Testowanie Bluetooth za pomocą szerokopasmowego testera radiowego R&S CMW, część 3

Wysoka wydajność testowania R&S CMW100 dzięki innowacyjnemu rozwiązaniu smart channel

Rosnące ceny jednostkowe urządzeń Bluetooth sprawiają, że istotne staje się obniżenie kosztów testów na etapie produkcji przy jednoczesnym zachowaniu wymaganej dokładności testów. Użycie trybu nie-sygnałowego zamiast sygnałowego jest jednym ze sposobów na redukcję kosztów. Maksymalne wykorzystanie dostępnych możliwości testera stanowi inny sposób ograniczenia kosztów.

Aby w jak najlepszy sposób wykorzystać zasoby sprzętowe, każdy z przyrządów R&S CMW100 ma jeden kanał dla sygnałów RF (jeden analizator / jeden generator) i 8 złączy RF. Sygnał z generatora można rozdzielić tak, aby pojawił się on na wszystkich wyjściach jednocześnie. To pozwala wykonać testy na maksymalnie ośmiu badanych urządzeniach równolegle, tym samym ośmiokrotnie zwiększając całkowitą wydajność linii produkcyjnej. Warunkiem jednoczesnych testów (tzw. broadcast) jest gotowość wszystkich urządzeń do testów w danym punkcie linii produkcyjnej. Jeśli ten warunek nie jest spełniony, a urządzenia pojawiają się po kolei, można stosować testy potokowe – gdy jedno urządzenie jest testowane, kolejne jest konfigurowane do następnego testu, a jeszcze kolejne dopiero się uruchamia.

Tego typu asynchroniczna obsługa wielu urządzeń za pomocą jednego, współdzielonego kanału RF zazwyczaj wymaga skomplikowanego oprogramowania. Jego implementacja musi gwarantować, że konfiguracja testowa nie zostanie przypadkowo nadpisana zanim któryś z etapów testu zostanie zakończony, a kolejne wyniki zostaną odczytane przed rozpoczęciem następnego testu.

Model R&S CMW100 oferuje innowacyjne rozwiązanie tego problemu: Urządzenia można podzielić na wirtualne „podprzyrządy” (subinstruments), określane jako „inteligentne kanały”. Każde z badanych urządzeń jest podłączone do jednego inteligentnego kanału. Z punktu widzenia użytkownika każdy inteligentny kanał pracuje niezależnie. Konfiguracja i odczyt wyników z jednego inteligentnego kanału może się odbywać niezależnie od stanu innych badanych urządzeń. Ponadto inteligentny kanał nie może nadpisać konfiguracji innego inteligentnego kanału. Każdy z kanałów przechowuje swoje własne dane uzyskane z pomiarów, które są gotowe do wykorzystania. Gdy jedno z urządzeń jest testowane, wyniki pomiarów innych urządzeń pozostają dostępne. Takie rozwiązanie dodatkowo zwiększa szybkość pomiarów, ponieważ konfigurację testera i odczyt wyników z jednego badanego urządzenia można przeprowadzić w czasie, gdy inne urządzenie jest testowane.

Współdzielenie zasobów sprzętowych jest zarządzane wewnętrznie przez przyrząd R&S CMW100: jeśli dany zasób jest zajęty przez jeden z inteligentnych kanałów, kolejny inteligentny kanał musi poczekać. Jednak ze względu na krótkie czasy pomiaru, ten czas oczekiwania wynosi zwykle tylko kilka milisekund. Tester R&S CMW100 obsługuje zasoby analizatora i generatora niezależnie. Podsumowując, funkcja inteligentnych kanałów pozwala na łatwe współdzielenie sprzętu, ponieważ testy wielu urządzeń nie wymagają dodatkowego wysiłku na implementację.

