R&S公司蓝牙射频预认证测试解决方案

徐伟 罗德与施瓦茨（中国）科技有限公司

罗德与施瓦茨技术专栏

R&S公司蓝牙射频预认证测试解决方案

徐伟 罗德与施瓦茨（中国）科技有限公司

编者按：随着近些年小型化智能设备的快速发展，小型化智能设备对数据传输速率并没有很高的需求，但要求通信模块具有较低的功率消耗，在平衡数据传输速率和功率消耗的过程中，蓝牙技术成为一个绝佳的选择，被广泛应用于小型化智能设备中。罗德与施瓦茨（中国）科技有限公司徐伟所撰《R&S公司蓝牙射频预认证测试解决方案》一文介绍了罗德与施瓦茨公司的无线宽带综合测试仪CMW500/ CMW270在手机及各类智能终端设备的测试工作。CMW500是一个全方案的测试平台，可应对蜂窝及非蜂窝的各类射频测试任务；CMW270作为非蜂窝测试专家，专门开展非蜂窝射频测试，帮助用户完成非蜂窝的测试工作。

1 引言

蓝牙是一种广泛使用的低功耗、短距离无线通信技术，最初的目标是替代掌上电脑、移动电话等数字设备上的有线连接方式。蓝牙规范制定之初，为建立全球统一的标准，将工作频段定义为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学频段（Industrial Science MedicalISM）。由于蓝牙技术的频段在全球范围内适用，工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家，该频段不需要向当地的无线电资源管理部门申请许可证。蓝牙技术具有频段免费、模块体积小、功率低等优势，从目前的应用来看，这些优势使得蓝牙技术已经不局限于用于普通的计算机外设，它几乎可以被集成到任何的数字设备中，尤其是那些对数据传输速率要求不高、使用电池的移动和便携设备中。

随着近些年小型化智能设备的快速发展，小型化智能设备对数据传输速率并没有很高的需求，但是要求通信模块具有较低的功率消耗，在平衡数据传输速率和功率消耗的过程中，蓝牙技术成为一个绝佳的选择，被广泛应用于小型化智能设备中。罗德与施瓦茨公司的无线宽带综合测试仪CMW500/CMW270在手机及各类智能终端设备的测试工作中，已经得到市场的充分认可。CMW500是一个全方案的测试平台，可以应对蜂窝及非蜂窝的各类射频测试任务。CMW270作为非蜂窝测试专家，专门开展非蜂窝射频测试，帮助用户完成非蜂窝的测试工作。面对蓝牙技术测试日益增长的需求，上述两款仪表在蓝牙测试解决方案上是非常完善、完全一致的（本文将以CMW作为两款仪表的统称）。针对产线和研发领域的测试，单台仪表的蓝牙测试功能已经可以覆盖蓝牙技术80%的射频测试用例；针对蓝牙射频测试规范的100%测试用例，CMW500和CMW270搭配罗德与施瓦茨公司的模拟信号源SGS100A及自动化测试软件CMWrun，可以实现蓝牙射频测试的预认证测试。

2 蓝牙技术射频测试工作

2.1 蓝牙射频规范

1994年，瑞典的爱立信公司成立了一个专项科研小组，针对移动电话及其周边产品，研究一种低成本、低功耗的无线连接技术。随后，与其他4家公司共同成立了蓝牙兴趣小组，并于1998年发布了第一个蓝牙标准版本1.0，经过近20年的发展，蓝牙技术从最早的基本传输速率（Basic Rate），演进到增强型速率（EnhancedDataRate）传输，以及在规范4.0中最新引入的低功耗（LowEnergy）传输。现今，蓝牙规范已经发布了最新的核心规范版本4.2。

蓝牙组织对蓝牙技术的射频测试进行了详尽的定义和说明。在蓝牙核心规范中，针对蓝牙技术射频测试，核心规范针对BR和EDR技术定义了测试模式，即核心规范中的TestMode。针对LE技术的射频测试，在核心规范中，定义直连测试模式开展LE的射频测试，即核心规范中的Direct Test Mode。测试规范RF.TS.4.2.1对BR/EDR的测试项目及测试方法进行了严格和明确的定义。测试规范RF-PHY.TS.4.2.1则严格和明确地定义了LE技术的测试项目和测试方法。

2.2 BR/EDR射频测试

在蓝牙核心规范的测试方法章节，定义了BR/EDR测试模式，测试模式可用于测试蓝牙设备的硬件和底层功能。BR/EDR的测试模式支持测试蓝牙设备的发射机和接收机，包括两种模式，即发射机测试（恒定比特流的数据包）和环回测试。测试模式主要用于认证测试蓝牙的射频和基带部分。同时，也可以用于法规认证或者生产测试。处在BR/EDR测试模式下的设备是不支持正常蓝牙操作的。出于安全因素考虑，测试模式不会给使用者带来其他的好处。因此，在测试模式下，在硬件和软件接口处，不允许进行任何的数据传输。

如图1所示，完整的测试构建包含一个待测设备（DUT）和一台测试仪表。如果需要，可能还要再多加一台测试仪表。在整个测试过程中，测试仪表和待测设备组成一个微微网。测试仪表作为主控设备，待测设备作为从设备。测试仪表控制整个测试流程。

图1 BR/EDR测试模式测试构建

在测试过程中，需要待测设备本地激活或者使能进入测试模式。测试模式是蓝牙模组的一个特殊模式，为了安全和类型认证，处在测试模式下的待测设备是不可以进行正常操作的。当待测设备离开测试模式后，它将进入待命模式。

