2021年07月08日 | 蓝牙BT射频测试

一、概述

　　蓝牙射频测试配置包括一台测试仪和被测设备（EUT, Equipment Under Test），其中测试仪作为主单元，EUT作为从单元。两者之间可以通过射频电缆相连也可以通过天线经空中传输相连。测试仪发送LMP指令，激活EUT进入测试模式，并对测试仪与EUT之间的蓝牙链路的一些参数进行配置。如测试方式是环回还是发送方式，是否需要进行跳频，分组是单时隙分组还是多时隙分组，分组的净菏是PN9，还是00001111、01010101。测试模式是一个特殊的状态，出于安全的考虑，EUT必须首先设为“Enable”状态，然后才能空中激活进入测试模式。

二、发射机测试

1）输出功率测试

　　测试仪对初始状态设置如下：链路为跳频，EUT置为环回（Loop back）。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。

2）功率密度测试

　　初始状态同1），测试仪通过扫频，在240MHz频带范围内找到对应最大功率的频点，然后以此频点进行时域扫描（扫描时间为1分钟），测出最大值。

　　· 要求小于20dBm/100kHz。

3）功率控制测试

　　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。

4）频率范围测试

　　初始状态同3），测试仪对EUT回送的净荷为PN9的DH5分组扫频测量。当EUT工作在最低频点时，测试仪找到功率密度下降为-80dBm/Hz时的频点fL；当EUT工作在最高频点时，测试仪找到功率密度下降为-80dBm/Hz时的频点fH。

　　· 对于79信道的系统，要求fL、fH位于2.4～2.4835GHz范围内。

5）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。

6）相邻信道功率测试

　　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。

7）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 < 3115kHz；

　　· Df2avg /Df1avg < 30.8。

8）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。

9）载波频率漂移测试

　　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。

三、接收机测试

　　以上介绍了蓝牙发信机的无线指标及其测试。对于收信机测试来说，所有指标的测试都是基于误比特率的统计，并且至少要统计1600000个比特。众所周知，在误帧率较大的情况下统计误比特率没有任何意义，因此，为了准确测试收信机的性能，测试仪必须能测试由以下6种情况导致的FER：CRC误差、不正确的净荷长度、同步字出错、HEC出错、EUT给MT8850A回送NACK分组、在预期的时隙内没有收到EUT发送的分组。下面介绍蓝牙收信机的测试。

1）单时隙灵敏度测试
　　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。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(dirty transmitter)，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。

2）多时隙灵敏度测试

　　类似于单时隙灵敏度的测试，不过分组类型为DH3、DH5。

3）C/I性能测试

　　初始状态同1）, EUT分别工作在低、中、高三个频点。测试仪发送的有用信号为净荷PN9的DH1分组，同时还发送净荷PN15的蓝牙干扰信号。有用信号和干扰信号的功率电平参见表2。

　　· 测试仪进行误码率统计，要求BER<0.1%。

4）阻塞性能测试

　　阻塞特性是指在其它频段存在大的干扰信号时，接收机接收有用信号的能力。初始状态同1），EUT收发频点为2460MHz（58号信道）。测试仪不仅发送净荷为PN9的DH1分组作为有用信号，而且发送频率为30MHz到12.75GHz之间的连续波干扰信号。有用信号的功率电平比参考灵敏度高3dB，参考灵敏度是指满足一定的误码率情况下，接收机可以接收的最小电平。干扰信号的电平比表3给出的大2dB。

　　· 测试仪统计误码率，如果BER>0.1%,则测试仪记录此时干扰信号的频点,要求频点的个数小于24。

　　· 其他条件不变，仅把干扰信号的电平降为-50dBm，测试仪记录BER>0.1%时的干扰信号的频点，要求其个数小于5个。

5）互调性能测试

　　互调特性是指存在两个或多个跟有用信号有特定频率关系（它们的互调产物刚好落在有用信号带内）的干扰信号的情况下的接收能力。初始状态同1），EUT收发频点相同，分别为低 、中、高频点。测试仪不仅发送净荷为PN9的DH1分组作为有用信号，其功率比参考灵敏度高6dB；而且发送功率为-39dBm、频率为f1的正弦波干扰信号，以及功率为-39dBm、频率为f2的PN15调制的蓝牙干扰信号。2倍的f1与f2的差正好等于EUT的收信频点，并且f2- f1 =3MHz、4MHz或5MHz。

