藍牙設備射頻性能測試：德思特ALifecom ACTiV非信令方案全解析

隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴、汽車鑰匙等領域的飛速發(fā)展，藍牙技術已成為無線連接不可或缺的一部分。確保藍牙設備的射頻性能穩(wěn)定、可靠，是產(chǎn)品成功上市的關鍵。然而，藍牙技術的快速迭代**（從經(jīng)典藍牙(EDR/BDR)到低功耗藍牙Bluetooth Low Energy, BLE，再到BT 5.0及更高版本）**給研發(fā)和生產(chǎn)測試帶來了巨大挑戰(zhàn)。

本文將首先梳理藍牙技術的協(xié)議演進與關鍵特性，然后重點介紹 如何利用德思特Alifecom ACTiV非信令無線測試儀，實現(xiàn)精準、高效的藍牙設備射頻性能驗證與校準 。

一、藍牙技術與協(xié)議演進介紹

1. 藍牙技術基礎

藍牙技術是一種在全球范圍內通用的短距離無線通信標準，其核心工作于2.4GHz的ISM（Industrial, Scientific and Medical Band）頻段。這個頻段無需授權即可使用，但也意味著藍牙設備需要具備強大的抗干擾能力，以應對Wi-Fi、Zigbee等其他同樣使用該頻段的無線技術的共存挑戰(zhàn)。其設計初衷是取代設備間的連接線纜，如今已發(fā)展成為連接耳機、音箱、手機、電腦、穿戴設備乃至無數(shù)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的核心技術。

要理解藍牙測試，首先需要了解其兩大核心分支，它們分別針對不同的應用需求而設計：

（1） 經(jīng)典藍牙 ：為高速率與連續(xù)數(shù)據(jù)流設計。經(jīng)典藍牙的核心優(yōu)勢在于穩(wěn)定的連接和較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，非常適合需要持續(xù)帶寬的應用。典型應用場景包括無線音頻傳輸（如音樂、通話）、大文件共享、車載系統(tǒng)等。當使用無線耳機欣賞音樂時，體驗的正是經(jīng)典藍牙的高質量音質和穩(wěn)定連接。

（2） 低功耗藍牙 ：為間歇性通信與極致功耗優(yōu)化。低功耗藍牙是專為物聯(lián)網(wǎng)時代設計的協(xié)議，其哲學是“高效溝通，然后迅速休眠”。典型應用場景包括智能穿戴設備（手環(huán)、手表）、傳感器（心率、溫度）、智能家居配件（門鎖、燈泡）等需運行數(shù)周甚至數(shù)年的設備。

總結而言，現(xiàn)代藍牙設備往往是“多面手”，一塊射頻芯片通常同時支持經(jīng)典藍牙和低功耗藍牙模式，以應對不同的應用場景。這種復雜性也使得對其射頻性能的測試變得至關重要，確保其在各種模式下都能穩(wěn)定高效地工作。

2. 藍牙協(xié)議演進

藍牙（Bluetooth, BT）自1998年由藍牙技術聯(lián)盟（Bluetooth SIG）提出以來，經(jīng)歷了多次標準演進。其發(fā)展過程大致可分為以下幾個階段：

