（电磁场与微波技术专业论文）蓝牙射频自动测试系统的设计.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论 本人签名： 之处，本人承担一切相关责任。 、同期：翌! ! ：! ：! ! 关于论文使用授权的院日月 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学f 移论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期l u j 论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以 公析i 学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇 编学位论文。( 保律j 的学位论文在解密后遵刁：此舰定) 释： 毋 咚一 l 翻_ 蓝牙射频自动测试系统的设计 摘要 在科学技术高速发展的时代，测试作为保障各领域稳定发展的关键 环节，其基础地位显得尤为重要。自动化测试是把以人为驱动的测试行 为转化为机器执行的一种过程。自动化测试可以极大的减少人为因素在 测试过程中导致的误差，有效的提高测试精度和测试效率。因此，自动 化测试已经成为当今测试技术发展的主流方向。 本文论述的蓝牙射频自动测试系统，以v i s a 构架的远程控制技术为 理论基础，依据蓝牙国际标准和国家无线电管理委员会发布的蓝牙技术 测试标准，基于v i s u a lb a s i c 环境，集成测试t 控机、频谱分析仪a g i l e n t e 4 4 4 0 、蓝牙综测仪a g il e n t4 0 1 0 、射频切换单元等测试仪器，实现蓝牙 终端型号核准射频性能的自动化测试。本测试系统由用户在工控机上操 作自动化测试软件进行测试，包含数据采集、数据处理、测试结果显示 和自动生成测试报告等功能。 本文从理论入手，首先介绍了测试技术的国内外现状和发展方向， 然后介绍了自动测试系统的设计原则和总体结构，接下来着重论述了蓝 牙射频自动测试系统的硬件选择和软件开发。软件开发部分主要分为以 下几项工作：1 上层操作界面的编写；2 底层仪表驱动函数的编写；3 测试用例的编写；4 后台数据库的编写。软件设计过程中充分利用虚拟 仪器技术和甲台化模块化设计方案保证系统的扩展性，移植性和重用性。 最后，本文给出了实际测试过程中测试结果的分析，可以看出，本 蓝牙射频自动测试系统具有极强的稳定度和准确性，并且极大的提高了 测试效率，节省了大量的人力资源和时间资源，符合现代化测试的需求。 关键词：测试射频蓝牙自动测试系统 采一 轴- t h ed e s i g no fb l u e t o o t hr a d i o a u t o m a t i ct e s t i n gs y s t e m a bs t r a c t i na ne r aw h e nt e c h n o l o g yi sq u i c k l ya d v a n c i n g ，t e s t i n gi sak e yl i n kf o r g u a r a n t e e i n gt h e t e a d yd e v e l o p m e n ti nv a r i o u sr e a l m s ，a n di t ss t a t u s a st h e f u n d a m e n t a le f l ss i g n i f i c a n t t h eb l u e 乱o t hr a d i oa u t o m a t i ct e s t i n gs y s t e md i s c u s s e di n t h i sp a p e ri s d e s i g n e do nt h ef o u n d a t i o no ft h er e m o t ec o n t r o lt h e o r y b a s e do nv i s a s t r u c t u r e i na c c o r d a n c ew i t ht h ebl u e t o o t h i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r da n d b l u e t o o t ht e c h n i q u et e s t i n gs t a n d a r di s s u e db yt h es t a t er a d i om o n i t o r i n g a n dt e s t i n gc e n t e r t i ti s i m p l e m e n t e d i nv i s u a lb a s i ce n v i r o n m e n t ， i n t e g r a t i n gv a r i o u st e s t