 试项的测试过程及测试结果所爱满足的极限值，为实际生产测试提供了理 论依攥。 第三章分别从硬件和软件方面介绍了仪器的标准接口g p m 。 第嚣章营先灸绍了薤牙溅试仪戆努鼹、功能按锾释接叠，著详缨攘逮 了测试仪相关的g p 硝命令和参数，为测试软件开发掇供必要的信息。 棼五章飘耋芝产线的需求出发，分帮亍了蓝牙瓣频测试静模型，设计了测 试软件的整体功能模块，并实现了各个模块的功能。 域后一章对全文作了总结，并提出了进一步的研究方向。 【关键词】蓝牙莉魏灏试瑶 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nm o d e mi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ，q u a l i t yi se s s e n t i a lf o rp r o d u c t f o rd e v e l o p s t a f 廿1 e yc o n c e n 廿 l t eo nc e n a i np r o d u c to rs p e c m cf m l c t i o no fap m d u c t b u t f o rap m d u c t t h a ti sp u tf o 州a r dt om a r k e t ，n o to n l ym e 如n c t i o ni si m p o r t a 工l t ， b u ta l s om a i l yp a r a m e t e ro fi ts h o u l da c c o r dw i t h 1 es p e c i 五c a t i o na n ds t a n d a r d h o wt oe n s u r et h eq u a l i t yo f p r o d u c ti sv e r ys 蟾n i f i c a n ti ni n d u s 缸a lp r o d u c t i o n i nt h ep r o c e d u r eo f p r o d u c t i o n ，i 己ft e s ti sa ni m p o r t a ms t e pt oe n s u r et h eq u a l i t y o fb 1 u e t o o mp r o d u c t ，t 0m a k ef a c i l i t yf o rt e s t ，s p e e du pt e s t i n g ，a n de n f o r c e c a p a b i l i t yo fp r o m l c t i o n ，w en e e dt e s ts o f t w a r et oc o n 订0 1t h ew o r h n go ft e s t i n s t n l m e m ，t h ea r t i c l ed e s i g n e db 1 u e t o o t l lr ft e s ts o f 时a r ea c c o r d i n gt ot h e s e r e q u i r 唧e n t s c h 叩t e r1i n 订o d u c e st h ee n g i n e e r i n gb a c 蜒r o u n da 1 1 do r g a i l i z a t i o ns t r u c t u r e c h a p t e r2r e s e a r c h e so nm ec h a m c t e r i s t i ca n dp a r 锄e t e r so fb 1 u e t o o t hr fu m t i tc o n c e n 打a t e so nt h eg e n e r a ls t m c t u r eo fb 1 u e t o o mr ft e s t ，t e s te n v i r o m e m a n ds c h e m eo f t e s tc a s e s a n di ta l s om a k e sa 1 1 a l y s i so nt h et e s tp r o c e d u r eo 九e s t c a s e sa n dt h e1 i m i t e dv a l u e st h et e s tr e s u l ts h o u l df u l f i l l ，t op r o v i d et h e o r yb a s i s f o rp r a c t i c a lp r o d u c t i o nt e s t c h a p t e r3i n 仃i ) d u c e sh a r d w a r e 卸ds o f 研a r eo fs t a n d 盯di n t e r f k eo ft e s t i n s e n t g p c h 印t e r s4i i l h 硼u c e sm e 印p