蓝牙设备射频性能测试：德思特ALifecom ACTiV非信令方案全解析

随着物联网、智能穿戴、汽车钥匙等领域的飞速发展，蓝牙技术已成为无线连接不可或缺的一部分。确保蓝牙设备的射频性能稳定、可靠，是产品成功上市的关键。然而，蓝牙技术的快速迭代**（从经典蓝牙(EDR/BDR)到低功耗蓝牙Bluetooth Low Energy, BLE，再到BT 5.0及更高版本）**给研发和生产测试带来了巨大挑战。

本文将首先梳理蓝牙技术的协议演进与关键特性，然后重点介绍 如何利用德思特Alifecom ACTiV非信令无线测试仪，实现精准、高效的蓝牙设备射频性能验证与校准 。

一、蓝牙技术与协议演进介绍

1. 蓝牙技术基础

蓝牙技术是一种在全球范围内通用的短距离无线通信标准，其核心工作于2.4GHz的ISM（Industrial, Scientific and Medical Band）频段。这个频段无需授权即可使用，但也意味着蓝牙设备需要具备强大的抗干扰能力，以应对Wi-Fi、Zigbee等其他同样使用该频段的无线技术的共存挑战。其设计初衷是取代设备间的连接线缆，如今已发展成为连接耳机、音箱、手机、电脑、穿戴设备乃至无数物联网节点的核心技术。

要理解蓝牙测试，首先需要了解其两大核心分支，它们分别针对不同的应用需求而设计：

（1） 经典蓝牙 ：为高速率与连续数据流设计。经典蓝牙的核心优势在于稳定的连接和较高的数据传输速率，非常适合需要持续带宽的应用。典型应用场景包括无线音频传输（如音乐、通话）、大文件共享、车载系统等。当使用无线耳机欣赏音乐时，体验的正是经典蓝牙的高质量音质和稳定连接。

（2） 低功耗蓝牙 ：为间歇性通信与极致功耗优化。低功耗蓝牙是专为物联网时代设计的协议，其哲学是“高效沟通，然后迅速休眠”。典型应用场景包括智能穿戴设备（手环、手表）、传感器（心率、温度）、智能家居配件（门锁、灯泡）等需运行数周甚至数年的设备。

总结而言，现代蓝牙设备往往是“多面手”，一块射频芯片通常同时支持经典蓝牙和低功耗蓝牙模式，以应对不同的应用场景。这种复杂性也使得对其射频性能的测试变得至关重要，确保其在各种模式下都能稳定高效地工作。

2. 蓝牙协议演进

蓝牙（Bluetooth, BT）自1998年由蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）提出以来，经历了多次标准演进。其发展过程大致可分为以下几个阶段：

• 1999~2001年提出 Bluetooth 1.0 ，主要用于替代有线RS-232，提供基本的点对点短距离数据传输。但速率仅为 721Kbps ，互操作性不足，应用场景受限。
• 2004年提出 Bluetooth 2.0 ，引入 增强数据速率（EDR） ，数据速率提升至 3 Mbps 。功耗和延迟得到改善，蓝牙耳机、键盘鼠标等逐渐普及。
• 2009年提出 Bluetooth 3.0 ，引入 高速（HS）模式 ，借助Wi-Fi实现高达24 Mbps的传输。但复杂性高，产业应用并不广泛。
• 2010年提出 Bluetooth 4.0 ，首次引入面向传感器、穿戴设备等低功耗场景的 低功耗蓝牙（BLE） ，提供亚毫秒级连接建立，电池寿命可延长至数月甚至数年。
• 2014年提出 Bluetooth 4.2 ，增强安全性，支持IPv6连接（6LoWPAN），为物联网应用奠定基础。
• 2016年提出 Bluetooth 5.0 ，引入2M PHY编码方式，将数据传输速率提高了一倍；引入LE Coded PHY编码方式，将覆盖距离提升4倍；此外，还增加了广播数据包的容量，为实现蓝牙定位服务奠定了基础。
• 2019~2020年提出 Bluetooth 5.1/5.2 ，引入 方向定位（AoA/AoD） ，实现亚米级室内定位；5.2中引入的LE Audio将重塑无线音频体验，支持多路音频流、广播音频等全新应用。
• 2021年提出 Bluetooth 5.3 ，优化功耗与信道调度，提升对IoT和可穿戴设备的支持。
• 2023年提出 Bluetooth 5.4 ，面向工业和大规模物联网，支持 周期性广播与大规模组网 。

蓝牙标准的演进不仅仅是速率和覆盖范围的提升，更是不断扩展应用场景：从早期的音频与输入设备，到如今的智能穿戴、汽车电子、工业物联网、定位导航等。

3. 蓝牙测试的意义

蓝牙射频测试绝非可有可无的环节，它是确保蓝牙设备在真实世界中可靠工作的基石，其重要性主要体现在以下几个方面：

（1） 合规性是产品上市的通行证 ，任何带有蓝牙标志的产品都必须通过蓝牙技术联盟的认证。需要明确的是， SIG的官方认证测试通常在指定的认证测试系统上完成，这些系统主要采用信令测试模式 ，以模拟最真实、最完整的连接场景来进行全面评估。而在进行产品的完整信令连接测试前，通常需要在研发和预生产阶段提前进行快速测试，例如对照蓝牙标准，快速验证发射机功率、频率容限、调制特性等关键指标是否在合格范围内；对影响性能的射频参数进行批量校准，确保设备性能一致且最优。

