面向可穿戴设备、外围设备和物联网的 Bluetooth® Low Energy (LE) 技术

Bluetooth® Low Energy (LE)

Bluetooth® Low Energy 测试

Bluetooth® LE - Bluetooth® 技术的未来

Bluetooth® 4.0 规范引入了 Bluetooth® Low Energy (LE) 技术,该技术提供的超低功率解决方案专为外围设备可穿戴设备而设计,彻底变革了整个行业。Bluetooth® LE 非常适合需要自发小数据通信的应用,例如智能手表、运动跟踪器或医疗器械。第一版 Bluetooth® LE 支持的最大数据速率为 1 Mbits/s,显著低于 Bluetooth® Classic 提供的 3 Mbits/s 数据速率。但是,前者的功耗仅为后者的一半,并且通过专用广播信道实现快速配对。

随着 Bluetooth® 5.0 规范的发布,Bluetooth® LE 的应用范围进一步扩大到 IoT领域。新的功能也随之推出,包括 2 Mbits/s 的更高数据速率、远距离编码和增强型广播功能。自组网中的设备数量也有所增加。新规范结合 Bluetooth® Mesh 规范,在家居自动化工业应用领域开辟了新机遇。

后续版本将继续增强 Bluetooth® 技术。Bluetooth® 5.1 通过到达角 (AoA) 和离去角 (AoD) 等功能增强了测向能力,Bluetooth® 5.2 则引入了本地音频支持智能功率控制。这些功能表明,未来,Bluetooth® 技术将朝着 Bluetooth® LE 的方向发展。

Bluetooth® LE 概述

Bluetooth® LE 是一种自适应跳频(AFH) 扩频系统,在全球可用的 2.4 GHz ISM 频段中运行。该技术采用高斯频移键控(GFSK) 调制,符号率为 1 或 2 Msym/s(LE 1M、LE 2M)。这种跳频机制跨越 37 个通用射频信道,确保稳定、高效的通信。

LE 1M 和 LE 2M 对比
LE 1M 和 LE 2M 对比

针对扩展范围应用,Bluetooth® 5.0 引入了 LE 编码信道并结合 LE 2M。这些信道提供两种可选的编码方案:S=8,其中八个符号代表单个比特;S=2,其中两个符号代表单个比特。S=8 方案专门应用于 LE 编码信道的报头部分。

Bluetooth 5.0 和 4.2 对比。
Bluetooth® 5.0 和 4.2 对比。

除了支持通过主广播信道和辅助广播信道进行广播通信外,Bluetooth® LE 还支持异步通信链路 (ACL)。这些链路旨在控制信令和实现最佳流量。此外,Bluetooth® LE 还引入了连接的同步流 (CIS) 和广播同步流 (BIS),这两种同步流均专门用于 LE 音频应用。

Bluetooth® LE 测试 - 物理层

整体通信性能会受到许多重要因素的影响:

  • 天线设计
  • 电源
  • 与其他无线通信芯片的共存,例如 LTE 和 WLAN
  • 成品外壳

在设计期间和之后,需要执行多方位测试,确保发射信息准确无误,并实现预期的性能。

Bluetooth® LE 设备能够采用多种射频测试方法。其中一种方法是利用供应商的特定控制接口,这种接口通常用于研究、开发和生产中的全自动测试。

针对 Bluetooth® LE 设备的一致性测试,蓝牙技术联盟(Bluetooth® Special Interest Group,简称 SIG)规定了标准化的直接测试模式(DTM)。这种模式可用于测试 Bluetooth® LE 发射机和接收机,还可以通过专用的有线测试接口进行控制。

用于 RFPHY 认证的 Bluetooth LE 直接测试模式设置
用于 RFPHY 认证的 Bluetooth® LE 直接测试模式设置

直接测试模式需要使用被测实现 (IUT) 的电缆连接器来控制测试。相应规范规定了两种方案,一种是通过 USB 或 RS232 连接到 IUT 的主控制接口 (HCI),另一种是和 IUT 建立专用的 2 线 UART 连接。这种测试设置确保可靠安全地控制 IUT。

Bluetooth® LE 物理层测试通常包括:

  • 发射机测试,例如测试发射功率、功率密度频谱、杂散发射和调制精度
  • 接收机测试,例如评估灵敏度和阻塞性能
  • 引入新功能,例如测向
发射机测试和接收机测试

业界正在尝试通过各种方法对 Bluetooth® LE 设备进行空口 (OTA) 测试,而这些设备通常没有有线连接。罗德与施瓦茨为此提供两种测试方案:

  • 利用主广播信道进行 RX 和 TX 测量
  • 采用标准的 Bluetooth® LE 连接进行测试,这尤其适用于评估应用性能,例如音/视频流或数据传输应用

我们还开发了专用的测试解决方案,能够进一步增强 Bluetooth® 信道的测试能力。这种解决方案支持类似于 DTM 的控制测试方法,并利用经过调整的 Bluetooth® 链路层协议,而 Bluetooth® SIG 将在后续规范中支持这种方法。

类似于 DTM 的 Bluetooth LE 测试控制,用于 RFPHY 认证的空口测试
类似于 DTM 的 Bluetooth® LE 测试控制,用于 RFPHY 认证的空口测试

高效的 Bluetooth® LE 测试解决方案

罗德与施瓦茨测试与测量解决方案支持 Bluetooth® BR、EDR 和 LE,并符合最新的 Bluetooth® 核心规范。我们的解决方案涵盖整个产品开发周期,此外还提供支持数字设计、低功率应用和空口 (OTA) 测试的解决方案,完善了产品组合。

R&S®CMW 无线通信测试平台是一款多功能解决方案,支持最高 5.x 版 Bluetooth® 测试。该解决方案支持 Bluetooth® SIG 规定的 Bluetooth® LE DTM全栈信令。此外,它还提供强大的测试自动化工具,并支持通过 Bluetooth® 无线电链路以类似于 DTM 的方式控制 Bluetooth® LE 设备测试,因此无需使用有线测试控制接口。

罗德与施瓦茨的所有重要测试设备(包括信号发生器和分析仪)均具备 Bluetooth® 测试功能。这些设备支持 Bluetooth® 以及其他非蜂窝和蜂窝标准。

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