　　· 测试仪统计误码率，要求BER < 0.1%。

6）最大输入电平测试

　　即蓝牙接收机的饱和电平。初始状态同1），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%。

四、其他测试

　　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。

　　杂散发射（spurious emission）指必要带宽之外的一个或多个频率的发射，其发射电平可以降低而不致影响相应信息的传递；杂散发射包含谐波发射、寄生发射、互调产物及变频产物，但带外发射除外。

　　发信机的杂散辐射是指用标准信号调制时在除载频和由于正常调制和切换瞬态引起的边带以及邻道以外离散频率上的辐射。杂散辐射按其来源不同可分为：

　　· 传导型杂散辐射：指天线连接器处或电源引线引起的任何杂散辐射。

　　· 辐射型杂散辐射：指由于机柜和设备的结构而引起的任何杂散辐射。

　　移动台收信机的杂散辐射主要是由于天线连接器（传导性杂散辐射）或是由于设备机箱（辐射型杂散辐射或机箱辐射）而引起的。对它的测量包括在对收信机杂散辐射的测量中。对它的测量类似于对基站发信机杂散辐射的测量。基站的杂散辐射主要有三个来源：

　　· 天线连接器的传导杂散辐射；

　　· 机箱及设备结构引起的辐射型杂散辐射；

　　· 传导型杂散进入电源线引起的杂散辐射。

　　杂散辐射可能是一些非线性元器件产生的谐波分量、交调信号等。为了防止一个系统的杂散辐射对其他无线通信系统造成干扰，需要提高系统的电磁兼容性能。在协议中都会规定这个系统的不同带外频率范围的最大杂散辐射水平，规定的形式一般都是在一个频率范围内单位带宽最大允许的杂散辐射是多少dBm；如协议上规定，WCDMA的发射机在150kHz～30MHz范围内每10kHz带宽的杂散辐射不能超过−36dBm。

五、注解：

1）PN码（Pseudo-Noise Code），是一具有与白噪声类似的自相关性质的0和1所构成的编码序列，最广为人知的二位元P-N Code是最大长度位移暂存器序列，简称m-序列， 他具有长 2的N次方 - 1个位元， 由一具线性回授的m级暂存器来产生。同时pn码分长码与短码，在CDMA中的担当不同的角色。

2） 伪随机（或伪噪声，Pseudorandom Noise，PN）码序列是一种常用的地址码。伪随机码序列具有类似于随机序列的基本特性，是一种貌似随机但实际上是有规律的周期性二进制序列。如果发送数据序列经过完全随机性的加扰，接收机就无法恢复原始序列。在实际系统中使用的是一个足够随机的序列，一方面这个随机序列对非目标接收机是不可识别的，另一方面目标接收机能够识别并且很容易同步地产生这个随机序列。

 3）常见PN offset就是指PN码偏置指数，在IS-95A CDm序列(2张)MA 系统中，PN短码的周期是32768 (就是你看到的2的15次方=32768) chip，将短码每隔64 chip进行划分,于是得到了512 (= 32768 / 64)个不同相位的短码，将这些短码按0至511顺序编号，将该编号称为PN 码偏置指数。而这512个PN Offset值并不一定能全部被使用，需要根据网络的规模等实际情况确定了步长（Pilot INC）后才能最终确定可以使用的PN Offset值。

 4）时隙是一种时分复用技术(TDM)。

 六、参考文档

1）https://blog.csdn.net/u010514541/article/details/78607014?locationNum=3&fps=1

2）https://baike.baidu.com/item/pn%E7%A0%81/6660599#reference-[1]-1915299-wrap

3）https://baike.baidu.com/item/%E6%9D%82%E6%95%A3%E5%8F%91%E5%B0%84/8021757?fr=aladdin