• 1999~2001年提出 Bluetooth 1.0 ，主要用于替代有線RS-232，提供基本的點對點短距離數(shù)據(jù)傳輸。但速率僅為 721Kbps ，互操作性不足，應用場景受限。
• 2004年提出 Bluetooth 2.0 ，引入 增強數(shù)據(jù)速率（EDR） ，數(shù)據(jù)速率提升至 3 Mbps 。功耗和延遲得到改善，藍牙耳機、鍵盤鼠標等逐漸普及。
• 2009年提出 Bluetooth 3.0 ，引入 高速（HS）模式 ，借助Wi-Fi實現(xiàn)高達24 Mbps的傳輸。但復雜性高，產(chǎn)業(yè)應用并不廣泛。
• 2010年提出 Bluetooth 4.0 ，首次引入面向傳感器、穿戴設備等低功耗場景的 低功耗藍牙（BLE） ，提供亞毫秒級連接建立，電池壽命可延長至數(shù)月甚至數(shù)年。
• 2014年提出 Bluetooth 4.2 ，增強安全性，支持IPv6連接（6LoWPAN），為物聯(lián)網(wǎng)應用奠定基礎。
• 2016年提出 Bluetooth 5.0 ，引入2M PHY編碼方式，將數(shù)據(jù)傳輸速率提高了一倍；引入LE Coded PHY編碼方式，將覆蓋距離提升4倍；此外，還增加了廣播數(shù)據(jù)包的容量，為實現(xiàn)藍牙定位服務奠定了基礎。
• 2019~2020年提出 Bluetooth 5.1/5.2 ，引入 方向定位（AoA/AoD） ，實現(xiàn)亞米級室內定位；5.2中引入的LE Audio將重塑無線音頻體驗，支持多路音頻流、廣播音頻等全新應用。
• 2021年提出 Bluetooth 5.3 ，優(yōu)化功耗與信道調度，提升對IoT和可穿戴設備的支持。
• 2023年提出 Bluetooth 5.4 ，面向工業(yè)和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，支持 周期性廣播與大規(guī)模組網(wǎng) 。

藍牙標準的演進不僅僅是速率和覆蓋范圍的提升，更是不斷擴展應用場景：從早期的音頻與輸入設備，到如今的智能穿戴、汽車電子、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、定位導航等。

3. 藍牙測試的意義

藍牙射頻測試絕非可有可無的環(huán)節(jié)，它是確保藍牙設備在真實世界中可靠工作的基石，其重要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1） 合規(guī)性是產(chǎn)品上市的通行證 ，任何帶有藍牙標志的產(chǎn)品都必須通過藍牙技術聯(lián)盟的認證。需要明確的是， SIG的官方認證測試通常在指定的認證測試系統(tǒng)上完成，這些系統(tǒng)主要采用信令測試模式 ，以模擬最真實、最完整的連接場景來進行全面評估。而在進行產(chǎn)品的完整信令連接測試前，通常需要在研發(fā)和預生產(chǎn)階段提前進行快速測試，例如對照藍牙標準，快速驗證發(fā)射機功率、頻率容限、調制特性等關鍵指標是否在合格范圍內；對影響性能的射頻參數(shù)進行批量校準，確保設備性能一致且最優(yōu)。

（2） 射頻性能直接決定用戶體驗感 。例如發(fā)射功率、接收靈敏度等射頻指標深刻影響著連接距離的遠近、連接過程的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓母叩鸵约耙纛l質量的好壞。一個射頻性能不佳的設備，會出現(xiàn)音頻斷續(xù)、傳輸距離短、耗電快等問題，最終導致用戶滿意度下降。

（3） 產(chǎn)線測試中的核心目標是保證質量一致性 。通過嚴格的 射頻測試與校準 ，可以確保生產(chǎn)線上下線的每一個產(chǎn)品都符合設計規(guī)格，避免因元器件差異或制造偏差導致性能參差不齊，從而保證產(chǎn)品質量并控制返修成本。

二、德思特非信令藍牙射頻測試方案

1. 信令測試與非信令測試的區(qū)別

為了應對不同階段的測試需求，業(yè)界主要采用兩種測試方法論：

（1） 信令測試 ：模擬了真實的藍牙通信場景，測試儀器與待測設備會按照標準的藍牙協(xié)議棧完整地進行“握手”、建立連接并交換數(shù)據(jù)。這種方法的優(yōu)勢在于測試全面，能夠評估設備在真實工作狀態(tài)下的整體表現(xiàn)，非常適用于研發(fā)階段的深度調試和最終的產(chǎn)品認證。然而，其缺點是測試速度相對較慢，因為需要完成整個協(xié)議交互過程。

