目前，藍牙低功耗技術(BLE)正迅速成為部署最為廣泛的無線技術之一，在資產跟蹤、健身監測、定位服務和遙感等各種應用領域中廣為使用。 BLE 設備通常外形小巧、堅固耐用，且常常完全封裝在保護外殼中，以防受到環境影響。這種封裝設計給設計工程師和測試工程師帶來特殊的挑戰：該如何在不使用任何射頻或數字連接的情況下進行無線性能驗證？
一種解決辦法是采用無線(OTA) BLE測試，這種測試方法可以對發送器與接收機性能進行快速的參數化驗證。眾所周知，發送器和接收機同等重要，但對於BLE設備而言，要驗證接收機的OTA性能尤為困難，亟需一種全新的測量方法。本文將探討幾種旨在確定BLE OTA 誤包率(PER)和接收機靈敏度的全新測量技術。
OTA測試方法解決兩大關鍵挑戰
挑戰 1：在典型的非OTA測試中，需要使用UART或USB連接等數字通信方法來控製待測設備(DUT)。進(jin)行(xing)接(jie)收(shou)機(ji)測(ce)試(shi)時(shi)，首(shou)先(xian)將(jiang)設(she)備(bei)置(zhi)於(yu)準(zhun)備(bei)接(jie)收(shou)數(shu)據(ju)包(bao)的(de)狀(zhuang)態(tai)，然(ran)後(hou)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)發(fa)送(song)已(yi)知(zhi)數(shu)量(liang)的(de)數(shu)據(ju)包(bao)，再(zai)對(dui)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)查(zha)詢(xun)，以(yi)確(que)定(ding)其(qi)成(cheng)功(gong)接(jie)收(shou)的(de)數(shu)據(ju)包(bao)數(shu)量(liang)。測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)將(jiang)使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)信(xin)息(xi)計(ji)算(suan)PER，這是業內用來量化接收機性能的標準方法。在OTA測試中，沒有直接連線通信，因此其挑戰在於設計出一種新方法來確定是否正確接收到數據包。
解決方案1：要在不使用有線連接的情況下確定PER，OTA測試解決方案必須利用標準BLE無線協議消息來確定是否接收到數據包。BLE設備采用分布在2.4 GHz頻段上的三種特定廣播頻率傳送數據。
1：上圖所示為 BLE 廣播、掃描請求和掃描響應事件的功耗與時間關係。
配有接收機的設備在每次發送廣播數據包後，會在短時間內偵聽名為Scan_Request的特定BLE消息。此消息通常由附近要與廣播設備通信的設備發出。如果廣播設備接收到此Scan_Request消息，將使用Scan_Response消息進行響應。圖1的功耗與時間關係圖反映的即是這種模式。廣播設備首先發送一個廣播數據包（以藍色指示），附近的工作站隨後發出Scan_Request消息（以橙色指示），廣播設備接著發出Scan_Response消息（仍以藍色指示）。
BLE設備的常規操作中會發生這種消息交換，OTA測試係統正是利用這一行為來測量PER。在接收機測試期間，DUT首先發送廣播數據包，隨後測試係統發送Scan_Request消息，如果DUT接收到該數據包，將通過Scan_Response消息進行應答。測試係統將跟蹤發送的Scan_Request數量和接收的Scan_Response數量，並使用該信息計算接收機PER。
進行靈敏度測量時，測試係統通過調整射頻信號電平來確定產生特定PER的射頻電平。此射頻電平是反映接收機質量的通用方法，稱為接收機靈敏度。這種使用廣播數據包Scan_Request消息和Scan_Response消息的方法不僅可以準確確定接收機的PER或靈敏度，而且不需要與DUT建立任何直接的有線通信，BLE OTA測試儀正是采用這種方法。
挑戰2：與Wi-Fi或蜂窩網絡等其他常見的無線技術相比，BLE具有更低的數據傳輸速率。接收機測試中需要使用大量數據包，來保證測量結果具有準確性和統計意義。
由於數據傳輸速率低，生產環境中的BLE接收機測試往往需要較長時間，致使成本大幅增加。毋庸置疑，這種測試時間長且成本更高的方法並不可取，因此第二大挑戰是：要設計出一種新的測量方法，既能準確地確定PER，相比現有傳統PER測試方法又能大大減少使用的數據包數。
解決方案2：要確定接收機靈敏度，通常需要測量一係列射頻電平下的PER。藍牙SIG（製定藍牙性能技術規範的組織）規定，必須使用1,500個數據包來測量接收機靈敏度。如果使用上述廣播方法，典型BLE設(she)備(bei)在(zai)每(mei)個(ge)電(dian)平(ping)下(xia)往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)幾(ji)分(fen)鍾(zhong)時(shi)間(jian)才(cai)能(neng)接(jie)收(shou)這(zhe)麼(me)多(duo)的(de)數(shu)據(ju)包(bao)。而(er)且(qie)，如(ru)果(guo)在(zai)多(duo)個(ge)射(she)頻(pin)電(dian)平(ping)下(xia)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)，那(na)麼(me)一(yi)次(ci)完(wan)整(zheng)的(de)接(jie)收(shou)機(ji)靈(ling)敏(min)度(du)測(ce)試(shi)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)花(hua)費(fei)10多分鍾的時間。