（2） 射频性能直接决定用户体验感 。例如发射功率、接收灵敏度等射频指标深刻影响着连接距离的远近、连接过程的稳定性、数据传输的功耗高低以及音频质量的好坏。一个射频性能不佳的设备，会出现音频断续、传输距离短、耗电快等问题，最终导致用户满意度下降。

（3） 产线测试中的核心目标是保证质量一致性 。通过严格的 射频测试与校准 ，可以确保生产线上下线的每一个产品都符合设计规格，避免因元器件差异或制造偏差导致性能参差不齐，从而保证产品质量并控制返修成本。

二、德思特非信令蓝牙射频测试方案

1. 信令测试与非信令测试的区别

为了应对不同阶段的测试需求，业界主要采用两种测试方法论：

（1） 信令测试 ：模拟了真实的蓝牙通信场景，测试仪器与待测设备会按照标准的蓝牙协议栈完整地进行“握手”、建立连接并交换数据。这种方法的优势在于测试全面，能够评估设备在真实工作状态下的整体表现，非常适用于研发阶段的深度调试和最终的产品认证。然而，其缺点是测试速度相对较慢，因为需要完成整个协议交互过程。

（2） 非信令测试 ：在这种模式下，测试仪器通过射频接口直接连接待测件，例如蓝牙芯片/模组，因此绕过了复杂的协议栈，让其进入一种“受控”状态，直接发射或接收预设的射频信号。这种方法避免了复杂的协议交互， 其最大优势在于测试速度快，通常能在秒级甚至毫秒级完成单项测试 。因此，非信令测试特别适合对效率有极致要求的生产环节，尤其是大规模的产线射频参数校准和最终产品的检验，可以极大提升生产效率并有效降低单台测试成本。

2. 德思特ALifecom ACTiV无线测试仪

德思特ALifecom ACTiV无线测试仪可提供包括蓝牙BDR、EDR、BLE以及BT 5.0在内的非信令射频测试支持并支持所有数据包类型，可聚焦于生产测试环节，具备为生产线提供高速度、高精度与高稳定性的射频验证与校准能力。

如下表所示，其测试项目涵盖了大多数射频核心性能关键指标，如输出功率、调制质量、频率偏移及接收灵敏度等；同时， 该测试设备拥有8个射频端口，可支持对8个待测设备的同时测试 。这种全面的测试支持，使用户能够使用同一平台验证多种蓝牙产品，降低了设备管理和测试的难度，可为蓝牙设备的大规模、高质量生产提供坚实可靠的测试保障。

3. 德思特蓝牙测试方案

下图所示为针对市售蓝牙模块进行测试的系统图以及测试过程中相应的上位机软件界面。

本次蓝牙测试的传输模式是EDR，数据包类型为3DH5。 由于德思特ALifecom ACTiV内置有两套VSG（矢量信号发生器）/VSA（矢量信号分析仪），因此可以任意切换工作模式 。

需要注意的是，为了避免环境中的干扰，本次测试通过射频线缆连接。而射频端口也可通过空口传输直接进行测试。例如，在射频端口处外接发射天线，设置需要发送的蓝牙信号参数（传输模式、数据包类型、发射功率等）后，使其通过发射天线向外广播，随后观测蓝牙待测件的信号接收情况。上述测试均属于非信令测试，无法模拟蓝牙信号完整接入协议栈的过程。

当前测试中，将ACTiV切换至VSA功能，蓝牙模组通过射频线缆连接到ACTiV射频端口，随后通过控制市售蓝牙模块使其发射相应蓝牙信号，再利用ACTiV的VSA功能对信号进行分析，其射频性能如下图上位机软件显示。可分析得到例如Average Power、DEVM、星座图、频率偏移等关键参数信息。

三、德思特ALifecom ACTiV无线测试仪

德思特ALifecom ACTiV是一款先进的一体化无线测试解决方案 ， 专为现代无线通信设备的全面评估需求而设计 。ACTiV支持多种最新无线通信标准，非常适用于需要确保产品质量、性能与可靠性的制造商。该系统具备精准量测、高吞吐率与直觉式操作界面，是大规模生产测试场景中的重要利器。

• 支持Wi-Fi 7/6/6E、蓝牙、Zigbee、LoRa、FSK与SUN-OFDM测试
• 支持多台DUT同时测试（最多可达 8 台）
• 高精度VSG / VSA
• 频率范围： 800MHz - 7.3GHz
• 信号带宽：最高至320MHz
• 调制方式: 支持最高至4096QAM
• 可提供定制化服务

审核编辑 黄宇