蓝芽基本知识及测试介绍

蓝芽技术的产生 这个技术名称来源于公元900年左右古代丹麦统治者“Harald Bluetooth”的名字，这位君王在位期间统治了丹麦和挪威的大部分地区。 蓝牙技术大约在20世纪90年代晚期发端于爱立信公司，目前该技术处于蓝牙特别兴趣小组SIG(Special Interest Group)的领导之下，该机构由爱立信、诺基亚、IBM、东芝、Intel、3Com、摩托罗拉、朗讯和微软等大公司所组成。

蓝芽主要射频特性 工作频段和载频：蓝芽设备工作在2.4GHz的ISM（Industrial, Science and Medicine）频段，在北美和欧洲 （法国和西班牙除外）为2400～2483.5MHz，使用79个频道，载频为2402+k MHz （ k = 0,1,…，78）；法国和西班牙使用23个频道，载频分别为2454+kMHz和 2449+k MHz（ k = 0, 1, …，22 ），但已有提案改为统一的79个频道，西班牙很快将有结果；日本原使用23个频道，但自1999年10月开始已改为统一的79个频道，原来的23个频道所使用的2471-2497MHz频段作为选用。 频道间隔：无论是79个频道还是23个频道，频道间隔均为1MHz，采用时分双工（TDD，Time Division Duplex）方式。 调制方式:调制方式为BT=0.5的GFSK，调制指数为0.28～0.35。 最大发射功率：分为三个等级：Class 1:4dBm-20dBm;Class2:-6dBm-4dBm;Class3:0dBm。 有效通信距离：10cm-10m(只有在Class 1才能达到100m)。

蓝芽中的跳频技术 对应于单时隙包，蓝芽的跳频速率为1600跳，对应于多时隙包，跳频速率有所降低；但在建链时（包括寻呼和查询）则提高为3,200跳每秒。 六种跳频序列：寻呼跳频序列，寻呼回应序列，查询序列，查询回应序列，基本信道跳频序列和适合信道跳频序列。 跳频序列受控於蓝芽 48-bit设备地址码（BD_ADDR）中的28-bit和27-bit的时钟。

BD_ADDR（Bluetooth Device Address） 根据IEEE802标准，由IEEE Registration Authority分配得到的48bit蓝芽设备地址。分为LAP（Lower Address Part），UAP(Upper Address Part),NAP(Non-significant Address Part)三部分，如图所示： company_assigned Company_id LAP UAP NAP 24bits 8bits 16bits 注意：LAP可以取任何值除了0X9E8B00~0X9E8B3F,因为这些值是被预留 给查询用的，其中0X9E8B33是GIAC(General Inquiry Access Code),其他为 DIAC(Dedicated Inquiry Access Code).

SCO链路和ACL链路 蓝芽系统支持实时的同步定向联接和非实时的异步不定向联接，分别成为SCO链路（Synchronous Connection-Oriented Link）和ACL链路（Asynchronous Connection-Less Link），前者主要传送话音等实时性强的信息，在规定的时隙传输，后者则以数据为主，可在任意时隙传输。但当ACL传输占用SCO的预留时隙时，一旦系统需要SCO传输，ACL则自动让出这些时隙以保证SCO的实时性。 蓝芽支持64kb/s的实时语音传输和各种速率的数据传输，语音编码采用对数PCM或连续可变斜率增量调制（CVSD，Continuos Variable Slope Delta Modulation）。语音和数据可单独或同时传输。当仅传输语音时，蓝芽设备最多可同时支持3路全双工的话音通信；当语音和数据同时传输或仅传输数据时，支持433.9kb/s 的对称全双工通信，或723.2kb/s、57.6kb/s的非对称双工通信。

包的基本结构及分类 每个包都由三部分组成: LSB 68/72 54 0~2745 MSB ACCESS CODE HEADER PAYLOAD 其中ACCESS CODE来自于设备BD_ADDR中的LAP部分，由三部分构成：preamble,sync word和trailer(可选)。有四种类型：CAC,DAC,GIAC,DIAC.主要用于同步和确认等。 Header包含了微微网地址和包信息；payload负载了用户声音或数据信息。 包被分成3大类：链路控制包、 ACL包和SCO包。

有效载荷（payload）（bytes） 链路控制包 类型 有效载荷（payload）（bytes） FEC CRC 对称通信最大速率(Kb/s) 非对称通信最大速率(Kb/s) ID 无 NULL POLL FHS 18 2/3 有