e a r a n c e 胁c t i o nb u t t o na n di m e r f 如eo fb 1 u e t 0 0 m t e s ti n s 订u 】：i l e 玎t ，a n dd e s c 订b e sm eg p i bc o m m a l l d sa 1 1 dp a l 7 黝e t e r so ft e s t i n s t n l m e n ti nd e t a i l ，t op r o v i d en e c e s s a r yi n f o r m a t i o nf o rt h ed e v e l o p m e i l to f t e s ts o f l w a r e c h a p t e r 5a n a l y z e sm em o d e lo fb 1 u e t o o t hr ft e s t ， a c c o r d i n gt o 舭 r e q u i r e m e n t s o fp r o d u c t1 i n e ，d e s i g n st h eg e n e r a lf u n c t i o nm o d u l e sa n d i m p l e m e n t sm e m t h e1 a s t c h 印t e rs 啪m a 五z e dm ea r t i c 】e ，a n dp r o v i d e d 如t t h e rr e s e a r c h o r j e d t a “o n k e y w o r d s ：b l u e t o o t h ，r f ，t e s t ，g p 2 北京交通大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 论文的工程背景和主要贡献 1 1 1f m c 成为通信领域的热门话题 f m c ( f i x e d m o b i l ec o n v e r g e n c e ) 即固网移动融合，是指网络的业务提供 与接入技术、终端设备相独立。从用户角度来看，f m c 的目的是使用户能 通过不同的接入网，享受相同的服务，同时，它能实现终端设备在这两种 网络之间无缝漫游。f m c 的概念是在2 0 世纪9 0 年代提出的。由于当时技 术上的限制、标准化工作的缺乏，f m c 并没有受到广泛接受。目前全球移 动用户数已经超过固话用户数，移动通信业务也在全球范围内呈现较快的 增长速度，与此同时固话业务发展放缓，通信市场份额不断被移动运营商 蚕食。竞争的巨大压力使得固网运营商开始重新考虑f m c ，希望通过f m c 实现移动网络与固定网络问的无缝漫游，鼓励用户使用固定网络，从而夺 回一定市场份额。而移动网络和固网混合运营商则希望通过f m c 充分整合 两种网络的资源，为用户提供更加便捷、更加个性化服务，以吸引用户。 同时，用户也对f m c 抱有很大的期望。 f m c 的短距离无线接入可使用的技术主要有蓝牙( b l u e t o o t l l ) 和e e 8 0 2 1 1 b 两种。蓝牙是一种开放性规范，以微波连接取代传统网络中的电缆， 在蓝牙设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本小功耗的数据和话音通信。 虽然蓝牙数据传输速率较低，并且相对于e e8 0 2 1 1 b 而言其传输距离较 短，但是蓝牙规范采用t d d 方式，因而其0 0 s 有很好的保证，并且其同时 支持同步信道传输和异步信道传输，因而其不仅可以适应数据传输也可用 于语音传输，并且已经有适合用于f m c 接入网的应用模型。目前应用的 f m c 的网络接入技术有两种，分别是i m a 和c t p 。u m a 需要固网和移 1 北京交通大学硕士学位论文 动混合运营商使用，而且需要有发达的邛网络支持。而c t p 方案实现相对 简单，仅需在固定电话终端并接蓝牙语音网关即可，不需要对网络进行改 造，实现起来相对简单，容易部署，成本较低。 1 1 _ 2 蓝牙语音网关的研发发与生产 我们注意到未来几年将是f m c 大发展时机，f m c 的市场潜力很大。 因此，项目小组推出了c t p 的方案，开发了蓝牙语音网关并投入生产。产 品生产线的生产流程如图卜1 所示。 图1 1 生产测试流程图 ( 1 ) s m d ：电子元件的贴片及焊接； ( 2 ) s m dc h e c k ：检查贴片工艺有无短路及虚焊； ( 3 ) d o w n l o a df i m l w a r e ：把软件烧录到芯片中； ( 4 ) r ft e s t ：蓝牙射频的测试； ( 5 ) a d i u s t p a r a m e t e ：r s ：修改芯片的一些工作参数 2 北京交通大学礤士学位论文 ( 6 ) b a s i cf u n c t i o nt e s t ：再次确认电压电流魁否稳定，检测语音通路是否 打通，梭灞接、打电话，良及e 是否正确； ( 7 ) a c o u s t i c st e s t ：使用电话电声测试仪进行电声测试； ( 8 ) a s s e 瑚b l e 觚dp a c 黼n g ：缎装整机与包装； ( 9 ) 0 c ：抽测； ( 1 0 ) s h j p p i n g ：发货。 ， ，3 论文主要工俸 这是公司麓次进行产晶螅产业化生产。生产线的生产和测试过程对壕最 小组来说，都比较陌生。在项目开发期间，本人阅读了蓝牙协议规范和蓝 牙溅瀵麓蓬，学习了毯器基4 8 8 。l 窝i e 馨e 4 8 s ，2 标准，磷完了a 鞋娃t s 强公镯懿 m t 8 8 5 2 a 蓝牙射频测试仪，掌握了仪器g p m ( g e n e r a lp u r p o s e e r f 沁e b u s ) 渡曰的软件开发的技术，糟v b 牙发工其实现了生产溺试中所需静蓝 牙射频测试软件，并去嫩产线参与学习和工作。论文的主要贡献有三点：( 1 ) 了解了产业化生产的一般过程；( 2 ) 研究并实现了g p 鹏接口在仪器编程方 面的应用；( 3 ) 研究了蓝牙射频测试知识，开发了蓝牙射频的测试软l 串， 并应用于生产线的测试。 1 2 论文的组织结构 论文共分为六章。第一章介绍了论文的工程背景、主要工作和论文组织 结构。簿二章从蓝牙射频的知识出发，详细论述了蓝牙射频测试的原理和 步骤。第三章介绍了g p 毋接口的硬件标准和软件标准。第四章使用昀测试 仪器的赍绥。第五章是蕴牙射频测试软l 季的开发工作，描述了测试软 譬鳃 整体结构，并且详细描述了各功能模块的实现。第六灏对项目所做工作进 行了蕊结，同时指塞了下一步鹃工作。 北京交通大学硕士学位论文 第二辈蓝牙射频测试理论研究 2 1 麓牙射频单元 2 1 1 薇牙协议栈介绍 蓝牙协议栈的整体结构如图2 一l 所示。 图2 一l 蓝牙协议栈整体站构 ( 1 ) 射频( r 且d i o ) 射频层足物理层，负责数据流的过滤和传输。在物理层，工作频段 选样是关键所在。为了使技术能够在全球邋用，规范中选择了工业、科 学秘医疗( 壬s 酝) 频段2 + 幸g 珏z 。 4 她塞交遵大学鹾士掌健论文 ( 2 ) 蘩带( 转a s 珀黼娃) 蓥蘩臻楚潮聪菝淳曩熬弱步耨接麓。蘩雾技零静信惑叛发采麓 f 薹薹s s 按术。秘序列囊主蹦方确定，并逶过豢谝( 呐u i r y ) 帮蚤呼( p a g i n g ) 过程采阗步黟i 簇频率帮瓣镑。 蓬牙爆莲中定义了蕊炎不圈的键路，鞠霉| 曩连接熬麟步篷释( s c 0 ) 黪焉连羧豹舅步镶貉( a e l 。在嗣一夔雩簇主可以实瑷多鼹数据健输。 a 既镌鼹斌予数强传稔，露s c o 链鼹邋予语音及数据潺啻的缀会。夔 矛支簿点铡点鞫患裂多点豹逐羧。 ( 3 链爨蘩骥( 瓤液醚勰a g 雕) 键黪篱瑷鬃受密连竣瓣建立与捺陵强及链鼹羧镬，稳锈京大，l 、豹攘 露l 蕊诲巍、节貔摸式、暖及镰爨豹认涯窝热蜜等。 ( 4 ) 壬 c l ( 珏。采e 蝴拉o l l e r 轴t 牲蠡e e ) 辍e 怒蓬牙秘议中款疆箨豹羧嚣，它撬供了一个调瘸下层黎黪、链 黪繁理器、狻态秘攘裁爨狂器等镂传懿绫黪会令菠霾。| 至c l 秘议阻上 羚软耱蜜髂运孬在烹瓠主，嚣羰c i 以下黪功憩惑蕤牙设餐寒完成。 ( 5 ) 怼c a p ( b 蘑e 瓣毛i 糠g 黼躺l 黼纛a 莲鹫t 菇p 的e 。1 ) 磁c a p 鞠袋蕊牙投零瓣蕊羧簇，褒上藤箍袋露恳连羧肇l 无逐羧兹数 嚣鞭务。它主瑟宠减秘议麓矮、数疆嚣装、q o s 霹绥繁壤。l 2 c 艚只 後麓a c 毛镳路。 ( 6 ) 瓣c ( 奄缆罄季 乏浚议) r f c 0 麓醚瑟蘩予嚣罩s l0 7 。l o 痰爨戆枣孬线镑囊秘议，它在蕊牙 鏊蘩协议上访蠹鬏s 2 3 2 按露l 巍数摇蕊号，为蕊蠲密行线传送j 糗鼷瓣上 鼷狯议( 摇0 酪藏x ) 援供l 夔务。 ( 7 ) s 黼( 自爱务发联游议) 嫒溺s d p ，胃以囊谝剃设蚕蕊悫窝黢务类受，鼠露在菠芽竣套阕建 北京变通大学硕士学位论文 立相应的连接。 ( 8 ) 善c s ( 电话控裁协议) 它定义了蓝芽设备间建立语音和数据呼叫的控制信令，定义了处理 蓝芽t c s 设备群静移动管瑷进程。 2 。1 ，2 薤牙射频功熊模块 蓝牙射频功能模块如图所示。 图2 2 蓝牙射频功能横块图 发送数据时，首先经过d a e 发送数攥鼗貘转换嚣) 恕数字信号转讫 成模拟信号，然后经过低通滤波器截取有用信号，接着进行f m 调制，然 后把f m 调制瑶的信号用伪随税序剜码进行虢频扩颓调铜，簸后经过勇于频 滤波嚣并发送出去。 接收数据时刚好相反；首先天线接收到信号，并进行射频滤波器滤除带 外于拨臻号，接羞躅榴圆懿伪随投序列进行麟扩频，然屡经过中频滤波器 得到f m 信号，经过解调后并由门限检测把模拟信号转换成数字信号送到 d s p 处理器楚疆。 北京交通大学硕士学位论文 调制号t 为o 5 的高斯滤波2 f s k 1 m 符号数字f m 调制 h 啡巾q，冀kjj-vl v 叫巾u s 塑掣煮挈： o 2 8 o 3 5 ( 通常峰值频率偏移为1 7 5k h z 1 k no n 、 o 。 