蓝牙的测试由两部分组成：一部分是发射机测试（TRM），另一部分是接收机测试（RCV）。针对发射机测试和接收机测试，蓝牙测试规范定义了详细的测试项目，具体参见表1、2。

表1 BR/EDR射频发射机测试项目

2.3 LE射频测试

在蓝牙核心规范的测试方法章节中，定义了LE直连测试模式，直连测试模式可用于测试蓝牙设备的硬件和底层功能。直连测试模式用于控制待测设备，并且提供报告给测试仪表。LE直连测试模式的搭建可以通过两种方式完成，一种是通过HCI（Host ControllerInterface）方式实现，另一种是通过双线串口测试接口实现。任何一个蓝牙待测设备都需要上述两种连接方式的其中一种，用于测试LE蓝牙的射频指标（见图2、3）。

表2 BR/EDR射频接收机测试项目

图2 直连测试模式HCI连接

图3 直连测试模式双线串口连接

蓝牙LE的射频测试分为两个部分：发射机（TRM）测试和接收机（RCV）测试。蓝牙测试规范针对发射机和接收机的测试项目进行了详细的定义，具体参见表3、4。

在蓝牙LE的射频测试中，蓝牙测试规范定义了两个测试场景，一种是表3、4中的NOC模式，即NormalOperationMode普通操作模式。普通操作模式下，蓝牙待测设备需要工作在产品制造商所标称的正常温度、湿度和电压状态下，开展射频指标的测试；另一种是EOC模式，即Extreme OperationMode极限操作模式。极限操作模式下，蓝牙待测设备需要工作在产品制造商所标称的产品耐受的极限温度、湿度和电压状态下，开展射频指标的测试。蓝牙法规定义的一致性认证级测试需要对上述所有测试项目开展测试。

3 R&S公司蓝牙射频预认证测试解决方案

R&S公司始终专注于移动终端的测试领域，为移动终端的芯片、终端制造商提供完整的测试解决方案，不仅限于蜂窝技术的研发、生产及认证解决方案。针对非蜂窝领域的蓝牙技术，同样提供从研发到生产以及预认证测试的解决方案。

3.1 CMW蓝牙测试

CMW综测仪是目前市面上使用最广泛的移动终端射频测试仪表。针对蓝牙测试，CMW综测仪可以测试蓝牙技术的BR/EDR/LE射频指标，并且提供所有蓝牙规范定义的连接模式，包括测试模式和直连测试模式，并且支持直连测试模式下的两种连接方式，即HCI连接和双线串口连接。

通过如图4、5所示的测试拓扑构建，工程师可以完成对蓝牙设备射频指标的手动测试，基于CMW的Multievaluation功能，会使得蓝牙的射频测试工作效率成倍提升。

3.2 蓝牙射频测试预认证解决方案

在使用CMW综测仪开展蓝牙射频测试的基础上，搭配R&S公司的自动化测试软件CMWrun和外加信号源SGS100A（或者SMB100A、SMF100A），可完成蓝牙测试规范中几乎所有的射频测试项目。

表3 LE射频发射机测试项目

如图6所示，CMW综测仪负责和蓝牙待测设备通过蓝牙法规定义的测试模式或者直连测试模式开展连接工作，在整个测试过程中控制待测设备发送所需要的信号，并且CMW综测仪会对蓝牙法规所规定的各项测试指标进行测试。

表4 LE射频接收机测试项目

图4 CMW BR/EDR测试构建

图5 CMW LE测试构建

SGS信号源是一款模拟信号源，在蓝牙射频测试项目BR/EDR的接收机测试BlockingPerformance的测试中，以及LE的接收机测试BlockingPerformance的测试中，依照测试规范，需要在测试中加入高达12.75GHz的干扰信号。因此，在这个测试拓扑中，SGS信号源用于产生干扰信号，完成这两个项目的测试。

CMWrun是R&S公司为客户提供的一款自动化测试软件，该软件基于CMW的射频测试功能开展，可以控制R&S相应的测试仪表。在蓝牙预认证的测试中，CMWrun严格按照蓝牙测试标准，配置仪表参数控制仪表，完成对蓝牙待测设备的射频测试，是实现全自动化的测试。此外，还需要一个射频合路器将CMW综测仪的信号同SGS信号源的信号合路输入进蓝牙待测设备，并且需要在SGS信号源输出端加入陷波器，防止有寄生谐波干扰蓝牙待测设备在2.4GHz工作频段的正常工作。针对蓝牙测试功能，使用上述拓扑结构，CMWrun可以完成除了LEEOC环境以外的所有射频测试项目，使得客户在实验室就可以搭建一套蓝牙预认证测试系统。

图6 蓝牙预认证测试构建

4 结束语

蓝牙技术作为一种短距离、低功耗的通信技术，近些年已经被广泛使用在小型化的智能终端设备上。作为小型化智能终端设备的主要通信模块之一，蓝牙的测试非常重要。R&S公司在蓝牙测试领域的持续投入和研发，为蓝牙技术的芯片制造商、终端设备生产厂商提供了从研发、认证到生产完善的测试解决方案。本文中的蓝牙射频预认证测试系统，为蓝牙设备的研发和生产厂商提供了一套简便、快速的蓝牙预认证测试解决方案，能帮助蓝牙设备的生产厂商快速搭建蓝牙射频预认证测试系统，并更加高效地开展测试工作。