蓝牙介绍及蓝牙测试课件

1BluetoothIntroduction

andRFtestJune.07,2012Spike1BluetoothIntroduction

andR2BluetoothBasicBluetoothisaglobalstandardforshortrangewirelessvoiceanddatacommunications.“蓝牙”是一种开放的技术规范，它可在世界上的任何地方实现短距离的无线语音和数据通信。蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1994年就已进行研发。1997年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。1998年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组（SIG），他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。2BluetoothBasicBluetoothisa3蓝牙技术的特点蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（Industrial,

Scientific

and

Medical,

ISM）频段。主要特点:1、全球范围适用2、同时可传输语音和数据3、可以建立临时性的对等连接4、具有很好的抗干扰能力5、具有很小的体积、以便集成到各种设备中6、微小的功耗7、开放的接口标准8、低成本很好的抗干扰能力和安全性可建立临时对等连接全球范围适用同时传输语音数据近距离通信功耗低体积小低成本蓝牙技术特点3蓝牙技术的特点蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目4蓝牙标准的发展V1.1(1998年):

为最早期版本，传输率约在748~810kb/s，因是早期设计，容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。V1.2:748~810kb/s的传输率，增加了(改善Software)抗干扰跳频功能。V2.1(2004年):改善了装置配对流程，短距离的配对方面，具备了在两个支持蓝牙的手机之间互相进行配对与通讯传输的NFC（NearFieldCoMMunication）机制。具备更佳的省电效果。V3.0(2009年):核心是“GenericAlternateMAC/PHY”(AMP)，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。传输速率更高，功耗更低。V4.0(2010年):