Najważniejsze właściwości testera R&S CMW100 dla linii produkcyjnej urządzeń bezprzewodowych

  • Gotowe do użycia rozwiązanie wykorzystujące oprogramowanie R&S CMWrun, które obsługuje układy różnych dostawców.
  • Innowacyjne rozwiązanie „inteligentnych kanałów” umożliwiające wydajne testowanie wielu urządzeń.
  • Ciągłe pasmo pracy do częstotliwości 6 GHz
  • Rozwiązanie obsługujące wiele technologii
  • Równoległe testowanie do ośmiu portów RF
  • Wysoka szybkość pomiarów
  • Wysoka dokładność pomiarów
  • Obsługa wielu różnych metod skracających czas testów i maksymalizujących wykorzystanie przyrządu
  • Minimalne zajmowane miejsce i wymiary urządzenia
  • Mała waga
  • Cicha praca
  • Długi średni czas między awariami (MTFB)

Gotowe rozwiązanie R&S CMWrun pozwalające na testy układów różnych dostawców podczas produkcji

Firma Rohde & Schwarz oferuje gotowe do użycia rozwiązanie w postaci oprogramowania sekwencera R&S CMWrun. Zdalnie steruje ono przyrządem R&S CMW oraz badanym urządzeniem za pomocą komend Bluetooth Classic zależnych od dostawcy. Obecnie oprogramowanie R&S CMWrun obsługuje tryb nie-sygnałowy Bluetooth dla układów różnych producentów, między innymi Broadcom, Marvell, Intel, Texas Instruments i Qualcomm. Ponieważ wszystkie urządzenia Bluetooth LE korzystają z zestandaryzowanego trybu testu bezpośredniego (DTM), wszystkie one są tak samo obsługiwane. W przypadku testów wielu urządzeń możliwe jest uruchomienie wielu instancji programów R&S CMWrun, korzystając jednocześnie z funkcji inteligentnych kanałów.

Rys. 8. Różne scenariusze testowe
Fot 9. Do testów powiadomienia Bluetooth LE zalecana jest ekranowana komora, taka jak R&S CMW-Z10.

 

Testy powiadomienia Bluetooth LE

Testy powiadomienia Bluetooth LE to zdalna (OTA) metoda pomiarowa, pozwalająca na łatwe i szybkie pomiary RF urządzeń Bluetooth LE. Znakomicie nadaje się do testów podczas produkcji, ale też szybkich pomiarów referencyjnych na etapie projektowania i inspekcji. Podczas tych testów badane urządzenie pracuje normalnie i nie znajduje się w specjalnym trybie testowym.

 

Testowanie urządzeń Bluetooth LE bez podłączania przewodu sterującego

Specyfikacja Bluetooth opisuje tryb testu bezpośredniego (DTM) dla testów RF urządzeń Bluetooth LE, w którym badane urządzenie jest połączone do testera za pomocą przewodu sterującego. Wadą tej metody jest ryzyko znaczącej zmiany charakterystyki radiowej badanego urządzenia przez sam podłączony przewód. W przypadku testów RF produktów Bluetooth LE w laboratorium lub na linii produkcyjnej zazwyczaj podłączenie przewodu sterującego do urządzenia BLE bywa trudnym zadaniem.

Aby rozwiązać ten problem, przyrząd R&S CMW poza trybem testu bezpośredniego oferuje również tryb testowania powiadomień urządzenia BLE (advertiser mode). Pozwala on na wykonanie testów RF w oparciu o pakiety powiadomień. Gdy tryb testów BLE zostanie uruchomiony, urządzenie BLE wysyła pakiety powiadomień w regularnych odstępach czasu, aby skonfigurować połączenie lub nadać wiadomości w trybie broadcast. Pakiety te są nadawane na 3 spośród 40 wszystkich kanałów Bluetooth LE. Te trzy kanały są umieszczone na najniższej i najwyższej częstotliwości oraz w 1/3 szerokości pasma, przedstawionych na charakterystyce we wcześniejszych rozdziałach.