i n ge q u i p m e n t si n c l u d i n gt e s t i n gi n d u s t r i a lp e r s o n a l c o m p u t e r ( i p c ) ，s p e c t r u ma n a l y z e ra g i l e n te 4 4 4 0 ，b l u e t o o t hi n t e g r a t e d t e s t e ra g i l e n t4 010 ，r a d i of r e q u e n c ys w i t c h i n gm o d u l e ，e t c t h i st e s t i n g s y s t e mp e r f o r m st h et e s t i n gb yt h eu s e ro p e r a t i n ga u t o m a t e dt e s t i n gs o f t w a r e o ni p c ，a c c o m p l i s h i n gf u n c t i o n ss u c ha sd a t ac o l l e c t i n g ，d a t ap r o c e s s i n g ， t e s t i n gr e s u l t sd i s p l a ya n da u t o m a t e dr e p o r tg e n e r a t i n g t h i sp a p e rs t a r t sf r o mt h e o r e t i c a lr e s e a r c hb yf i r s ti n t r o d u c i n gt h e c u r r e n ts i t u a t i o na n df u t u r ed e v e l o p i n gd i r e c t i o no ft e s t i n gt e c h n i q u e s ，t h e n i n t r o d u c e dt h ed e s i g np r i n c i p l ea n do v e r a l ls t r u c t u r eo ft h ea u t o m a t i ct e s t i n g s y s t e m ，a n df o c u s e do nt h eh a r d w a r es e l e c t i n ga n ds o f t w a r ed e v e l o p i n go f t h e b l u e t o o t hr a d i oa u t o m a t e dt e s t i n gs y s t e m t h ew o r ko fs o f t w a r ed e v e l o p i n gi s m a i n l yc o m p r i s e dw i t ht h ef o l l o w i n gs e v e r a lt a s k s ：1 c o d i n go ft h eu p p e r l e v e lc o n t r o li n t e r f a c e ；2 c o d i n go ft h ed r i v e rf u n c t i o n sf o rt h el o w e rl e v e l _ 一 j r j ， - i i n s t r u m e n t s ；3 c o d i n go ft h et e s t i n ge x a m p l e s ；4 c o d i n g o ft h eb a c k g r o u n d d a t a b a s e i nt h ep r o c e s so fd e s i g n i n gt h es y s t e m ，t h et e c h n i q u e so fv i r t u a l i n s t r u m e n t s ，p l a t f o r m a r i z e d ，a n dm o d u l a r i z e ds o l u t i o n s a r ei m p l e m e n t e dt o e n s u r et h ee x p a n d a b i l i t y , t r a n s p l a n t a b i l i t ya n dr e u s a b i l i t y f i n a l l y , t h ep a p e rp r e s e n t e dt h ea n a l y s i so f t h et e s t i n gr e s u l t si np r a c t i c a l t e s t i n gs c e n a r i o ，w h i c hi n d i c a t