CN117394928B - 一种蓝牙带内杂散测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝牙带内杂散测试方法，涉及蓝牙杂散测试技术领域，方法包括：输入蓝牙信号，利用大带宽采样完整的时隙信号；统计时隙信号的功率特征，并分离获得有用信号和噪声信号；分别对有用信号和噪声信号进行处理；对有用信号结果和噪声信号结果进行相关性计算，结束测试。本发明记载的测试方法是采用大宽带进行测试，依次采集全部时隙内的数据信号，然后在后续数字信号处理部分来完成测试指标的实现，可以大大缩短测试时间。
Description
技术领域
本发明涉及蓝牙杂散测试技术领域，具体涉及一种蓝牙带内杂散测试方法。
背景技术
杂散是指有用频带以外的无用信号；带内杂散是指在蓝牙设备工作信道内，除了必要的通信信道之外，其他信道的输出功率必须降低至一定范围，而不能干扰其他设备信息传递。目前蓝牙杂散测试，一般都采用传统的扫频方式进行。即通过传统的测试仪器，比如综测仪或频谱仪等设备测量，设定固定的中频滤波器带宽，然后变换测量的频点，进行整个蓝牙工作频带的杂散信号测量。这样的测量方式，会使得速度受限于频谱仪切换频点以及切换完以后状态稳定的时间，同时测试点又是顺序进行，导致测试时间比较长。另外，在测试的过程中，测试仪器本身的噪声会叠加在测试结果中，尤其在原来有用信号的频率部分，测试仪器本身的噪声相比于设备产生的噪声可能幅度接近，测试结果极大的遭受了仪器本身性能的影响。因此，目前的测试方案测试速度慢，频谱仪的底噪声性能对测试结果有较大影响，降低了测试结果的准确性。
公开号为CN103051400A的中国专利公开了一种传感器网络节点带内杂散测试方法，该测试方法中的待测模块通过SMA接口与信号分析仪相连，待测模块通过RS232串口与PC机相连，信号分析仪通过GPIB/LAN接口与PC机相连。不仅实现了对传统的传感器网络节点带内杂散测试系统的优化，也同时大大降低了进行带内杂散测试所需要的时间，降低了测试系统的复杂度，节约了测试成本。但是无法证明对蓝牙带内杂散测试是否有同样的效果。
因此，利用蓝牙信号的特点，需要设计一种新型测试实现方法来实现蓝牙杂散的测试优化。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种蓝牙带内杂散测试方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种蓝牙带内杂散测试方法，包括以下步骤：
步骤S1：输入蓝牙信号，利用大带宽采样完整的时隙信号；其中，大带宽选择100Mbps的带宽。
步骤S2：统计时隙信号的功率特征，并分离获得有用信号和噪声信号；
步骤S3：分别对有用信号和噪声信号进行处理；
步骤S4：对处理后的有用信号结果和噪声信号结果进行相关性计算，结束测试。
基于上述技术方案，更进一步地，步骤S1中，采样过程为：将蓝牙信号输入到射频前端采样系统中，采样系统通过转换器采集完整的蓝牙时隙信号。
基于上述技术方案，更进一步地，采样时隙信号的过程中，采样率不小于200Msps，采样时间范围为625us-1ms，采样数据的总采样点数在100000-200000个IQ的数值范围内，其中，IQ为数字基带信号。
基于上述技术方案，更进一步地，步骤S2中，统计功率的过程为：设定功率阈值，超过功率阈值的为有用信号的功率，低于功率阈值的为噪声信号的功率，且有用信号的功率远高于噪声信号的幅度。其目的是为了区分并计算得到有用信号部分的功率和噪声信号部分的功率，然后用于后续的测量计算。
基于上述技术方案，更进一步地，步骤S2中，在统计有用信号功率和噪声信号功率过程中，有用信号和噪声信号之间存在的部分信号设为过度信号，该过度信号的功率范围为：设定功率阈值的±40%范围。而在计算有用信号功率和噪声信号功率中，都需要忽略这部分功率。其目的是为了区分并计算得到有用信号部分的功率和噪声信号部分的功率，然后用于后续的测量计算。