 

Testy nadajnika

Pakiety powiadomień mogą służyć do efektywnych pomiarów charakterystyk nadajnika urządzenia Bluetooth LE. Ponieważ kanały powiadomień są rozmieszczone w całym zakresie częstotliwości pracy Bluetooth, wyniki tych pomiarów będą reprezentatywne dla wszystkich pozostałych kanałów BLE. Mierzone są typowe parametry RF nadajnika: moc, modulacja, częstotliwość oraz widmo. Ponieważ pomiary nadajnika w trybie DTM wykorzystują specjalne sekwencje, które nie występują w tej formie w normalnym trybie pracy, podczas pomiaru wykorzystywane są odpowiednie algorytmy matematyczne, pozwalające porównać zmierzone wyniki z wynikami metody DTM. Na ekranie i poniżej te parametry są oznaczone gwiazdką ‚*’.

Przyrząd R&S CMW pozwala na pomiary nadajnika w oparciu o pakiety wysłane przez badane urządzenie. Następnie na podstawie pakietów zgłoszeń wyznacza następujące parametry:

  • Moc nominalną
  • Emisję w paśmie (ACP, ± 10 MHz)
  • Dokładność częstotliwości
  • Δf1* (minimalną, maksymalną, średnią)
  • Δf2* (minimalną, maksymalną, średnią)
  • Stosunek modulacji Δf2avg/Δf1avg*
  • Zakres 99% Δf2*
  • Przesunięcie częstotliwości*
  • Dryft częstotliwości*
  • Maksymalną szybkość dryftu*

 

Testy odbiornika

Pakiety powiadomień służą głównie do skonfigurowania połączenia z innym urządzeniem Bluetooth. Podobnie jak w przypadku beaconów sieci WLAN, pakiety zawierają wszystkie informacje potrzebne do tego procesu. Połączenie jest zestawiane poprzez określoną procedurę handshake z wzajemnym potwierdzeniem przychodzących wiadomości. Ten proces potwierdzenia jest bardzo dobrą okazją do przeprowadzenia testów odbiornika. Jeśli na przykład moc transmisji wiadomości wysłanej do urządzenia Bluetooth LE jest niższa, niż czułość jego odbiornika, nie będzie ono w stanie poprawnie zdekodować wiadomości ani też odesłać potwierdzenia. Taka procedura jest typowym sposobem wyznaczenia poziomu czułości podczas testów odbiornika.

  • Pomiar punktowy

Pomiar punktowy jest najszybszym sposobem weryfikacji odbiornika. Tester R&S CMW wysyła wiadomość do badanego urządzenia, żądając zestawienia połączenia. Następnie sprawdza, czy urządzenie zrealizowało to żądanie. Ten prosty test jest znakomitym rozwiązaniem podczas produkcji.

  • Określenie czułości

Aby określić poziom czułości, testowanie rozpoczyna się w dobrych warunkach odbioru, a następnie poziom sygnału odbiornika zostaje stopniowo obniżony. Czułość określa poziom, przy którym nie zostaje już wysłane potwierdzenie.

  • Pomiar stopy błędu pakietów (PER)

Podczas pomiaru PER do badanego urządzenia wysyłana jest z góry ustalona liczba pakietów o określonej mocy. Następnie zliczana jest liczba potwierdzeń. Wskaźnik PER jest określany na podstawie potwierdzeń, które nie zostały odebrane.