e dt h a t ，t h i sb l u e t o o t hr a d i oa u t o m a t i ct e s t i n g s y s t e m i sh i g h l ys t a b l ea n da c c u r a t e ，a n dc o u l dg r e a t l yi m p r o v et e s t i n g e f f i c i e n c ya n ds a v el a r g ea m o u n to fh u m a nr e s o u r c e a n dt i m er e s o u r c e ， c o n f o r m i n gw i t ht h er e q u i r e m e n tf o rm o d e m t e s t i n gw o r k k e yw o r d s ：t e s t i n gr a d i o b l u e t o o t ha u t o m a t i ct e s t i n gs y s t e m k 一- 二一卜- 一 _ j ， k _ 目录 第一章绪论l 1 1课题意义及背景来源1 1 2国内外现状及发展趋势1 1 3本论文研究的主要内容及所做工作4 第二章蓝牙技术综述5 2 1蓝牙系统简述5 2 2蓝牙系统的功能单元7 2 3蓝牙应用模型1 0 2 4蓝牙测试模式1 0 第三章蓝牙射频测试技术综述1 3 3 1蓝牙射频检测项目1 3 3 1 1 测试参考标准1 3 3 1 2 蓝牙射频测试项目1 3 3 2蓝牙射频测试方法1 4 第四章蓝牙射频自动测试系统硬件设计1 8 4 1硬件设计原则1 8 4 2硬件选择及结构设计1 8 4 3硬件工作原理1 9 第五章蓝牙射频自动测试系统软件设计2 0 5 1软件设计原则2 0 5 1 1 软件功能描述2 0 5 1 2 软件结构描述2 0 5 2软件设计方案2 1 5 2 1 软件丌发工具2 1 5 2 2 软件模块划分2 2 5 3软件主要变量定义2 6 5 4 软件数据库设计2 8 第六章蓝牙射频自动测试系统使用方法3 2 第七章蓝牙射频自动测试系统测试实例4 1 第八章总结与展望5 2 参考文献5 3 致谢5 5 攻读学位期i a j 发表的学术论文5 6 弋 - _ j ， k 第一章绪论 1 1 课题意义及背景来源 本文的研究内容主要针对蓝牙终端的射频一致性测试，一致性测试的一般定 义一直在完善之中，i s o i e cd i s1 0 6 4 1 定义为用来评估被测设备是否符合某项 标准的要求，i s o i e ct r1 3 2 3 3 定义一致性为：某项产品，过程，服务必须履行 的所有相关规定的一致性要求。指标的定义、限值及测试方案都有相关的一致性 规范给出。在通信系统的射频一致性测试规范中所列项目指标被认为是必要的最 低限度的特性，这些特性保证设备提供充足的性能并且防止对其他用户和服务构 成干扰l 到。 本文论述的蓝牙射频自动测试系统针对于国家无线电频谱监测与检验中心 蓝牙终端型号核准检测开发。国家无线电频谱检测与检验中心是负责无线电终端 型号核准的国家级检测机构，蓝牙终端的射频一致性测试是其主要的工作内容。 目前市场上的蓝牙终端产品种类繁多，包括蓝牙手机、蓝牙鼠标、蓝牙键盘，以 及各种蓝牙适配器。如此丰富的蓝牙终端产品带来了大量的测试需求，给国家无 线电频谱监测与检验中心型号核准测试工作提出了更高的要求。不仅要保证测试 结果的准确性，而且要提高测试的效率。目前，蓝牙终端射频测试主要由测试工 程师手动完成，由于测试时间长，工作量大，而且测试的一致性不足，难以应对 日趋严格的测试要求。因此，开发一种稳定性高，准确度好，工作效率高的蓝牙 射频自动测试系统迫在眉睫。本文论述的蓝牙射频自动测试系统在此背景下开发 设计，各项指标均超越手动测试，目前已经投入国家无线电频谱监测与检验中心 型号核准使用。 1 2 国内外现状及发展趋势 自动测试系统广泛应用于军事、航空航天、工业、科研、环境等众多领域， 为被测单元提供快速，可靠的维护和诊断。随着科技的发展，自动测试系统的复 杂性、被测电子设备的多样性日益增加，迫切需求构建一套通用的自动测试系统 p j 。该系统要满足可移植性、可扩展性的要求，而满足这一目标的关键在于测试 系统模型化。 目前，第3 代自动测试系统已提出了一系列测试系统组成部分的模型，如基 于t e d l 的模型建立、p a w s 软件对自动测试系统的建模、i v l 2 s d 的仪器模型 等。其中p a w s 及i v l 2 s d 都是基于信号的建模方法，而国内被测单元在设计时 很少考虑测试性问题且被测单元说明仅提供接口及功能说明，很少提供内部详细 构成资料，这导致面向信号的方法不适用于国内测试的具体情况。 t e d l 作为一种描述语言而非编程标准可适用于我国具体设备的模型描述。 这里主要应用t e d l 标准对自动测试系统硬件设备进行模型化处理，从而建立自 动测试系统模型，实现硬件资源的虚拟化。