ACL包 类型 有效载荷头（bytes） 有效载荷（bytes） FEC CRC 对称通信最大速率(Kb/s) 前向 后向 DM1 1 0~17 2/3 有 108.8 DH1 0~27 无 172.8 DM3 2 0~121 258.1 387.2 54.4 DH3 0~183 390.4 585.6 86.4 DM5 0~224 286.7 477.8 36.3 DH5 0~339 433.9 723.2 57.6 AUX1 0~29 185.6

SCO包 类型 有效载荷头（bytes） 有效载荷（bytes） FEC CRC 对称通信最大速率(Kb/s) HV1 无 10 1/3 64.0 HV2 20 2/3 HV3 30 DV 1D 10+(0~9)D 2/3D D有 64.0+57.6D EV3 1~30 有 96 EV4 1~120 192 EV5 1~180 288

蓝芽协议体系 蓝芽软件协议的最终目标是实现各种设备间的交互操作性。

协议说明列表 Bluetooth radio Baseband 基带（Baseband）即蓝牙的物理层，负责管理物理信道和链路，但不包括错误纠正、数据处理、跳选择和蓝牙安全等业务。      Link Manager 链路管理器（Link Manager）主要处理链路建立、链路安全和链路控制等任务。它提供认证、加密控制、功率控制等服务和QoS能力。链路管理还可以管理不同模式（park、hold、sniff和active）下的设备。      L2CAP L2CAP即逻辑链路控制和适应层协议（Logical Link Control and Adaptation Layer protocol）。它位于数据链路层，向上层协议提供复用、分段、重组和组抽象等无连接和面向连接的数据服务。L2CAP允许高层协议和应用程序收发长度最高可达64 Kb的L2CAP数据包。       SDP SDP即服务发现协议（Service Discovery Protocol），应用程序使用该协议找出哪些服务可用，并确定这些可用服务的特性。 HCI 主机控制器接口（Host Controller Interface）它提供到基带控制器、链路管理器以及访问硬件状态和控制登记器的命令接口。 RFCOMM 串口仿真协议（RFCOMM）是一种简单传输协议，可在L2CAP之上仿真RS-232 （EIATIA-232-E）串口电路。它支持两台蓝牙设备之间的多达60个并发连接。

链路控制单元和链路管理 蓝芽链路控制单元，也既link controller,决定了设备的状态，负责建立网络连接，如功率、纠错和加密等。 链路管理软件协同链路控制单元工作，两者之间的通信是通过Link Manager建立的。 具体功能参见下表“链路控制及链路管理功能摘要”。

链路控制及链路管理功能摘要: Function Description Notes Network Connections The master’s controller initiates the connection procedure and sets the power_saving mode of the slave. Link types Two link types:SCO and ACL. Packet types 见前述 Nominal burst length:DH1-366us,DH3-1622us, Error Correction Three Error Correction schemes:1/3 FEC,2/3FEC,ARQ Error Correction is provided by the LM. Authentication Challenge response algorithm, Authentication may be unused,unidirectional or bidirectional Authentication is provided by the LM. Encryption Stream cipher with secret key lengths of 0,40 or 64 bits. Test Modes Provides the ability to place the devices into test loopback mode and allows control of test para such as freq setting,power control and packet type.

蓝芽系统框图

蓝芽设备的组网及其工作状态 示意图：

Bluetooth根据网路的概念提供点对点和点对多点的无线链接。在任意一个有效通信范围内，所有设备的地位都是平等的。首先提出通信要求的设备称为主设备（Master），被动进行通信的设备称为从设备（Slave）。利用TDMA，一个Master最多可同时与7个Slave进行通信并和多个Slave（最多可超过200个）保持同步但不通信。一个Master和一个以上的Slave构成的网路称为Bluetooth的主从网路（Piconet）。若两个以上的Piconet之间存在著设备间的通信，则构成了Bluetooth的分散网路（Scatternet）。Piconet和Scatternet的示意图如上图所示。基于TDMA原理和Bluetooth设备的平等性，任一Bluetooth设备在Piconet和Scatternet中，既可作Master，又可作Slave，还可同时既是Master又是Slave。因此，在Bluetooth中没有基站的概念。另外，所有设备都是可移动的。这些设备可以处在以下几个状态情况下：active（活动）、park（暂停）、hold（保持）和sniff（呼吸）。

测试仪器连接框图 如图： 此时，E1852作为master,蓝芽 DUT作为Slave.