Najważniejsze informacje o testach powiadomień Bluetooth LE

  • Bardzo prosta, szybka i wydajna metoda zdalnych testów urządzeń Bluetooth LE
  • Autorska metoda pomiarów, która zapewnia wyczerpujące testy nadajnika i odbiornika
  • Metoda zoptymalizowana do szybkich testów funkcjonalnych na etapie produkcji i projektowania
  • Urządzenie Bluetooth jest testowane w warunkach normalnej pracy

Stosowanie testów powiadomień Bluetooth ma następujące zalety:

  • Urządzenie jest badane w realistycznych warunkach
  • Charakterystyki nadawania i odbioru są w wiarygodny sposób mierzone na częstotliwościach obejmujących całe dostępne pasmo
  • Kompaktowe urządzenia Bluetooth LE można testować zdalnie bez dostępu do anteny ani bezprzewodowego interfejsu sterującego

Oprogramowanie do automatycznych testów R&S CMWrun

Oprogramowanie sekwencera R&S CMWrun jest gotowym do użycia rozwiązaniem, które pozwala zdalnie konfigurować sekwencje testowe. Sekwencer R&S CMWrun można wzbogacić o dodatkowe rozszerzenia i zastosować do wszystkich standardów obsługiwanych przez urządzenia z rodziny R&S CMW – do ogólnych testów właściwości radiowych, testów zgodności i poprawy jakości użytkowania.

Fot. 10. Testowa biblioteka DLL

 

Fot. 11. Sekwencja testowa

 

Zastosowania i zakres testów

Oprogramowanie do automatyzacji testów R&S CMWrun zapewnia pełną funkcjonalność potrzebną do wykonywania sekwencji zdalnego sterowania przez przyrządy platformy R&S CMW na etapie projektowania, testów jakości, testów podczas produkcji i serwisowania. Może spełnić wymagania zarówno obecnych jak i przyszłych urządzeń bezprzewodowych.

Silnik oprogramowania R&S CMWrun jest oparty na wtyczkach – bibliotekach linkowanych dynamicznie (DLL). Ta architektura pozwala na łatwą i bezproblemową konfigurację sekwencji testowych bez wiedzy programistycznej i wiedzy na temat zdalnej kontroli przyrządu. Jednocześnie oferuje maksymalną elastyczność podczas konfiguracji parametrów i zakresów dla testów dostarczonych w pakietach rozszerzeń R&S CMWrun przeznaczonych dla konkretnych standardów.

Po zakończeniu testów generowany jest czytelny raport z testu zawierający zakresy, wyniki testów i informacja o ostatecznym rezultacie. Raport jest dostępny w formatach plików .csv, .txt, .xml oraz .pdf.

Rozszerzenie R&S CMW-KT057 dla oprogramowania R&S CMWrun oferuje dużą liczbę bibliotek DLL do testów standardów Bluetooth Classic oraz Bluetooth LE.

 

Testy wstępne Bluetooth

Oprogramowanie R&S CMWrun obejmuje wszystkie przypadki testów RF podane w specyfikacji Bluetooth. Dwie biblioteki DLL zawierają wszystkie „proste” scenariusze testowe, które można zrealizować za pomocą jednego kanału R&S CMW. Dwie kolejne biblioteki DLL zawierają „zaawansowane” scenariusze testowe, które wymagają dodatkowych generatorów powodujących interferencje w konfiguracji testowej. Do tego celu może zostać użyty drugi kanał RF dostępny w przyrządzie R&S CMW lub zewnętrzne generatory. Przykłady zostały przedstawione we wcześniejszym rozdziale.

 

Własne sekwencje testowe i przykładowe sekwencje testowe

Dostępnych jest wiele innych bibliotek DLL pozwalających na tworzenie własnych sekwencji testowych i wykorzystanie wszystkich możliwości R&S CMW. Niektóre biblioteki pozwalają na uruchomienie i konfigurację pomiarów, inne – na zmiany parametrów i pętli sterującej sekwencją testową. Pakiet oprogramowania Bluetooth dla R&S CMWrun zawiera liczne przykładowe sekwencje, które można wykorzystać jako podstawę do zaprojektowania własnych sekwencji.

Przedstawicielstwo Rohde & Schwarz w Polsce: ul. Al. Jerozolimskie 92, 00-807 Warszawa, tel: 22 337 64 99.

O autorze