这样测试软件可以通过调用虚拟资源 而非硬件资源实现测试功能，实现了测试软件与硬件资源的分离，提高了测试软 件的可互换性。同时，利用数据库工具对模型进行管理，可保证自动测试系统的 开放性设计要求。自动测试系统的模型组成早期测试设备的软件是直接针对固 定仪器编写的，若仪器进行更换则测试软件必须重新编写。随着设备更新换代速 度加快，测试软件生命周期急剧缩短，测试维护设备费用居高不下。支持测试软 件的可移植性和仪器的可交换性是通用自动测试系统的标刹钔。 通用自动测试系统的基础就是系统的模型化，实现硬件资源虚拟化。在此 基础上开发的测试软件完全独立于测试资源，开发者在编程过程中不必对具体的 测试资源编程，从而能够避免底层的重复工作，提高开发效率。同时，在系统测 试资源的改变的情况下，例如更改了仪器型号，不必修改测试软件程序，软件在 正常运行过程中能够自动对测试资源进行扫描、识别和配置，可有效提高测试性 能。模型的建立最大化的简化了资源的调用，实现了测试系统的管理配置。在 模型中仪器驱动器模型是由厂家定义外，其余模型须由测试系统开发人员自行建 立。而一个完整的测试系统模型应包括以下几部分：仪器驱动器模型( 由厂家定义 也可自行开发) 、信号模型、测试设备模型、路径模型、适配器模型、被测设备 模型f 5 】。 自动测试系统的发展过程大体上可分为三个阶段： 1 第一代自动测试系统专用型 专用型系统是针对具体测试要求而研制的，主要用于测试工作量很大的重复 测试，高可靠性的复杂测试，用来提高测试速度或者用于人员难以进入的恶劣环 境。由于没有标准的接口总线，早期计算机与测试设备采取专门的接口连接组成 测试系统。 这类系统是从人工测试向自动测试迈出的重要的一步，是本质上的进步。它 在测试功能、性能、测试速度和效率，以及使用方便等方面明显优于人工测试。 第一代自动测试系统的缺点突出表现在接口及标准化方面，带来的突出闯题 是： 众所周知，现代通信网络在信息社会中的地位和作用，就犹如人体的神经系 统，是至关重要的。随着通信技术的发展，传统电信网、国际计算机互联网( i n t e m e t ) 和有线电视网三大通信网络相互融合的趋势已经很明显。其中，在传输骨干网方 2 一 【- 面，人们已经找到比较有效的手段来统一传输了，但在终端方面，目前还没有一 种比较好的统终端。蓝牙技术就是涉及这样一种与网络终端相关的短距离无线 通信技术，有可能对网络融合在终端技术方面有所突破。蓝牙技术的定位就是涉 及现代通信网络末端的一种无线互联技术。蓝牙技术是一项最新的全球统一的短 距离无线通信标准，已受到全世界工业界的广泛关注，具有广阔的应用前景。 ( 1 ) 复杂的被测对象的所有功能、性能测试若全部采用专用型自动测试系统， 则所需要的自动测试系统数目巨大，费用高昂，使保障设备的机动能力 降低。 ( 2 ) 一旦被测对象退役，为其服务的一大批专用自动测试系统也随之报废。 2 第二代自动测试系统台式仪器积木型 由于以i e e e 4 8 8 ( 即g p i b ) 、c a m a c 、v x i 、p x i 总线为代表的一系列总 线的出现，采用标准接口总线以搭积木方式组成自动测试系统成为了主流。有时， 单一的总线不能满足设计要求，几种总线配合使用，即称为复合总线系统。系统 中的各个设备( 计算机、可程控仪器、可程控开关等) 均为台式设备，每台设备 都配有符合接口标准的接口电路。组装系统时，用标准的接口总线电缆将系统所 含的各台设备连在一起构成系统。这种系统组建方便，组建者一般不需要自己设 计接口电路。积木式特点使得这类系统更改、增减测试内容很灵活，而且设备资 源的复用性好。系统中的通用仪器既可作为自动测试系统中的设备来用，亦可作 为独立的仪器使用。应用一些基本的通用智能仪器可以在不同时期，针对不同的 要求，灵活地组建不同的自动测试系统。 第二代自动测试系统仍然存在一些问题：接口总线传输速率不高，并且多种 制式并存，之间的驱动互不兼容，为自动测试系统软件的移植带来不便。还有存 在仪器的机箱、电源、面板、开关大部分都是重复配置的情况。 3 第三代自动测试系统模块化仪器集成型 这类系统基于v x i 、p x i 等测试总线，主要由模块化的仪器设备所组成。 v x l 总线( v m e b u se x t e n s i o mf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 是v m e 计算机总线向仪器 测试领域的扩展，具有高达4 0 m b s 的数据传输速率。p x i 总线是p c i 总线( 其 中的c o m p a c tp c i 总线) 向仪器测量领域的扩展，其中数据传输速率为1 3 2 2 6 4 m b s 。以这两种总线为基础，可组建高速、大数据吞吐量的自动测试系统。 