u u j ， 跳频最大1 6 。o 跳每秒前四种受限的跳频序列只 每个信道带宽为l m h z是在建立连接的时候使用。 系统有五种不同的跳频序列：正常的工作的信道伪随机 1 ) p a g e 跳频序列跳频序列是由主设备的时 2 ) p a 譬e 响应序列钟和设备本身的蓝牙地址 3 ) h l q u i r y 序列 决定的。 4 ) i n q u i r v 响应序列信道跳频序列使得工作时 5 ) 信道跳频序列能够定期等概率地使用各 个信道。跳频序列的周期为 2 3 小时1 8 分 发射 c l a s s1 ：o d b m 一2 0 d b m 功率 c l a s s2 ：一6 d b m 一4 d b m c l a s s3 ：o d b m 功率控制： c 1 a s s1 ：4 d b m 一2 0 d b m c 1 a s s2 ( 可选) ：一3 0 d b m 一0 d b m c l a s s3 ( 可选) ：一3 0d b m o d b m 覆盖c 1 a s s l ：1 0 0 米 范围c 1 a s s2 ：1 0 厘米到1 0 米 最大非对称信道一个方向的最大的传输蓝牙2 o 标准推出e d r 后， 传输速率为7 2 1 k b p s ，另个方向的最大最大的传输速率达到 速率传输速率为5 7 6 k b p s 。对称信道的双3 m b p s ，实际传送数据的最 向传输速率为4 3 2 6 k b p s 。由于传输 大速率可以达到2 1 m b i t s 。 数据时，每个数据包都带有协议包 头，所以实际的传输速率小于 l m s y m b o l s 。 表2 1 蓝牙射频拳数表 北京交通大学硕士学位论文 2 1 4 蓝牙射频测试整体结构 蓝牙特殊利益小组( s i g ) 建议了一个列表，命名为“蓝牙射频测试整 体结构”( b 1 u e t o o t h r ft e s ts 1 1 i t es t m c t u r e ) ，作为蓝牙射频层认证时测试的 规范，该表如下所示。 堇墅射频层认证测试案例 标识符 发射机测试 输出功率 功率密度 发射机输出频谱范围 发射机输出2 0 d b 带宽 ! 堡垒型竺垒 竺! ! g t r m c a 0 2 c 1 l 姒 c q 3 c 鼹m i c q a | c 发射机输出相邻信道功率 调制特性 初始载频偏差 载频漂移 t r m c a 0 5 c 1 r m c 氏 0 6 c t r m c a 0 7 c t r m c a 0 8 c 收发机 带外伪辐射 t r c c a 0 1 c 接收机 单时隙包接收灵敏度 r c v c a 0 1 c 多时隙包接收灵敏度 r c v ，c a 0 2 c c i 性能 r c v c a 0 3 c 隔绝性能 r c v c a 0 4 c 互调性能 r c v c a 0 5 c 最大输入功率的接收灵敏度 r c v c a 0 6 c 注：标识符格式是t e s “c a n n ，c ，其中 t r m = t r a n s i n i t t e rt e s t 发射机测试 t r c = t r a n s c e i v e rt e s t 收发机测试 r c v = r e c e i v e rt e s t 接收机测试 c a = c 印a b i l i t yt c s t 能力测试 n n = t e s tp u r p o s en u m b e r 测试序号 c = c o n f o n n a n c et e s t 一致性测试 表2 2 蓝牙射频测试整体结构 北京交通大学硕士学位论文 2 2 蓝牙发射机测试 蓝牙发射机测试主要包括功率测试、输出频谱测试和调制测试三个大的 方面。 2 _ 2 1 测试条件和测试方案 2 2 1 1 测试条件 表3 是发射机测试所需要的测试条件。 测试项跳频测试模式包类型负载数据测量带宽 选择 输出功率0 n环回模式1 d h 5 2p r b s 93 m h zr b w 3 m h z v b w 功率密度o n环回模式1 d h 5 2p r b s 91 0 0 k h z r b w 1 0 0 k h z v b w 功率控制 o f f 环回模式1 d h l p r b s 93 m h zr b w 3 m h z v b w 发射机输出 o f f 环回模式1 d h 5 2 ，3p r b s 91 0 0 k h z 频谱范围 r b w 3 0 0 k h z v b w 发射机输出 o f f 环回模式1 d h 5 2 3p r b s 91 0 k h zr b w 频谱2 0 d b 带 3 0 k h zv b w 宽 北京交通大学硕士学位论文 发射机输出 o f f 环回模式1 d h l p r b s 9 频谱邻信道 功率 调制特性 o f f 环回模式1d h l 初始载频偏 o f f 差 o n 载频漂移 o f f 环回模式1 d h l 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 p r b s 9 1 0 0 k h z r b w 3 0 0 k h z v b w 环回模式1 d h l 1 0 1 0 1 0 加 一 d h 3 d h 5 2 1 ) 如果无法使用环回模式，可以用t x ( t r a n s m i t t e r 卜1 0 d e ) 进行测试。 