這在許多應用場合顯然是不合適的，因而需要找到一種更快捷的新方法。為了解決這一問題，OTA測試解決方案必須使用一種算法來快速確定PER的分布曲線。這種方法稱為“快速PER測試法”，專用於快速確定產生50% PER時的接收機靈敏度。
在執行快速PER測試期間，測試儀首先在任意射頻電平下發送單個數據包(Scan_Request)。在zai數shu據ju包bao得de到dao應ying答da後hou，降jiang低di射she頻pin電dian平ping並bing在zai此ci更geng低di的de新xin電dian平ping下xia發fa送song下xia一yi個ge數shu據ju包bao。如ru果guo數shu據ju包bao未wei得de到dao應ying答da，則ze提ti高gao射she頻pin電dian平ping並bing在zai此ci更geng高gao的de電dian平ping下xia發fa送song下xia一yi個ge數shu據ju包bao。測ce試shi儀yi運yun用yong一yi種zhong智zhi能neng算suan法fa調tiao整zheng射she頻pin電dian平ping的de步bu長chang並bing記ji錄lu得de到dao應ying答da和he未wei得de到dao應ying答da的de電dian平ping，從cong而er以yi最zui少shao數shu量liang的de數shu據ju包bao快kuai速su而er準zhun確que地di繪hui製zhi出chu“誤包率分布曲線”。
圖2：BLE DUT的典型誤包率(PER)曲線。
圖2 所示為BLE設備的傳統PER曲線。PER曲線對曲線50%點處的射頻電平變化最為敏感，因此快速PER算法會搜索此50%點。在射頻電平變動期間，大多數的數據包在接近50%點的射頻電平下發送；由於算法在此50%區域上收斂，因此，射頻電平步長也會調整為更小值。這種DUT接jie收shou機ji靈ling敏min度du測ce量liang方fang法fa具ju有you很hen好hao的de準zhun確que和he可ke重zhong複fu性xing，並bing且qie需xu要yao的de數shu據ju包bao數shu量liang很hen少shao，與yu在zai一yi係xi列lie不bu同tong射she頻pin電dian平ping下xia使shi用yong大da量liang數shu據ju包bao的de傳chuan統tong蠻man力liPER掃描方法相比，所需數據包數不足其 5%。
總結
射she頻pin設she計ji人ren員yuan需xu要yao使shi用yong最zui終zhong設she計ji來lai驗yan證zheng可ke交jiao付fu產chan品pin的de性xing能neng，而er不bu能neng僅jin僅jin依yi賴lai於yu板ban級ji測ce量liang，板ban級ji測ce量liang測ce得de的de射she頻pin性xing能neng可ke能neng與yu成cheng品pin的de真zhen實shi情qing況kuang存cun在zai很hen大da偏pian差cha。在zai製zhi造zao過guo程cheng中zhong，測ce試shi工gong程cheng師shi通tong常chang無wu法fa使shi用yong板ban級ji射she頻pin和he數shu字zi連lian接jie，因yin此ci他ta們men需xu要yao使shi用yong無wu線xian式shi的de快kuai捷jie測ce試shi方fang法fa來lai獲huo得de準zhun確que且qie可ke重zhong複fu的de結jie果guo。 OTA BLE測(ce)試(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)有(you)效(xiao)解(jie)決(jue)在(zai)測(ce)量(liang)中(zhong)的(de)這(zhe)些(xie)關(guan)鍵(jian)挑(tiao)戰(zhan)。借(jie)助(zhu)這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)，工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)構(gou)建(jian)更(geng)好(hao)的(de)設(she)計(ji)，同(tong)時(shi)製(zhi)造(zao)商(shang)也(ye)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)參(can)數(shu)化(hua)數(shu)據(ju)來(lai)驗(yan)證(zheng)製(zhi)造(zao)質(zhi)量(liang)。 對於BLE設備而言，一旦無法獲得良好的無線通信，設備將無法正常運轉，因此無線性能顯得至關重要。如今，這些BLE OTA測試解決方案將有助於相關人員設計出更優秀的產品，同時幫助製造商製造出符合要求的產品。
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