【收藏版】蓝牙射频测试详解（下）蓝牙BLE测试

【收藏版】蓝牙射频测试详解（下）蓝牙BLE测试

许多产品厂家直接购买已经获得蓝牙认证的蓝牙芯片或模块，进而开发蓝牙产品，单很多原因都会导致蓝牙最终产品的射频性能发生变化，因此在研发和生产过程中必须对该产品的射频性能进行测试，以保证其无线指标符合蓝牙射频规范的要求。

Bluetooth SIG的蓝牙测试规范定义了蓝牙无线测试指标及其测试方法。蓝牙无线测试配置包括一台测试仪和被测设备DUT，两者之间可以通过射频线相连也可以通过天线耦合进行测试。测试仪发送指令激活DUT进入测试模式，并对测试仪与DUT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 。

在测试之前，需要针对蓝牙版本及具体支持的蓝牙技术来选择测试项目。上一篇针对经典蓝牙技术（BR/EDR）的射频测试项目做解读（【收藏版】蓝牙射频测试详解（上）蓝牙BR/EDR测试），本篇就来讨论下蓝牙低功耗BLE测试。

蓝牙5.0在LE标准中新增了两种模式。第一种模式的符号率是现有的1Msps低能耗标准的两倍，称为LE 2M PHY(以前的标准现在称为LE 1M PHY)。LE 1M和LE 2M PHY都属于所谓的LE未编码物理层标准，因为它们内部都没有纠错编码阶段。

第二种模式称为LE编码物理层标准。LE编码物理层标准有两种编码方式：S=8和S=2，其中S是每个位的符号数。除循环冗余校验(CRC)以外，还有卷积编码及映射，提高了冗余度，减少了出错的机会。结果，编码的信息可以传送更远的距离，因为在需要时可以进行检测和校正。表1汇总了不同的调制和编码方式以及得到的数据速率。

针对经典蓝牙（BR/EDR）与蓝牙低功耗（BLE），蓝牙SIG组织采用了不同的射频测试规范来定义其测试要求，最新BLE蓝牙低功耗射频测试标准是RF-PHY.TS.5.0.2（如需下载测试标准，请留言留下邮件地址）。

>>>蓝牙低功耗（BLE）射频TX发射测试项目<<<

>>>蓝牙低功耗（BLE）射频RX接收测试项目<<<

对于射频测试，蓝牙5.0将继续使用由蓝牙SIG定义的直接测试模式(DTM)。在DTM下，待测设备通过有线通信方式(如USB或通用异步收发器(UART))进行控制。二进制命令发送到设备以开启发射器或接收器，具体取决于正在执行哪种类型的射频测试。通过将扩展引入当前DTM命令，蓝牙5.0遵循相同的方法进行操作，因此现在可以指定125kbps、500kbps、1Mbps或2Mbps的数据速率。

上述每种数据速率都采用不同的编码和调制。采用新的较低数据速率时，设计人员有望看到接收器灵敏度显著提高，一些先进设备的接收器灵敏度甚至优于-100dBm。这种改善的性能会对设备接收器提出额外的要求，以降低本底噪声和减轻其他外部源引起的灵敏度劣化。

在发射机端，采用125kbps、500kbps或1Mbps传输速度时的物理层差异极小。这些速度使用1M个符号/秒调制，因此物理层上的信号均具有相同的射频特性。制造商将需要验证所有不同的速率(作为设计验证的一部分)，但是在制造过程中，仅以1Mbps和2Mbps的数据速率进行发射测试便足够。

为了设置和测量这些新功能，芯片组制造商将实施新的DTM命令。这些测试对于BT SIG认证必不可少，因此设计人员可以认为所有主要芯片组制造商都将实施新的DTM命令，这有助于简化工程设计和制造过程中的射频测试。

以下摘录自《电子技术设计》“蓝牙5.0的变化让物理层测试更复杂”

带内辐射：这项测试检验蓝牙传输的带内频谱辐射是否落在极限范围内。极限值已经修改，以适应LE 2M PHY。LE编码物理层标准的极限以1Ms/s运行，其极限行与LE 1M PHY相同。80MHz的整个蓝牙频段被分成80个通道，每个通道宽1MHz，然后计算每个频段中的积分功率。设备在中心频率为M的RF通道上传送信息，1MHz带宽的邻道的中心频率用N表示。对LE 1M，偏置2MHz的频段中的积分功率应小于-20dBm，偏置3MHz或以上频段中的功率应小于-30dBm。对LE 2M，极限比较从任一侧的4MHz频率偏置开始(而不是2MHz)。对偏置4MHz和5MHz的频段，积分功率预计小于-20dBm；只有对超过6MHz的偏置，才会设定<-30dBm的更严格的要求。

调制特性：蓝牙采用的调制方式是高斯频移键控(GFSK)，带宽位周期乘积BT=0.5。调制指数必须位于0.45至0.55之间。这一测试检验已知测试码型的频域是否位于指定极限范围内。测量使用特定测试码型。在以前的蓝牙版本中，使用的码型是0x0F(00001111)和0x55(01010101)，然后用标准规定的方式计算每个位间隔中的频率偏差。在蓝牙5.0中，LE 2M PHY测试通过/失败的极限已经变化，因为2Msps调制方式的频率偏差不同。LE 2M PHY的这些极限翻了一番。对LE编码规范(S=8)，测量码型不同。第一个码通过全部赋值1来生成。在编码和映射后，码型变成00111100。如果编码器和映射器的输入码型全是0，则生成第二个码型00110011。标准还规定，这个测量从第33个符号开始。

稳定的调制特性：这是一项新指标，以前的蓝牙测试规范中是没有的。LE设备配备拥有稳定调制指数的发射器，可以通过功能配套机制把这种情况告诉接收的LE设备。这些发射器的调制指数在0.495和0.505之间。如果适用于其支持的所有LE发射机物理层，那么设备应只指明发射机具有稳定的调制指数。如果发射机没有稳定的调制指数，但仍在理想的调制指数0.5的1%裕量范围内，那么我们称其有标准调制指数。

频率偏置和漂移：通过在由1和0码型交替的指定间隔中求频率偏差平均值，可以计算频率偏置。以前低能耗标准中的间隔时长为10位或10µs。这种频率偏置在前置码和净荷中计算。然后计算这些频率偏置在50µs间隔中(相距5个间隔)的漂移。对LE 2M PHY，间隔仍为10µs，但由20位组成，而不是10(因为是2Msps)。漂移测量仍分5组进行或相距5个间隔时长。对LE编码物理层标准，会选择16位间隔，而不是10，然后相距3个间隔时长(48µs)计算漂移，因为码型是00110011。

20dB带宽：测量带宽，直到频谱下跌到比峰值功率低20dB的点。

输出功率：计算整个包的功率。

深入蓝牙分析：除上述测量外，一些蓝牙分析软件提供了与测试信号有关的额外信息。这些分析可以帮助调试和优化目标应用的性能，包括：

• 解码后的包信息，即已经解码的所有包头和包信息；
• 所有测量的摘要或截图及解码后的包信息；
• 多个显示画面，显示频率偏差随时间变化，在调试或解释调制图和漂移测量时使用；
• 漂移表，显示10位间隔中计算的频率偏置及50µs中的漂移(相距5个间隔时长)；
• 星座图、眼图和符号表显示。