基于上述技术方案，更进一步地，步骤S2中，分离过程为：蓝牙一个时隙的长度固定为625us，根据协议规定选择有用信号的部分长度，未被选中的剩下部分功率即为测量设备本地噪声和热噪声的叠加功率，设定设备噪声和热噪声一致，从而分离出有用信号和噪声信号。
基于上述技术方案，更进一步地，步骤S3中，通过傅里叶变换对有用信号进行频域处理，统计整个工作频带2400MHz-2480MHz范围内的所有功率，并以1MHz和/或2MHz方式区分所有信道功率累加的结果。
基于上述技术方案，更进一步地，步骤S3中，通过傅里叶变换对有用信号进行频域处理，处理过程为：根据公式进行快速傅里叶变换，得到有用信号的频谱，再通过公式/>得到有用信号的功率谱，而后通过公式/>对功率谱索引的功率值进行累加求和得到不同信道内功率的累加结果，得到杂散测试指标；其中，k为频点的索引，F(k)为对应时域信号f(n)的频谱，N为快速傅里叶变换FFT的点数，Pi为频域上i(i=1,2,3......)点的功率，Pn为n信道下的功率即杂散测试指标，start为n信道下的频点开始索引，end为其结束索引。
基于上述技术方案，更进一步地，统计整个工作频带2400MHz-2480MHz范围内的所有功率，并以1MHz和/或2MHz方式区分所有信道功率累加结果。
基于上述技术方案，更进一步地，所述步骤S3，有用信号中含有噪声信号，对噪声信号进行滤除后，计算所有信道累加结果。
基于上述技术方案，更进一步地，步骤S3中，通过时域计算方法对噪声信号进行处理，通过公式，其中Pavg表示噪声的平均功率，i表示第i次采样，k表示噪声信号占据的采样点数，统计整个采样时间625us内的噪声功率，且噪声功率服从高斯分布，从而计算出噪声的平均功率Pavg，单位为W。
基于上述技术方案，更进一步地，步骤S4中，相关性计算的过程为：设定在测量设备的所有设置参数不变的情况下，测量设备的本地噪声和热噪声的功率在采样的一个周期内都是不变的，而在测试杂散的过程中，由于噪声信号是叠加在测试的有用信号的结果上，通过减去叠加的噪声功率，即，来修正杂散测试指标，后将步骤S3中有用信号中的噪声信号分离，与步骤S2中的噪声信号比较，如果比较的差值结果越小，说明噪声功率估计的越准，而杂散测试的精度也就越高。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明记载的测试方法是采用大宽带进行测试，依次采集全部时隙内的数据信号，然后在后续数字信号处理部分来完成测试指标的实现，可以大大缩短测试时间，且所有有用的测试数据，一次采集完成，而不是传统的需要经过几百次采集才获得结果。另外，在测试数据分析中，由于数据是包含完整的一个时隙，可以利用噪声相关的方法进行噪声抵消处理，得到更好的测试结果。
（2）本发明利用大宽带采样的方式来实现蓝牙信号测量，而传统测量中，蓝牙信号本身带宽较窄，无需大带宽采样，本方法采用大带宽方式采样蓝牙信号，实现完整带内杂散测量。大带宽的测试方式可以加快测试速度，传统的方式是通过小带宽的滤波器，往往是100KHz带宽测试一次，多次进行测试覆盖整个工作频段80MHz，那么最少需要测试800次，然后再将800次的结果做频域的积分后取得整个工作频段的杂散测试结果。大带宽的方式就无需采用多次采集方式，一次性将所有信号采集完成后在基带完成所有分析，使测试速度大大提升。
（3)本发明利用采集信号里面的噪声信号部分的特性，在计算测试结果时，利用求解的噪声信号相关性模型，抵消部分有用信号里面的噪声影响，获得准确率更高的测试结果。
附图说明
图1为本发明蓝牙带内杂散测试方法的流程图。
图2为本发明蓝牙带内杂散测试中分离有用信号和噪声信号的波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
实施例1
如图1所示，一种蓝牙带内杂散测试方法，包括以下步骤：
步骤S1：输入蓝牙信号，利用大带宽采样完整的时隙信号；其中，大带宽选择100Mbps的带宽。具体而言，采样过程为：将蓝牙信号输入到射频前端采样系统中，采样系统通过转换器采集完整的蓝牙时隙信号。采样时隙信号的过程中，采样率不小于200Msps，采样时间范围为625us-1ms，采样数据的总采样点数在100000-200000个IQ的数值范围内，其中，IQ为数字基带信号。