系统中，仪器、设备或嵌入计算机均以v x i ( 或p x i ) 总线的形式出现，众多模 块化仪器设备均插入带有v x i ( 或p x i ) 总线插座、插槽、电源的v x i ( 或p x i ) 总线机箱中，仪器的显示面板及操作，用统一的计算机显示屏以软面板的形式来 实现，避免了系统中各仪器、设备在机箱、电源、面板、开关等方面的重复配置， 大大降低了整个系统的体积、重量并能在一定程度上节约成本。 3 r l 讧 第三代自动测试系统具有数据传输速率高、数据吞吐量大、体积小、重量轻， 系统组建灵活，扩展容易，资源复用性好，标准化程度高等众多优点，是当前先 进的自动测试系统的主要发展趋势。在组建这类系统中，v x i 总线规范是其硬件 标准，v x i 即插即用规范( v p l u g & p l a y ) 为其软件标准，特别是大量采用了 1 ， 11， p 第二章蓝牙技术综述 2 1 蓝牙系统简述 蓝牙作为一种新的短距离无线通讯技术标准，具有广泛的应用前景，正受到 全球各界的广泛关注。蓝牙技术有以下特点：支持用户在许多设备之间进行无线 数据交换及文件同步，使移动电话、便携式计算机以及各种便携式通信设备之间 在近距离内资源共享：支持非可视范围内的通讯与链接，且能在移动中进行无线 连接和通讯：支持无线设备到有线网络之间的无线链接，只要连接到局域网的蓝 牙接入点，就可以实现到有线局域网的无线数据连接；支持电路交换与分组交换， 以支持语音、数据和视频信号传输。蓝牙是一种低功耗的无线技术，目的是取代 现有的p c 、打印机、传真机和无线电话等设备上的有线接口。蓝牙技术提供低 成本、近距离的无线通信，构成固定与移动设备通信环境中的个人网络，使得近 距离内各种信息设备能够实现无缝资源共享。 蓝牙无线技术采用的是一种扩展窄带信号频谱的数字编码技术，通过编码运 算增加了发送比特的数量，扩大了使用的带宽。蓝牙使用跳频方式来扩展频谱。 跳频扩频是发射机以一个特定的伪随机码序列一致的跳变速率使信号从一个频 率跳到另一个，只有匹配的接收机知道发射机的跳频方式，才可以正确地解扩接 收的数据。跳频扩频使得带宽上信号的功率谱密度降低，从而大大提高了系统抗 电磁干扰、串话干扰的能力，使得蓝牙的无线数据传输更加可靠。 蓝牙系统一般工作在2 4 g h z 的i s m 频段。起始频率为2 4 0 2 g h z ，终止频 率为2 4 8 0 g h z ，还在低端设置了2 m h z 的保护频段，高端设置了3 m h z 的保护 频段。信道分配为f = ( 2 4 0 2 + k ) m h z ，其中k = 0 ，7 8 ，共7 9 个信道、7 9 个跳 频频点。最大的跳频速率为1 6 0 0 跳每秒。信道间隔为i m h z 。共享一个公共信 道的所有蓝牙单元形成一个微微网，每个微微网最多可以有8 个蓝牙单元，在微 微网中，同一信道的各单元的时钟和跳频均保持同步。 蓝牙采用时分双工传输方案，使用一个天线利用不同的时间间隔发送和接收 信号，且在发送和接收信息中通过不断改变传输方向来共用一个信道，实现全双 工传输。蓝牙采用高斯移频键控( g f s k ) 以二进制的格式来传输数据，用正频偏 代表二进制l ，负频偏代表二进制o 。 蓝牙发射功率可分为三个级别，1 0 0 m w 、2 5 m w 和l m w 。一般采用的发送 功率为l m w ，无线通信距离为1 0 米，数据传输速率达1 m b p s 。若采用新的蓝牙 5 磊 r l a 2 0 标准，发送功率为l o o m w ，可使蓝牙的通信距离达1 0 0 米，数据传输速率也 达到l o m b p s 。蓝牙接收机的实际灵敏度能达到7 0 d b m 。蓝牙利用接收机信号强 度指示即r s s i 功能进行功率控制，限定蓝牙设备的发射功率，以优化功耗和总 的干扰电平。当一个蓝牙设备检测到接收信号的强度时，它就返回信息以指示功 率应该增加还是减少。如果r s s i 的值与预期值相差太远，该蓝牙设备可以向另 一设备请求调整输出功率。除此之外，蓝牙标准还对收发过程的寄生辐射、射频 容限、干扰和带外抑制等作了详尽的规定，以保证数据传输的安全。 蓝牙1 0 规范已公布的主要技术指标和系统参数如下表所示： 表2 1 蓝牙主要技术指标和系统参数 工作频段 is m 频段，2 4 0 2 g h z 2 4 8 0 g h z 双工方式 全双工，t d d 时分双工 业务类型支持电路交换和分组交换业务 数据速率 1 m b s 非同步信道速率非对称连接7 2 1 k b s 同步信道速率 6 4 k b s 功率美国f c c 要求小于l m w ，其他国家可扩展为l o o m w 跳频频率数7 9 个频点m n z 跳频速率1 6 0 0 次秒 工作模式p a r k h o l d s ni f f 数据连接方式面向连接业务s c o ，无连接业务a c l 纠错方式1 3 f e c ，2 3 f e c ，a r o 鉴权采用反应逻辑算术 信道加密采用0 位、4 0 位、6 0 位加密字符 语音编码方式连续可变斜率调制c v s d 发射距离一般可达l o m ，增加功率情况下可达l o o g 蓝牙支持点对点和一点对多点的通信。