2 ) 如果不支持d h 5 的包格式，使用支持的最长的包格式。 3 ) 最初的测试规范规定用d h l 包类型，后来发现在实际测试中不同的包 类型会产生不同的影响，所以现在都用最长的包类型。 表2 3 发射机测试条件 ( 1 ) 跳频 蓝牙系统的跳频特性增加了信号解析的复杂度。在功能性测试中，要 选择跳频这个选项；而在参数性测试中，这个选项不是必须的。为了减少 变量的数目并提高单项测试的准确度，在许多的测试项中，跳频选项都是 关闭的。我们可以把发射信道和接收信道固定在两个信道上，使设备中的 压控振荡器进行频率切换的测试。 ( 2 ) 测试模式 蓝牙设各可以工作在不同的模式： 正常工作模式 发射机测试模式 1n 北京交通大学碗士学位论文 环回测试模式 正常模式就是设各工作在标准的蓝牙通信模式。例如：当测试仪作为 主设备时，蓝牙设备就作为从设备。在正常模式下，测试仪会发送一些p o l l 的包，当接收到这些包后，从设备会返回n u l l 的包来表示确认收到。 ( p o l l 和n u l l 包请参考s p e c 协c a l i o no ft h eb l u e t o o t hs y s t e l l l 中的 “b a s e b a l l ds p e c i 丘c a t i o n ”一章) 。 在测试模式下( 包括环回模式和发射机模式) ，蓝牙工作在特殊的状态。 在环回测试模式下，蓝牙设备( 从设备) 解析出测试仪( 主设备) 发的包 的数据，然后用这些数据重新组成相同类型的包，再发送会给测试仪。在 发射机测试模式下，测试机( 主设备) 仅仅要求蓝牙设备根据特定的指令 ( p o l l 包) 发送一定类型的包。两种测试模式如图2 。3 和图2 4 所示。 图2 3 发射机测试模式 图2 4 环回模式 蓝牙设备中的测试模式是为了方便蓝牙发射机和接收机性能的测试用 的。当设备进入测试模式时，我们可以控制不同的发射和( 或) 接收的参 数，例如：频率选择、包类型和长度、比特格式、轮询周期和功率等级。( “测 试模式”详细资料请参考s p e c i f i c a t i o no f t h eb 1 u e t o o ms y s t e m 中的“蓝 牙测试模式”章节) ( 3 ) 负载数据 1 1 北京交通大学硕士学位论文 测试中用到的数据类型有三种，分别是9 位伪随机比特序列码 ( p r b s 9 ) 、1 0 1 0 1 0 1 0 码和1 1 1 1 0 0 0 0 码。每种类型的在测试中用处各不相 同。p r b s 9 产生周期为2 9 1 的伪随机比特序列用来模拟现实传输中的数据 流，因此它产生的已调信号的频谱分布接近现实信号。1 0 1 0 1 0 1 0 码不但可 以用来测试调制滤波器的性能，而且能改变发射机输出的频谱形状。 1 1 1 1 0 0 0 0 码可以用来测试高斯滤波器的性能。在几个连续的4 个连o 和4 个连1 的交替后，输出的波形就能稳定下来。使用不同类型的负载数据还 可以确定i q 调制方式出现的问题。当经过理想的高斯滤波器后，1 0 10 1 0 1 0 信号产生的最大频率偏移是1 1 1 1 0 0 0 0 信号产生的最大频率偏移的8 8 ，因 此蓝牙射频规范里规定这个比值要大于8 0 。 2 - 2 1 2 测试方案 根据测试中选择的是全部功能测试，或是发射机测试，或是发射机某一 部分测试，我们可以选择不同的测试方案。在全部功能测试的方案中，最 常用的一种方法是使用蓝牙r f 测试仪。在测试中，测试仪和d u t 构成一 个p i c o n e t ，其中测试仪作为主设备，d u t 作为从设备。在正常工作模式或 测试模式下，测试仪与j t 建立一条链路。当设备工作在测试模式时，测 试仪可以完全控制d u t 。例如：测试仪可以设置d u t 进入环回测试模式或 发射机测试模式，关闭跳频并让d u t 在指定的频率上工作。 图2 5 是另外三种测试方案的结构图。方案一是发射机性能的全部功能 测试，方案二是发射机，方案三是发射机射频部分测试。方案一与基本方 案的区别在于测试仪和d u t 之间没有链路，因此，测试仪不能控制d u t 。 在这种情况下，我们必须使用一个特殊的内部试验设备( t e s t f a c i l i t v ) ，它 可以让d u t 转发接收到的包。这样，数字信号发生器产生的蓝牙信号可以 输入到d u t 的接收机并环回到发射机发射，信号分析仪接收到这个信号后 1 ， 北京变通大学硕士学位论文 与原始的信号进行比较。在方案二中，仪器必须能够控制传输类型( 跳频 署，关，篷静类燮) 来提供合邋豹夔牙发菇聿晁溪试我条俘。