鼎阳科技SSA5000A频谱仪用于蓝牙分析测量全攻略

一、概述

蓝牙作为一种无线通信技术，广泛应用于各种设备和应用场景。该测量应用遵循Bluetooth SIG发布的Bluetooth® RF测试规范计算测量结果，自动检测信号的协议版本进行Bluetooth BR/EDR/LE一键测量助您放心地设计、评估和制造蓝牙设备。

本文将演示如何使用鼎阳科技SSA5000A频谱仪的蓝牙分析功能来快速有效地进行蓝牙分析测量。

二、测量分析

1、Output Power

功率电平是数字通信系统中的一个关键参数。功率测试有助于确保功率电平足够高以维持链路，但又足够低以最大限度地减少ISM频段内的干扰。

SSA5000A频谱仪可以自动检测蓝牙信号的数据包类型Packet type，有效载荷Payload和数据表长度Payload length，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，规范要求满足不同的功率等级要求。

蓝牙设备分不同的功率等级，每个等级标准有严格功率限制要求，由于成本原因，大多数便携式蓝牙设备处于等级1和等级2。

2、Modulation Characteristics

调制特性测试是一种频率偏差测量。调制特性测试可以验证发射信号的调制功能是否正确，大部分蓝牙标准都使用FSK作为调制方式，因此和其他相对复杂的调制类型(QPSK,QAM)观测EVM值不同，蓝牙标准更侧重于用频率的偏移去考察FSK的调制质量。

蓝牙RF核心规范建议调制特性测试在固定频率而非跳频的环境进行。对于调制特性，在有效载荷中使用两组重复的8比特序列来测试频率偏移的峰值和均值。两个序列的组合检查调制器性能和预调制滤波。

该测试程序要求使用支持时间最长的数据包，并在最低、中间和最高工作频率下进行测量，11110000有Δf1max、Δf1avg，01010101有Δf2max和Δf2avg，为故障排查提供了更好的向导，验证以下测量条件以确保调制特性：

1）140 kHz ≤ Δf1avg ≤ 175 kHz

2）Δf2max ≥ 115 kHz

3、Initial Carrier Frequency Tolerance

初始载波频率容差测试（也称为频率偏移测试）验证发射机载波频率的准确性。使用具有前同步码和伪随机比特序列(PRBS)作为有效载荷的标准DH1分组。分析分组的前四位，即前同步码位，以确定频率偏离中心频率的程度。

这种测量需要对信号进行解调，以测量每个符号的频率偏差。解调后，测量并平均每个前导比特的频率偏移。EUT为环回状态，回送净荷为PN9的DH1给分析仪。分析仪先将链路设置为非跳频，EUT分别工作在低、中、高三个频点然后分析仪再将链路设置为跳频。分析仪根据4个前导码计算载波频率f₀，要求与标称频率f_TX的差小于75kHz。

4、Carrier Frequency Drift

载波频率漂移包括发射机的验证数据包的中心频率漂移，是为了验证发射机发射信号的载波频率是否控制在标准所要求的范围内，以保证发射频率的稳定度。与前两项测试(调制特性和初始载波频率容差)一样，载波频率漂移也作为解调信号进行测量。

这个测试可以在固定发射频率或者是直接发射模式下进行。在标准中，这种载波频率漂移测试需要用于三种类型的分组(DH1、DH3、DH5)，其有效载荷数据由重复的4比特的1010序列组成(10101010)。上图显示了使用选件SSA5000A-BT解调BR数据包。

分析仪先根据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，对于DH1分组，要求瞬时漂移小于25kHz，对于DH3、DH5分组，要求载波瞬时漂移小于40kHz。

5、EDR Relative Transmit Power

EDR数据包的关键特征是在数据包报头后将调制改为差分相移键控(DPSK)。2Mb/s的EDR分组使用π/4-DQPSK调制，3Mb/s的EDR分组使用8DPSK调制。前者是任何兼容v2.0+EDR的无线电中的强制功能，8DPSK是可选的。

EDR相对发射功率验证GFSK调制期间的平均发射功率与DPSK调制期间的平均发射功率之差是否在指定范围内。蓝牙核心规范将信号的GFSK部分内的平均功率设置为DPSK信号的平均功率的-1和+4 dB。通过取在GFSK部分的至少80%上进行的平均功率测量与在DPSK部分的至少80%上进行的均值功率测量的差来计算相对功率。

6、EDR Carrier Frequency Stability and Modulation Accuracy

该测试验证调制精度和频率稳定性在要求的范围内工作。EDR载波频率稳定性测试验证发射机射频中心频率载波的频率稳定性。EDR调制精度测试验证差分调制的质量，并旨在强调会给实际差分接收机带来问题的误差。使用差分误差矢量幅度 (DEVM)测量来测试调制精度。

DEVM测量类似于传统的误差矢量幅度(EVM)在其他数字通信系统中指定的测量。基本EVM测量表示理想信号和实际接收信号之间的误差幅度。蓝牙核心规范中定义的DEVM表示在时间上间隔一个符号的两个接收信号之间的误差幅度。在从接收信号中去除所有线性失真之后测量误差，这包括跟踪载波的频率漂移。调制精度为三个独立的值即99% DEVM, RMS DEVM和Peak DEVM。指出了在两种类型的EDR调制上的三个DEVM测量的指定极限，表中的最大值显示为指定限值的百分比。如图所示，该波形的所有测量DEVM值都在EDR分组类型所需的规范范围内。

频率稳定性的测量发生在波形的GFSK和DPSK部分上。测试条件要求关闭跳频和白化。有效载荷数据使用PRBS9伪随机模式。测量开始于通过使用具有低符号间干扰的比特序列来确定GFSK报头中的初始中心频率误差。

测量逻辑1位和逻辑0位的频率偏差，并分别报告为∆w₁和∆w₂。初始频率误差计算为逻辑1和逻辑0位之间的平均频率误差，并报告为初始频率误差w_i  (w_i =[∆w₁+∆w₂]/2)，初始频率误差规定在±75 kHz之间，使用初始频率误差w_i校正数据包EDR中的频率误差。将校正后的波形分割成长度为50个符号的块，每个块中的剩余频率误差报告为w₀，测量在200多个不重叠的块上继续进行。块频率误差w₀最大值规定在±10 kHz范围内。将组合频率误差最大值w_i+w₀限制为±75 kHz，表示频率误差的最大偏移，包括接入码中初始误差和可能在测量块上发生的频率漂移。

7、EDR Differential Phase Encoding

该测试验证差分PSK调制器是否能校正差分相位编码。对于EDR有效载荷，调制器需要将二进制数据流正确映射到复平面中的一组指定相位角。测试条件要求关闭跳频和白化，并将发射机输出功率电平设置为最大值。EDR有效载荷用PRBS9序列调制，并且在100个分组上执行分组差错率测量。

SSA5000A频谱仪用于解调PRBS9有效载荷，上图显示了使用选件SSA5000A-BT解调EDR数据包，显示了无误码的差分相位编码结果(Bit errors=0)和误码率(BER=0%)，保护间隔(guard interval)报告为测试期间测量的所有数据包的最小值、最大值和平均值。在100个数据包上测量的平均保护间隔为5.1509µsec，最小和最大保护间隔分别为5.1250µsec和5.1875µsec。

三、总结

SSA5000A与SigIQPro信号生成软件和SDG7000A/SSG5000X-V组成经济高效的鼎阳科技蓝牙信号生成和信号分析解决方案，加快了从信号生成到数据信息再到评估结论的过程。