蓝牙最基本的网络组成是微微网 ( p i c o n e t ) 。微微网实际上是一种个人区域网，它是一种以个人区域( 即办公室 区域) 为应用环境的网络架构。需要指出的是，微微网并不能够代替局域网，它 只是用来代替或简化个人区域中的电缆连接。 微微网由主设备单元和从设备单元构成。主设备单元负责提供时钟同步信号 和跳频序列，而从设备单元一般是受控同步的设备单元，并接受主设备单元的控 6 1 ， 制。在同一微微网中，所有设备单元均采用同一跳频序列。一个微微网中一般只 有一个主设备单元，而从设备单元目前最多可以有7 个。 2 2 蓝牙系统的功能单元 蓝牙系统的功能单元包括以下几个部分： 1 无线射频单元 蓝牙系统的天线发射功率按标称的o d b m 设计，符合f c c 关于i s m 波段的 要求。由于采用了扩频技术，发射功率可增加到1 0 0 m w 。系统的最大跳频速率 为1 6 0 0 跳秒，在2 4 0 2 g h z 到2 。4 8 0 g h z 之间，采用7 9 个1 m h z 带宽的频点。 系统的设计通信距离为l o 厘米到l o 米，如果增加发射功率，可以达到1 0 0 米。 2 连接控制单元 连接控制单元( 即基带) 描述数字信号处理的硬件部分是链路控制器，它实现 基带协议和其他的底层连接规程。 ( 1 ) 网络建连 微微网建立之前，所有设备都处于等待( s t a n d b y ) 状态。在该状态下，未 连接的设备每隔1 2 8 秒监听一次信息，设备一旦被唤醒，就在预先设定的3 2 个 跳频频率上监听信息。跳频数目因地区而异，但3 2 个跳频频率为绝大多数国家 所采用。 连接进程由主设备初始化。如果一个设备的地址已知，就采用寻呼信息 ( p a g em e s s a g e ) 建立连接；如果地址未知，就采用有寻呼查询信息( i n q u i r y n , 搦s a g e ) 建立连接。查询信息主要用来查询未知地址的设备，如公用打印机、传 真机等它与寻呼信息类似，但需要附加一个周期来收集所有的应答。在初始寻 呼状态( p a g es t a t e ) ，主设备在1 6 个跳频频率上发送一串相同的寻呼信息给从设 备，如果没有收到应答，主设备就在其它的1 6 个跳频频率上发送寻呼信息。主 设备到从设备的最大时延为两个唤醒周期( 2 5 6 秒) ，平均时延为半个唤醒周期 ( 0 6 4 秒) 。 在微微网中，无数据传输的设备转入节能工作状态。主设备可将从设备设置 为保持方式( h o l dm o d e ) ，此时，只有内部定时器工作l 从设备也可以要求转入 保持方式。设备由保持方式转出后，可以立即恢复数据传输。连接几个微微网或 管理低功耗器件( 如温度传感器) 时，常使用保持方式。监听方式( s n i f f m o d e ) 和 休眠方式( p a r km o d e l ) 是另外两种低功耗工作方式。在监听方式下，从设备监听 网络的时间间隔增大，其间隔大小可视应用情况由编程确定；在休眠方式下，设 备放弃了m a c 地址仅偶尔监听网络同步信息和检查广播信息。各节能方式依 电源能耗由低到高排列：休眠方式、保持方式、监听方式。 蓝牙基带技术支持两种连接方式： 7 r - 面向连接( s c o ) 方式：主要用于话音传输 无连接( a c l ) 方式：主要用于分组数据传输 在同一微微网中，不同的主从设备对可以采用不同的连接方式，在一次通信 中，连接方式可以任意改变。每一连接方式可支持十六种不同的分组类型，其中 控制分组有四种，是s c o 和a c l 通用的分组。两种连接方式均采用时分双工 ( t d d ) 通信。s c o 为对称连接，支持限时话音传送，主从设备无需轮询即可发送 数据。s c o 的分组既可以是话音又可以是数据，当发生中断时，只有数据部分 需要重传。a c l 是面向分组的连接，它支持对称和非对称两种传输流量，也支 持广播信息。在a c l 方式下，主设备控制链路带宽，负责从设备带宽的分配： 1 6 个字符的设备i d 号 链路地址查询 建立连接 验证 协商并建立连接方式( 如传数据或是传数据话音) 确定分组的帧类型 设置监听方式 设置保持方式 设置休眠方式 4 软件结构 蓝牙设备应具有互通特性。对某些设备，从无线电兼容模块和无线接口，直 到应用层协议和对象交换格式都要实现互通：对另外一些设备( 如头戴式设备等) 的要求则宽松得多。蓝牙计划的目标就是要确保任何带有蓝牙标记的设备都能进 行互通。软件的互通性始于链路级协议的多路传输、设备和服务的发现，以及分 组的分段和重组。蓝牙设备必须能够彼此识别，并通过安装合适的软件识别出彼 此支持的高层功能。互通性要求采用相同的应用层协议。不同类型的蓝牙设备( 如 p c 机、手持设备、头戴设备、蜂窝电话) 对兼容性有不同要求，用户不能奢望头 戴式设各内含有地址簿，蓝牙的兼容性是指具有无线电兼容性，有话音收发能力 及发现其他蓝牙设备的能力，更多的功能则要由手机、手持设备及笔记本电脑来 完成。