方案三可以臻来 测试发射机放大器或其它一些部分的性能。这三种方案中，使用的信号分 析仪可以是灏谱分季厅仪或者楚矢量信号分轿仪。另井蕊它的漫备包括信号 发生器、电源、示波器、网络分析仪、功枣计蒋。 秀察2 l 兰塞薹塾。卜m f 1 黧篓 一 l 斯但f 萌章计) 圈l 二苎竺! ：咄嘲壤 、蕊蕊黼黼黑积丽嗣峨霹勰 一一。一 j 躺i 乏备控制礴l 一赫鼬萄嚼纛铡端捕黼g 女礴 臣卜备 医慈磊习 。 | 掷_ 艇，曲睾计)莲 _ 葛嘲霸嘲掘墨蕾蕾癌群捌蹄暖脯 2 t 2 ，2 凌率测试 围2 5 发射机测试方案 r f 发射机功能测试包括输出功率( 一个b u r s t 中的平均功率和最大蜂 值功拳) 、功率密度和功率控制。功率铸级是数字通信系统中一个非常熏要 懿参数，这瑷溅试可以确爨功率是姨王俸鳇露时尽量降低功搴亲减少毽m 频段的干扰，同时延长电池的使用时间。 鹜窳k0 方 一；熊厂翱量叫詈 北京交通大学硕士学位论文 2 - 2 2 1 输出功率 输出功率是在时域中表示的。由于蓝牙信号时一系列的t d db u r s t ，因 此必须要保证触发的正确性。在包络线的上升沿触发的，获得一个可见的 信号，图2 6 说明了时域中信号b u r s t 的功率一时间特性。 图2 6 时域内的功率图 可以使用蓝牙测试仪、功率计、频谱分析仪或矢量分析仪来测试平均 功率和峰值功率。任何一种测试仪都可以记录一个b u r s t 中最大功率值，并 可以计算出b u r s t 持续时间的2 0 - 8 0 时段的平均功率值。 2 - 2 2 2 功率密度 测试时，首先把信号分析仪的中心频率设置在蓝牙频带的中心点上， 并使得频率范围覆盖整个蓝牙频段，设置频率分辨率为1 0 0 k h z 。用单扫频 方式进行扫描并打开最大读值锁定功能，这样就能得到频率一功率曲线上的 功率最大值。然后，把频谱分析仪的频率固定在功率最大值时的频率上， 然后再测量一分钟内得到的功率值，求其平均值就得到最大功率密度值。 这项测试是验证最大r f 输出功率密度符合e t s3 0 03 2 8 标准的要求， 即要满足： d 北京交通大学硕士学位论文 2 2 2 3 功率控制 功率密度 1 0 0 m w ( 2 0 d b m ) 1 0 0 k h z 功率控制可以测试或校准功率等级控制电路。功率控制测试仅对支持 功率控制的设备有效。功率控制的测试方法与平均功率测试的方法一致， 只是它只测试三个离散的信道( 分别是最低的、中间的和最高的工作频点) 。 功率控制测试检验功率级别和功率控制步幅是否在规定的范围内。蓝牙规 定的范围是： 2 d b 功率控制步长8 d b c l a s s l 设备的最低功率p a v 4 d b m 2 f 2 3 输出频谱 发射输出频谱的测试是在频域内分析功率的情况，确保带外辐射最小 化。这样能减少整个蓝牙系统的干扰并确保通信的一致性。蓝牙规范把发 射输出频谱测试分为三部分： 频率范围 一2 0 d b 带宽 相邻信道功率 其中前面两个使用峰值检测而相邻信道功率使用均值检测。后面两个 测试使用( 最大门限模式) 而频率范围使用平均模式 2 3 3 1 频率范围 验证发射机工作时是否在规定的频率范围内。首先让被测设备工作在 最低的工作信道上，找出e i r p 值低于一8 0 d b m h z 时的最大频率值，记作f l ； 然后让被测设备工作在最高工作信道上，找出e i r p 值低于一8 0 d b m h z 时的最 北京交通大学硕士学位论文 小频率值，记作f h 。最后验证f l f h 是否在2 4 g h z 一2 4 8 3 5 g h z 范围内。 2 3 3 2 - 2 0 d b 带宽 首先选择最低的工作信道发送负载为p r b s 9 的d h l 包，然后测量出功率 的最大值及其频率点，接着得到这个频率点两端衰减2 0 d b 功率的两个频率 值，最后得到这两个频率的间隔f i n i n 。同样地可以得到中间的工作信道 的f 1 i l i d 和最高工作信道的f m a x 。要满足标准的要求，测试得到的这三 个值必须满足下面的条件： f 乍了缀大豹 改变。觋e e4 8 8 2 仪器使用标准的交换协议和数据格式，并以有效的方式 来晌应通用的命令和查询，困此它的编程能力比砸e e4 8 8 1 设备要容易豹 多。瑾e e 4 8 8 。2 的消息交换协议是s c p i 标准的基础。i e e e 4 8 8 + 2 定义了一 个e e4 8 8 1 接口能力的最小子集，这个子集是所有设备都要包括的。所 有设各必须要煮发送裁接收数攥、遣求鼹务趵晦应设镰潼除瀵感魏裁力。 i e e e4 8 8 2 精确定义了发送到仪器的命令格式和仪器发出响应的格式。所 有仪器都毖羲要撬 亍麓定豹搡箨蕊葸线逶信并报告状态，这些绦佟对掰有 的仪器都是通用的。因此e e4 8 8 2 定义了可编程命令来执行这些操作， 定义了亵询来羧收通确的状态偿怠。通用的命令和查询如表3 所示。黼e e 4 8 8 2 标准化了状态撮锪机制。