蓝芽测试—发射测试 测试项目及测试条件： 测试项 跳频 测试模式 包类型 有效载荷数据 测量带宽 Output power On Loopback¹ DH5² PRBS 9 3MHz RBW 3MHz VBW Power Density 100KHz RBW 100KHz VBW Power Control Off DH1 TX Output Spectrum –Frequency range DH5²³ 300KHz VBW TX Output Spectrum-20dB Bandwidth 10KHz RBW 30KHz VBW TX Output Spectrum-Adjacent channel power Modulation Characteristic 11110000 10101010 Initial Carrier Frequency Tolerance On/off Carrier Frequency drift off DH1/ DH3/DH5²

注释： 1：如果不能选择loopback模式，则可以用TX中的Transmit mode. 2：如果被测设备不支持DH5类型的包，可以选用它所能支持的最长的包（包的有效载荷也最长）； 3：在最初的测试标准中，要求用DH1包完成这项测试，然而在实际的对一些DUT的测试中发现包的类型对实际的测试是有一定的影响的，因此现在也要求选用DUT所支持的最长的包的类型来进行测试。

测试结果标准值 列表如下： 测试项目 测试参数 测试标准值 备注 Output Power Peak Power <23dBm For lenovo,<7dBm Average Power -6dBm<Paver<4dBm Output density Peak Power density <20dBm@100KHz BW Power Control Max step <8dB Min step >2dB TX Output Spectrum-Frequency range Low frequency >2.400GHz High frequency <2.483GHz TX Output Spectrum-20dB Bandwidth |Fh-Fl| <1MHz TX Output Spectrum-Adjacent channel power |M-N|=2 -20dBm |M-N|>2 -40dBm

发射过程中的包：

Modulation Characteristic F1avg 140KHz<f1avg<175KHz 测试项目 测试参数 测试标准值 备注 Modulation Characteristic F1avg 140KHz<f1avg<175KHz Payload pattern:11110000 F2avg 82.2KHz<F2avg<140KHz Payload pattern:10101010 F2max >115KHz for at least or all f2max F2avg/f1avg >0.8 Initial Carrier Frequency Tolerance fo Ftx-75KHz<fo< Ftx+75KHz Carrier Frequency Drift DH1 -25KHz<Freq Drift<25KHz DH3 DH5 Maximum Drift |Drift rate|<20KHz/50us DH1,DH3,DH5

Out-of-Band Spuious Emissions 蓝芽测试—收发机测试 测试项目及测试条件： 测试项目 跳频 测试模式 包类型 有效载荷数据 测试频率 Out-of-Band Spuious Emissions Off Loopback DH1 PRBS9 2.441GHz

Out-of-Band Spuious Emissions 测试结果标准值 列表如下： 测试项目 测试参数 测试标准值 备注 Frequency range Limit when operation Limit when in standby Out-of-Band Spuious Emissions 30MHz-1GHz -36dBm -57dBm Above 1 GHz-12.75GHz -30dBm -47dBm 1.8-1.9GHz 5.15-5.3GHz

蓝芽测试—接收测试 测试项目及测试条件 测试项目 跳频 测试模式 包类型 有效载荷数据 BER测量值 Sensitivity-single slot packets Off/on Loopback DH1 PRBS9 <=0.1% Sensitivity-multi-slot packets DH5/DH3 C/I performance Off Longest supported Blocking performance Intermodulation performance Maximum Input Level

Sensitivity and Noise Figure Requirements 测试结果标准值 列表如下： 1、Sensitivity-single(multi-) slot packets 测试参数 测试标准值 备注 Sensitivity -70dBm@0.1%BER Sensitivity and Noise Figure Requirements Input Noise Input SNR Required C/N Required NF -70dBm -113.3dBm 43.8dB 11dB 32.8dB

2、C/I performace 测试参数 Ratio Wanted signal Level P[dB]>reference sensitivity Reference sensitivity Co-channel interference,C/I co-channel 11dB 10dB -60dBm Adjacent(1MHz) interference,C/I 1MHz 0dB Adjacent(2MHz) interference,C/I 2MHz -30dB Adjacent(3MHz) interference C/I 3MHz -40dB 3dB -67dBm Image frequency Interference -9dB Adjacent(1MHz) interference to in-band mirror frequency,C/I image±1MHz -20dB

Interfering Signal Frequency Ratio 3、Blocking performance Interfering Signal Frequency Ratio Wanted signal level P[dB]>reference sensitivity Reference sensitivity 30MHz-2000MHz -57dB 3dB -67dBm 2000MHz-2400MHz -40dB 2500MHz-3000MHz 3000MHz-12.75GHz

4、Intermodulation Performance Interfering Signal Frequency Interfering Signal Level Wanted reference sensitivity F1 -39dBm(CW Signal) -64dBm(f wanted=2f1-f2 or 2f2-f1) F2 -39dBm(Bluetooth modulation signal) Requirement IIP3 Wanted signal Interfering Signal C/N IIP3 -64dBm -39dBm 11dB -21dBm

5、Max Input Level 测试参数 测试结果标准值 备注 Max Input Level -20dBm@0.1%BER

谢谢大家！