包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙4.0的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间、节能和设备种类上。有效传输距离也有所提升，为60M。4蓝牙标准的发展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，协议组成和当前主流的Bluetooth2.x+EDR、还未普及的Bluetooth3.0+HS不同，Bluetooth4.0是Bluetooth从诞生至今唯一的一个综合协议规范，还提出了低功耗蓝牙、经典蓝牙和高速蓝牙三种模式。其中高速蓝牙主攻数据交换与传输，经典蓝牙则以信息沟通、设备连接为重点，蓝牙低功耗顾名思义，以不需占用太多带宽的设备连接为主。这三种协议规范还能够互相组合搭配、从而实现更广泛的应用模式。BluetoothSIG表示，正式推出Bluetooth4.0的用意就是希望能够通过单一的接口，让应用系统自己挑选技术使用，而不是让消费者进行设备互连时，还要手动选择各项设备的连接模式，这一人性化的功能取向显然沿袭了蓝牙关注可用性和实际体验的设计思路，三种应用模式中，因为经典蓝牙和高速蓝牙都只是对旧有蓝牙版本的延续和强化，下面我们将重点阐述全新的低功耗蓝牙技术。10Bluetooth4.0Bluetooth4.0，协议11Bluetooth4.0，低功耗的秘密低功耗蓝牙为何如此省电？根据SIG官方发布会的资料，它和经典蓝牙技术相比，主要的改变集中体现在待机功耗的减少、高速连接的实现和峰值功率的降低三个方面。11Bluetooth4.0，低功耗的秘密低功耗蓝牙为何如12待机功耗的下降传统蓝牙技术动辄采用16～32个频道进行广播，而低功耗蓝牙仅使用了3个广播通道，且每次广播时射频的开启时间也由传统的22.5ms减少到0.6～1.2ms，这两个协议规范上的改变显然大大降低了因为广播数据导致的待机功耗；此外低功耗蓝牙设计了用深度睡眠状态来替换传统蓝牙的空闲状态，在深度睡眠状态下，主机长时间处于超低的负载循环(DutyCycle)状态，只在需要运作时由控制器来启动，因主机较控制器消耗更多的能源，因此这样的设计也节省了最多的能源；在深度睡眠状态下，协议也针对此通讯模式进行了优化，数据发送间隔时间也增加到0.5～4s，传感器类应用程序发送的数据量较平常要少很多，而且所有连接均采用先进的嗅探性次额定(sniff-Subrating)功能模式，因此此时的射频能耗几乎可以忽略不计，综合以上因素，低功耗蓝牙的待机功耗较传统蓝牙大大减少。12待机功耗的下降13高速连接的实现按照传统的蓝牙协议的规范，若某一蓝牙设备正在进行广播，则它不会响应当前正在进行的设备扫描，而低功耗蓝牙协议规范允许正在进行广播的设备连接到正在扫描的设备上，这就有效避免了重复扫描，而通过对连接机制的改善，低功耗蓝牙下的设备连接建立过程已可控制在3ms内完成，同时能以应用程序迅速启动链接器，并以数毫秒的传输速度完成经认可的数据传递后并立即关闭连结，而传统蓝牙协议下即使只是建立链路层连接都需要花费100ms，建立L2CAP(逻辑链路控制与适应协议)层的连接建立时间则更长。蓝牙低功耗协议还对拓扑结构进行了优化，通过在每个从设备及每个数据包上使用32位的存取地址，能够让数十亿个设备能被同时连接。此技术不但将传统蓝牙一对一的连结优化，同时也利用星状拓扑来完成一对多点的连结。在连接和断线切换迅速的应用场景下，数据能够在网状拓扑之间移动，但不至于为了维持此网络而显得过于复杂，这也有效减轻了连接复杂性，减少了连接建立时间。13高速连接的实现14降低峰值功率低功耗蓝牙对数据包长度进行了更加严格的定义，支持超短(8～27Byte)数据封包，并使用了随机射频参数和增加了GSFK调制索引，这些措施最大限度地减少了数据收发的复杂性；此外低功耗蓝牙还通过增加调变指数，并采用24位的CRC(循环冗余检查)确保封包在受干扰时具有更大的稳定度，低功耗蓝牙的射程增加至100m以上，以上措施结合蓝牙传统的跳频原理，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.发信机测试1.输出功率测试仪对初始状态设置如下：链路为跳频，EUT置为环回（Loopback）。测试仪发射净荷为PN9，分组类型为所支持的最大长度的分组，EUT对测试仪发出的分组解码，并使用相同的分组类型以其最大输出功率将净荷回送给测试仪。测试仪在低、中、高三个频点，对整个突发范围内测量峰值功率和平均功率。规范要求峰值功率和平均功率各小于23dBm和20dBm，并且满足以下要求：如果EUT的功率等级为1，平均功率>0dBm；如果EUT的功率等级为2，-6dBm<平均功率<4dBm；如果EUT的功率等级为3，平均功率<0dBm。BluetoothRFperformancetest一.发信机测试1.输出功率测试仪对初始状态设置如下：链路为跳16初始状态为环回，非跳频。EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试仪通过LMP信令控制EUT输出功率，并测试功率控制步长的范围，规范要求在2dB和8dB之间。2、功率控制3、20dB带宽初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试仪扫频找到对应最大功率的频点，并且找到其左右两侧对应功率下降20dB时的fL和fH，20dB带宽Df=|fH-fL|，要求Df小于1MHz。初始状态为环回，非跳频。EUT分别工作在低、中、高三个频点，174、相邻信道功率初始状态同（3）,EUT工作频点分别为第3信道、第39信道和第75信道，回送净荷为PN9的DH1分组。测试仪扫描整个蓝牙频段，测试各个信道的功率。要求相邻第2道的泄漏功率小于-20dBm，相邻第3道及其以上的泄漏功率小于-40dBm。5、调制特性初始状态同（3）,EUT分别工作在低、中、高三个频点。测试仪以所支持的最大分组长度发送净荷为11110000的分组，并对EUT回送的分组计算频率偏移的峰值和均值，分别记为Df1max和Df1avg。测试仪以所支持的最大分组长度发送净荷为10101010的分组，并对EUT回送的分组计算频率偏移的峰值和均值，分别记为Df2max和Df2avg，要求满足以下条件：至少99.9%的Df1max满足140kHz<Df1max<175kHz；至少99.9%的Df2max>115kHz；Df2avg/Df1avg>0.8。4、相邻信道功率初始状态同（3）,EUT工作频点分别为第186、初始载波容限EUT为环回状态，回送净荷为PN9的DH1给测试仪。测试仪先将链路置为非跳频，EUT分别工作在低、中、高三个频点，然后测试仪再将链路置为跳频。测试仪根据4个前导码计算载波频率f0，要求与标称频率fTX的差小于75kHz。7、载波频率漂移初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为10101010的DH1/DH3/DH5分组。测试仪先根据4个前导码计算载波频率f0，然后每10比特净荷测试一次频率，其与初始载频的差为瞬时频率漂移。最后测试仪将跳频打开，重新测试所有频点下的瞬时频率漂移。瞬时频率漂移之间的差定义为漂移速率。对于DH1分组，要求每次的瞬时漂移小于25kHz，对于DH3、DH5分组，要求载波瞬时漂移小于40kHz。规范还要求载波漂移速率小于4000Hz/10μs。6、初始载波容限EUT为环回状态，回送净荷为PN9的DH1191、单时隙灵敏度初始状态同1.1（3），EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。依照蓝牙规范的要求，测试仪控制其输出功率，以使EUT的收信功率为-70dBm。蓝牙规范允许EUT发送的射频信号具有75kHz的初始误差和40kHz的频率漂移，即总共允许有115kHz的误差。此外，还要考虑调制、符号定时等引起的误差。假如EUT的收信机性能由一个输出“完美”信号的测试仪来测试，其测试结果不足以提供冗余度来适应真正的无线传输环境，用户将得到一个关于收信机质量的错误结果。经验告诉我们，对于有扰测试，蓝牙收信机的灵敏度一般会劣化4-10dB，具体值与分组长度和蓝牙芯片种类有关。测试仪必须支持有扰发射(dirtytransmitter),见表1，将干扰加入到发送的蓝牙信号中，每20ms一组，从第一组依次到第十组，再返回第一组，不断重复。此外，蓝牙基带信号还受一正弦波调制。测试仪对误码率进行统计，要求误码率BER<0.1%。此外，如果有条件的话，最好在跳频状态下再重新测试一遍。二、收信机测试1、单时隙灵敏度初始状态同1.1（3），EUT分别工作在低202、多时隙灵敏度类似于单时隙灵敏度的测试，不过分组类型为DH3、DH5。3、最大输入电平即蓝牙接收机的饱和电平。初始状态同1.1(3),EUT工作于低、中、高频点。测试仪发送净荷为PN9的DH1分组信号，并控制其发射功率，以使EUT收信机入口处的电平为-20dBm。测试仪统计误码率，要求BER<0.1%。另外,收发信机均需要测试带外杂散,即依据ETS或FCC标准，测试EUT在工作状态和备用状态下30MHz～12.75GHz频率范围内的带外杂散，包括天线传导杂散和机箱辐射杂散。2、多时隙灵敏度类似于单时隙灵敏度的测试，不过分组类型为D21MT8852B面板MT8852B面板2223MT8852B测试操作手动测试，不需要GPIB，不需要自动测试软件，但需要手动按键仪器面板仪器的RF接口可以通过RF线缆或天线耦合，这时应该正确设置补偿，否则功率和灵敏度测试会有问题，甚至可能出现无法连接的情况。只有连接良好且补偿正确的情况，测试才具有良好的一致性和可重复性因为测试的结果和速度依赖于设置，因此手动测试时，要特别注意各项的设置(建议先参考Script2)23MT8852B测试操作手动测试，不需要GPIB，不需要自如何设置损耗Path-Loss