（2） 非信令測試 ：在這種模式下，測試儀器通過射頻接口直接連接待測件，例如藍牙芯片/模組，因此繞過了復雜的協(xié)議棧，讓其進入一種“受控”狀態(tài)，直接發(fā)射或接收預設的射頻信號。這種方法避免了復雜的協(xié)議交互， 其最大優(yōu)勢在于測試速度快，通常能在秒級甚至毫秒級完成單項測試 。因此，非信令測試特別適合對效率有極致要求的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，尤其是大規(guī)模的產(chǎn)線射頻參數(shù)校準和最終產(chǎn)品的檢驗，可以極大提升生產(chǎn)效率并有效降低單臺測試成本。

2. 德思特ALifecom ACTiV無線測試儀

德思特ALifecom ACTiV無線測試儀可提供包括藍牙BDR、EDR、BLE以及BT 5.0在內的非信令射頻測試支持并支持所有數(shù)據(jù)包類型，可聚焦于生產(chǎn)測試環(huán)節(jié)，具備為生產(chǎn)線提供高速度、高精度與高穩(wěn)定性的射頻驗證與校準能力。

如下表所示，其測試項目涵蓋了大多數(shù)射頻核心性能關鍵指標，如輸出功率、調制質量、頻率偏移及接收靈敏度等；同時， 該測試設備擁有8個射頻端口，可支持對8個待測設備的同時測試 。這種全面的測試支持，使用戶能夠使用同一平臺驗證多種藍牙產(chǎn)品，降低了設備管理和測試的難度，可為藍牙設備的大規(guī)模、高質量生產(chǎn)提供堅實可靠的測試保障。

3. 德思特藍牙測試方案

下圖所示為針對市售藍牙模塊進行測試的系統(tǒng)圖以及測試過程中相應的上位機軟件界面。

本次藍牙測試的傳輸模式是EDR，數(shù)據(jù)包類型為3DH5。 由于德思特ALifecom ACTiV內置有兩套VSG（矢量信號發(fā)生器）/VSA（矢量信號分析儀），因此可以任意切換工作模式 。

需要注意的是，為了避免環(huán)境中的干擾，本次測試通過射頻線纜連接。而射頻端口也可通過空口傳輸直接進行測試。例如，在射頻端口處外接發(fā)射天線，設置需要發(fā)送的藍牙信號參數(shù)（傳輸模式、數(shù)據(jù)包類型、發(fā)射功率等）后，使其通過發(fā)射天線向外廣播，隨后觀測藍牙待測件的信號接收情況。上述測試均屬于非信令測試，無法模擬藍牙信號完整接入?yún)f(xié)議棧的過程。

當前測試中，將ACTiV切換至VSA功能，藍牙模組通過射頻線纜連接到ACTiV射頻端口，隨后通過控制市售藍牙模塊使其發(fā)射相應藍牙信號，再利用ACTiV的VSA功能對信號進行分析，其射頻性能如下圖上位機軟件顯示。可分析得到例如Average Power、DEVM、星座圖、頻率偏移等關鍵參數(shù)信息。

三、德思特ALifecom ACTiV無線測試儀

德思特ALifecom ACTiV是一款先進的一體化無線測試解決方案 ， 專為現(xiàn)代無線通信設備的全面評估需求而設計 。ACTiV支持多種最新無線通信標準，非常適用于需要確保產(chǎn)品質量、性能與可靠性的制造商。該系統(tǒng)具備精準量測、高吞吐率與直覺式操作界面，是大規(guī)模生產(chǎn)測試場景中的重要利器。

• 支持Wi-Fi 7/6/6E、藍牙、Zigbee、LoRa、FSK與SUN-OFDM測試
• 支持多臺DUT同時測試（最多可達 8 臺）
• 高精度VSG / VSA
• 頻率范圍： 800MHz - 7.3GHz
• 信號帶寬：最高至320MHz
• 調制方式: 支持最高至4096QAM
• 可提供定制化服務

審核編輯 黃宇