为实现这些功能，蓝牙软件构架将利用现有的规范，如o b e x ，v c a r d v c a l e n d a r ，h i d ( 个性化接口设备) ，及t c p i p 协议等，而不是再去开发新的规范。 设备的兼容性要求能够适应蓝牙规范和现有的协议。 软件结构将实现以下功能： 配置及诊断 蓝牙设备的发现 电缆仿真 与外围设备的通信 音频通信及呼叫控制 交换名片和电话号码的网络协议 蓝牙协议模型主要包括： 物理层，即蓝牙无线接口层： 核心协议：基带协议、l m p 、l 2 c a p 、s d p 等； 电缆替代协议，r f c o m m ： 电话传送控制协议，t c s 二进制、a t 命令集等。 9 广q 由于蓝牙技术独立于不同的操作系统和通信协议之外，可以移植到许多应用 领域，因而应用场合很普遍。蓝牙力求与不同的操作系统和通信协议有良好的接 口，从而保证一定的兼容性。蓝牙技术适用于任何数据、图像、声音等短距离通 信场合。目前所能看到的应用有：替代蜂窝电话和远端网络之间的通信时所用的 有线电缆：提供新的多功能耳机，并可在p c 、蜂窝电话、随身听中共有；笔记 1 尸p l - 测试模式支持蓝牙发送端和接收端的测试。它主要用于进行无线和基带层的 验证兼容性测试，也可以用于例行质检，或生产中和售后测试。 处于测试模式的设备不支持正常操作。基于安全原因，测试模式设计并不提 供给用户。因此，不允许在硬件或软件接口上进行数据输出和接收。 1 测试配置 配置包括一台待测设备( e u t ) 和一台测试装置，如下图所示： 本地擞活 图2 - 1 蓝牙测试模式配置图 测试装置和e u t 组成一个微微网。其中测试装置作为主单元，并在测试过 程中实现完全控制，而e u t 则作为从单元。 控制使用l m p 指令通过无线接口执行。可能存在于e u t 的硬件接口，但不 从属于标准。 测试模式是蓝牙模型的一个特殊状态。由于安全和类型原因，处于测试模式 的设备可能不支持正常操作。当e u t 推出测试模式后将进入待机状态。关机后， 蓝牙设备必须回到待机状态。 2 激活操作 激活操作可以通过硬件或软件接口，或使用无线接口在本地执行。 对于无线接口上的激活操作，由于安全和类型要求的原因，进入测试模式必 须在本地启用。该过程的本地实现不属于标准。测试装置将发送l m p 指令，以 强制e u t 进入测试模式。e u t 在进入测试模式前将终止所有正常操作。e u t 将 在收到激活指令时返回l m pa c c e p t e d 指令。如果本地没有启用e u t ，将返回 l m pn o ta c c e p t e d 。 如果使用硬件或软件接口在本地执行激活操作，e u t 将在进入测试模式前 终止所有正常操作，直到建立到测试装置的连接为止，设备将执行呼叫扫描和查 询扫描。推荐使用扩展扫描操作。 3 控制 可以使用特定的l m p 指令执行控制和配置。如果蓝牙设备没有处于测试模 式，则必须拒绝这些指令。在这种情况下，将返回l m pn o ta c c e p t e d 指令。当 e u t 处于测试模式时，e l i t 将在收到控制指令时返回l i m p 。accepted 处于测试模式的蓝牙设备必须忽略所有与测试控制模式无关的l m p 指令。 处理节能控制和l m p 特征请求( l m pf e a t u r e s) 的 指令将允许在测试_ r e q l m p 模式中执行。常规过程也可用于测试自适应节能控制。 通过l m pd e t a c h 指令或发送测试情景设置为“退出测试模式”的 l m pt e s tc o n t r o l 指令，e u t 将退出测试模式。 一1 第三章蓝牙射频测试技术综述 - 3 1 蓝牙射频检测项目 、。一一 一 。 3 1 1 测试参考标准 ( 1 ) e t s ie n3 0 03 2 8v1 7 1 e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t ya n dr a d i os p e c t r u m m a t t e r s ( e r m ) ：w i d e b a n dt r a n s m i s s i o ns y s t e m s ；d a t at r a n s m i s s i o ne q u i p m e n t o p e r a t i n gi nt h e2 ，4 g h zi s mb a n da n du s i n gw i d eb a n dm o d u l a t i o nt e c h n i q u e s ； h a r m o n i z e de nc o v e t i n ge s s e n t i a lr e q u i r e m e n t su n d e ra r t i c l e3 2o ft h er 趼e d i r e c t i v e ) ) ( 2 ) 信部无 2 0 0 2 1 3 5 3 号关于调整2 4 g h z 频段发射功率限值及有关问题的通知 3 1 2 蓝牙射频测试项目 1 等效全向辐射功率 定义：以在所有方向上均匀辐射的假象全方向天线的增益( o d b ) 为基础， 来表示实际天线量大辐射方向上的等效辐射功率强度，以分贝计。 