将光标移到最上面－－选择script处按[Setup]进入脚本设置按最左边的软按键进行翻页，翻到第3页(3of3)按『Sel』键，选择PathLoss的模式(pathoffset)

OFF不作补偿

Fixed所有Channel都设置同一个补偿

Table不同的Channel设置不同的补偿

在Fixedoffset处输入补偿数值，按[Enter]确定

如何设置损耗Path-Loss将光标移到最上面－－选择24选择测试项目执行测试按『Script』按键，回到主界面

按『』键至选择Script处，输入需要选择的Script，按[Enter]确定

注意脚本1和2不允许修改，脚本2完全符合蓝牙射频测量规范

按[Default]将各测试项的设置恢复到出厂设置(同Script2一样的设置)

将光标移到选择Script处(或测试项目处)，按[EUTaddr]，将DUT的蓝牙获取方式设置为“查询”(Inquiry)

按『』键至各测试项，按『Sel』进行选择，测试项前面的空格为实心代表选中，空心代表未选中

光标停在测试项上时，按[Setup]进入，设置测试条件，比如测试的包数量，跳频是否打开，测试通过的条件Limit等。

定制好测试项后，按『RUN』进行测试

将光标移到各测试项，按[result]查看该测试项目的测试结果ManualTest选择测试项目执行测试按『Script』按键，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