控巷4 器就按照这个状态报告机制获得系统中 每个仪器的状态信息。 3 3 5 软态报警貘鍪 状态报告模型如图3 ，6 所示。 北京交通大学硕士学位论文 图3 61 b 髓48 8 2 状态报告模型 各个状态寄存器比特说明如下： 765432 10b ” 图3 7 标准事件状态寄存器 3 9 苎塞塞鎏查堂堡主堂竺燕塞一 比特鬣 定义 p o n 当仪器上电羼就设萋这个b t ，提示设餐已缀上电。当仪器重襄 或收到+ c l s 命令层，清除这个b l t 。 u r q爰户请求。 c 酾0 翕令错误，牧戮无法确谈的命令。 e x e 执行出错，不能执行命令。比如：参数越界。 d d e设备相关的锚误，跟舆体设备相关。 q y e 查询出错。 r q c 请求接裁权，只用于g p l 8 控制器。 0 p c操作完成， 785 43 2 o 翻t 蠲3 8 获态字节寄存器毙待位示戆莓 i 魄糁定义 r q s ，m 8 s 当通过串行轮询来读取状态字节的 时候，这个比特为r q s ；当遁过 s t b ? 命令来读取状态字节时，这 个比特为m s s 。 4 0 北京交通大学硕士学位论文 e s b 事件状态比特，当e s b ( 事件寄存 器) 的一个比特被设置后，与之相对 应的e s e ( 事件状态使能寄存器) 中 的比特也将被设置。当这两个寄存 器中的比特都被设置后，该比特将 被设置。 m a v 消息有效，当输出缓存中有数据时， 该比特将被设置。 其它的几个比特根据仪器的需要，由生产厂商自己定义状态。 表3 5 状态字节寄存器比特说明 3 。3 5 1 通过串行轮询方式的状态报告流程 当仪器发生某一件事情时，状态字节寄存器中除r q s 比特外的某一个 比特将被设置，e s b 和m a v 的设置过程如上表所示；接着s r e f 服务请求 使能) 寄存器中相对应的比特将被设置( 第6 比特除外) ，然后( 巾i b 接口上将 产生s r q 消息；当串行轮询结束后，s r q 消息将被清除，当状态字节传送 到控制器后，产生s r q 消息的比特都将被清除。 3 3 5 2 通过s t b ? 命令方式的状态报告流程 当控制器发送。s t b ? 命令进行查询时，把状态字节寄存器与s r e 寄存 器进行按位“与”的操作( 第6 个比特除外) ，然后再把这7 个比特进行“或” 的操作，并把结果作为m s s 字节的值。“。s t b ? ”命令不会改变状态字节的 值，也不会清除s r q 消息。 4 北京交通大学硕士学位论文 3 4s c p l 规范 s c p i ( 可程序化仪器标准指令集) 规范通过定义个综合的适合所有 设冬黪命令集，扩展了l e 基e4 8 8 。2 遥愆命令集。剿热：蹶有豹s e p i 兼容夔 电压袭，不管它的生产厂商或型号，在读取交流电压的值时，用的都是同 一个命令，蘑群，褊巍命令豹穰式遣褥溺。 s c p i 包含了i e e e4 8 8 2 标准定义中大部分的与硬件无关的命令和协 议。翻3 9 说疆了g p 鹏标准酾结构。 图3 9g p i b 标准的总体结构 北京交通太学倾土学位论文 第四章蓝牙射频测试仪的简单说明 生产线上，蓝矛的射频测试需要使用相关的蓝牙射频测试仪器。 m t 8 8 5 2 a 是由a 】m t s u 公司生产的，应用于生产线测试。本章简单介绍测 试仪的外观及本项目中用到的帽关的g p 命令。 4 1 测试仪外观及接口 4 1 1 测试仪的正面外观 图4 1m t b 85 2 蓝牙测试仪正面团 ( 1 ) 数字字母键盘：在系统配置时可输入字母或数字； ( 2 ) 开关：当设备接上电源后，设各就处于升机或待机状态，使用这个按 钮切换两种状态； ( 3 ) 清除键：在小同的场合有不同的作用： 在输入数字或字母时，可以清除输入的数字和字母， 关闭声音报警， 取消屏幕上的g p i b 图标 取消屏幕上的g p 坩图标 北京变通大学硕士学位论文 ( 4 ) 菜单按钮：也称为硬按钮( h a r dk e y ) 。按这些按钮后，会弹出固定 的一些蒺单或拭芎亍一些命令。具体的蓑攀按镪有以下死葶孛， r u n ：按下这个按钮后，就按照选中的s c r i p t 进行测试； l o 。p ，陵o p ：按下这个按镬螽，藏按照s c 啷t 所定豹次数邈彳亍循 环测试；如果在测试时，按该按钮的话，就停止测试； s c p t ，r e s t ：按下该按钮后，弹出一个s c 打p t 菜单，用户就可以对 该s c 邱t 进行设置； c o n f i g ：按下该按钮后，用户可以对测试仪进行设嚣： p 黼e t ：之 = 仪器返霆裂臻先设定的毛爰态； c l r ：删除输入的字符； s e l e c 专：选择或打开豫选中鹣功镌； b a c k ：退回到先前的菜单。 ( 5 ) 软按钮：每次霹幕上弹幽菜单后，会裉据各自浆荦的需求，在较按钮 的上方鼹示一个字母，注明按下该按锾蕊会出聪赡功能； 弹出下级的子菜单， 显示“嚣毪t 雕”，技下隧蜃表示确谈。 ( 6 ) 测试仪的星示屏 ( 7 ) 灯p 碱：测试仪戆射菝羧西。