限值：当发射天线增益 _ _ 1 0 d b i 时，发射机输出的等效全向辐射功率 _ 2 7 d b m ； 当发射天线增益 1 0 d b i 时，发射机输出的等效全向辐射功率 1 0 d b i 时，其峰值功率谱密度为 _ 2 7 d b m 1 0 0 k h z ( e i f p ) ； 当发射天线增益 1 0 d b m 时，其峰值功率谱密度为_ 2 4 0 0 0 g h z ，f a 工控机通过g p i b 命令使蓝牙综测仪和频谱分析仪初始化。 1 2 ) 蓝牙综测仪识别被测设备，使被测试设备进入蓝牙测试模式。 ( 3 ) 工控机通过g p i b 命令使频谱分析仪处理被测设备发出的射频信号。 ( 4 ) 频谱分析仪将测试数据返回到工控机。 图4 2 硬件工作流程图 1 9 第五章蓝牙射频自动测试系统软件设计 5 1 软件设计原则 5 1 1 软件功能描述 蓝牙射频自动测试系统作为国家无线电频谱监测与检验中心型号核准测试 系统，软件部分需要具备以下功能： ( 1 ) 测试界面易于操作，覆盖被测设备全部信息； ( 2 ) 自动编辑测试参数及测试项目： ( 3 ) 全部测试流程达到实时监控： ( 4 ) 以表格和图片的形式保存测试结果： ( 5 ) 自动成生测试报告： 除满足上述测试功能外，为了提高系统的精确度和可扩展性，还应满足以下 扩展功能： ( 1 ) 仪表初始化自校准功能： ( 2 )自动补偿衰减损耗功能； ( 3 ) 动态跟踪，实时保存数据功能： ( 4 ) 开放软件接口，允许外部管理软件系统访问检测结果数据； 一( 5 ) 误操作保护功能。 5 1 2 软件结构描述 蓝牙射频自动测试系统采用通用的s m a l l t a l k 模型，即由显示逻辑部分r 表示 层) ，事务处理逻辑部分( 控制层) 和数据处理逻辑部分( 数据层) - - 部分组成整个系 统的三层设计模式。其中表示层的功能是实现与用户的交互，功能层的功能是进 行具体的运算和数据的处理，数据层的功能是数据的存贮【1 1 。 在软件结构设计的过程中，表示层、功能层和数据层分别由用户操作界面、 数据捕捉处理部分和后台数据库三部分实现( 如图5 1 ) 。 图5 1 软件结构图 用户操作界面对测试工程师完全开放，可直接操作，用来设置被测设备基本 信息、测试项目、测试参数等。 数据捕捉处理部分对测试工程师关闭。其作用是频谱分析仪捕捉被测设备发 出的射频信号，并根据测试项目的要求进行数据分析。 后台数据库部分保存用来保存被测设备信息、测试参数、测试结果等。 5 2 软件设计方案 5 2 1 软件开发工具 作为自动检测平台灵魂的软件，在整个系统的先进性、可靠性和实用性中起 着关键性的作用。根据系统的要求和编程简单的原则，本测试系统的前端软件也 就是界面部分采用v i s u a lb a s i c6 0 ( 简称v b 6 ) 开发，后台数据库采用s q l s e r v e r2 0 0 0 ，而仪表驱动部分则通过v b 以及a g i l e n t 公司的i ol i b r a r y 。 数据库方面，w i n d o w s 平台上的数据库主要有a c c e s s 、s q ls e r v e r 、o r a c l e 。 虽然三者在数据容量上都能够满足系统要求，但是由于a c c e s s 属于小型桌面型 数据库，所提供的功能比较简单，而且安全性能较差：o r a c l e 功能最为强大， 但对硬件需求较高，占用系统资源较多，一般p c 机根本不能承受。而s q l s e r v e r 是非常适合于小企业应用的关系型数据库，它采用真正的客户机服务器体系结 构，并且采用图形化的企业管理器，使系统管理和数据库管理更加直观，简单； 同时它又提供了丰富的编程接v i i 具，为用户进行程序设计提供了更大的选择余 地。此外s q ls e r v e r 与操作系统完全集成，利用了系统操作的许多功能，如发 送和接受消息，管理登录安全性等因此最终选择了s q ls e r v e r 作为后台数据库。 前端应用软件的选择主要是考虑开发软件的通用性和普遍性，这方面虽然有 l a b v i e w ，l a b w i n d o w s e v i ，以及a g i l e n tv e e 等专用的虚拟一起开发软件作为 选择，但是在对于交互式界面和数据库应用方面的开发，这些软件都不及v b 功 2 i 能强大。而且v b 又具有操作简单，界面友好，开发速度快。此外，v b 又具有 第三方控件和开发辅助工具支持丰富的特点，可以极大的提高开发的效率。实验 室过去大量采用v b 进行开发，有着足够的积累。同时，在开发的过程中就使用 外观