哥戳逯过藕合天绫或电缆将测试仪与镀 测设备建立链路。 ( 8 ) 嚣u t c o n t f o l ：邋过合适的电缆线，将溺试仪与被测设备的连接怒来， _ 并通过r s 2 3 2h e i 命令控制被测设备。 北京交通大学硕士学位论文 4 1 2 测试仪的背面接口 圈4 2 测试仪的背面尉 ( 1 ) 交流电源输入：仪器的供电。 ( 2 ) 底盘接地：提供方便的参考接地。 ( 3 ) 输出1 ：t t l 输出t x o n ，t x d a r a ，r x d a l 队和相关器。 ( 4 ) 输出2 ：t t l 输出r x o n ，t x d 问1 a ，r x d a 工：a 和相关器。 ( 5 ) m t 8 8 5 x a 测试仪d 序列号标签 ( 6 ) s c o 端口( m t 8 8 5 2 a 特有) ：三个插孔连接器，给语音测试提供模拟 的输入和输出； ( 7 ) 输入：维修测试时用到的输入； ( 8 ) 1 0 m h z 参考：使用外部l o m h z 参考信号的输入点； ( 9 ) i e e e 4 8 8 接口：连接到g p 上的连接器； ( 1 0 ) 串口连接器：可以输入命令和数据，也可以进行仪器的软件更新。 北京交通大学硕士学位论文 4 2 测试仪的g p l b 命令介绍 4 2 1 事件寄存器命令和g p | b 强制命令 ( 1 ) c l s ( c e a rg p 穆s t a t u sb 舛e s ) 清除g p 潞状态字节命令，用来清除所 蒋的g p m 状态数据结构，包括事件状态寄存器和状态寄存器，m a v 比特除外。c l s 不会清除输出队列。 ( 2 ) 嚣s r ( s t a 赫d a 砖e v e n ts t a 搬sr e 垂s t 蹦q u e r y ) ：标准事件状态毒存嚣焱谗， 落询当前的e s r 寄存器的状态。 ( 3 ) 嚣疆圆强瓢ir # g s 泣销。嘲：嚣u t 失效骞存嚣套谗，套邂耋静歪疆 寄存器的状态。 ( 4 ) 粉n ( i d 熊娃a t i 僦q u e 搿) ：查谲测试仪器静识羽码、序捌号稻软件敝 本，与i d e n t 命令功能一致。 ( 5 ) i n s ( i n s t n l m e n ts t a t l l s r e g i s t e r q u e r ”：返翻当前的i n s 寄存器的状态。 4 t 2 1 2 综会载g p l 8 会令 ( 1 ) b o o t s 姒nt s ：仪器启动的时候要进行刨佥。如果自梭失败的话， 会在屏幕上显示失败的原因。这条命令说明仪嚣启动厝所处于的状 态，其中； o 一自检成功，仪器开始工作； l 歪在鑫捡； 一1 自检失败。 ( 2 ) c o n t ( c o n t i n u ea e rs e l ft e s t ) ：如果d s p 没有阔题的话，这条命令 允许仪器自检失败后，仍然继续启动。 ( 3 ) e u s t ( e 玎o rl i 8 t ) ：这条命令读取锁存器记录的错误状态并清除锁 存器。镄误状态镇存器记最出瑗蛇错误并傈拷错误状态，矗到仪器獒 北京交通大学硕士学位论文 重启。 ( 4 ) l o c k ( s c r i p tl o c k ) ：这条命令用来给s c r i p t 加密，防止s 嘶p t 被任意 的修改。要修改s c 打p t 时，就必须要用u n l o c k 命令给s c r i p t 解密。 这条命令也可以用来查询s c p t 是否已经加密。 ( 5 ) o p m d ( o p e r a t i o n m o d e ) ：这条命令用来设置或查询仪器的工作模式。 仪器的工作模式有4 种：一般工作模式( s c r i p tm o d e ) 、单一测试模式 ( s i n g l et e s tm o d e ) 、信号发生器模式( s i 盟a lg e n e r a t o rm o d e ) 和c w 测 试模式( c w m e a s ) 。 ( 6 ) s c p t c f g ( c o n f i g u r es c r i p f ) ：这条命令用来设置测试时的测试项，也 可以用来查询s c t i p t 中选中的测试项。当查询时，返回的是8 个测试 项的状态，o n 表示选择，o f f 表示没选中，8 个测试项按照固定的 顺序排列的。 ( 7 ) s c p t s e l ( s e l e c ts c 啷t ) ：设置或查询当前正在使用的s c r i p t 号。 ( 8 ) s t e r r ：返回最后一次自检的结果，但不会发起自检。 ( 9 ) t ，w r ( t r a n s m i 仳e r p o w c rl e v e l ) ：发射机功率等级。为一个s c r i p t 设 置默认的发射机功率等级。这是仪器查询设备和建立链路所使用的功 率。具体的各个测试项中使用的功率是用测试项自己定义的功率值， 但是测试项测试完后，功率值就必须返回到这个默认的发射机功率 值