步骤S2：统计时隙信号的功率特征，并分离获得有用信号和噪声信号；具体而言，如图2所示，统计功率的过程为：设定功率阈值，超过功率阈值的为有用信号的功率，低于功率阈值的为噪声信号的功率，且有用信号的功率远高于噪声信号的幅度；其目的是为了区分并计算得到有用信号部分的功率和噪声信号部分的功率，然后用于后续的测量计算。其中，在统计有用信号功率和噪声信号功率过程中，有用信号和噪声信号之间存在的部分信号设为过度信号，该过度信号的功率选择设定功率阈值的±40%范围。而在计算有用信号功率和噪声信号功率中，都需要忽略这部分过度信号的功率；其目的也是为了区分并计算得到有用信号部分的功率和噪声信号部分的功率，然后用于后续的测量计算。
进一步的，统计方式采用时域的功率统计方法，根据每个采样点的I路和Q路电压信号，按照公式，其中i表示第i次采样，Pi代表第i个采样点的功率，单位为W，U代表电压，R代表电阻，而电压分为I路电压与Q路电压，单位为V，最后R代表电阻即为50Ω，而后可以计算出每个采样点功率的大小。根据蓝牙测试信号自身特点，由于蓝牙一个时隙的长度固定为625us，而根据协议规定，可以将有用信号部分的长度选择为380us，那么剩下部分的功率就是测量设备本地噪声和热噪声的叠加功率，考虑到测量设备在整个采集过程中设置不变，可以假设在整个625us中，设备本地噪声和热噪声是一致的，从而分离出有用信号和噪声信号。
步骤S3：分别对有用信号和噪声信号进行处理；而该步骤中的有用信号中实际上是含有噪声信号的成分的，处理时需要先将噪声信号功率滤除，而后计算信道功率累加结果。具体而言，通过傅里叶变换对有用信号进行频域处理，处理过程为：通过傅里叶变换对有用信号进行频域处理，处理过程为：根据公式进行快速傅里叶变换，得到有用信号的频谱，再通过公式/>得到有用信号的功率谱，而后通过公式/>对功率谱索引的功率值进行累加求和得到不同信道内功率的累加结果，得到杂散测试指标；其中，k为频点的索引，F(k)为对应时域信号f(n)的频谱，N为快速傅里叶变换FFT的点数，Pi为频域上i(i=1,2,3......)点的功率，Pn为n信道下的功率即杂散测试指标，start为n信道下的频点开始索引，end为其结束索引。由于蓝牙信号工作的频率范围是2400MHz到2480MHz，所以统计整个工作频带2400MHz-2480MHz范围内的所有功率，而需要测试杂散信号的范围也在这个范围内的，并以1MHz（蓝牙4.0）和/或2MHz（蓝牙5.0）方式区分所有信道功率累加的结果。所有信道的结果表明当测试的有用信号发射时，会在整个工作的频率范围内产生超标的杂散信号。而对噪声信号的处理是通过时域计算方法的，通过公式/>，其中Pavg表示噪声的平均功率，i表示第i次采样，k表示噪声信号占据的采样点数，统计整个采样时间625us内的噪声功率，且噪声功率服从高斯分布，从而计算出噪声的平均功率Pavg，单位为W。
步骤S4：对有用信号结果和噪声信号结果进行相关性计算，结束测试。具体而言，相关性计算的过程为：设定在测量设备的所有设置参数不变的情况下，测量设备的本地噪声和热噪声的功率在采样的一个周期内都是不变的，而在测试杂散的过程中，由于噪声信号是叠加在测试的杂散信号的结果上，通过减去叠加功率，即，以此来修正杂散测试指标，将有用信号中的噪声信号分离，与步骤S2中的原噪声信号比较，如果比较的差值结果越小，说明噪声功率估计的越准，而杂散测试的精度也就越高。
具体的，整个测试原理为：
工作在2.4GHz的无线蓝牙信号，通过同轴电缆输入导射频前段采样系统中，采样系统通过高速模拟数字转换器将一整个完整的蓝牙时隙信号采集下来，采样率大于等于200Msps，采样时间为625us，此时采样数据的总采样点数在合理的数值范围内，此时这个IQ的数据信号文件，包含完整的蓝牙时隙，信号是按照协议规定的标准蓝牙数据，包含了有用信号部分以及噪声信号部分。然后利用采集下来的信号，在基带数字信号IQ处理部分，分别统计功率以及功率变化的特征，将采集下来的信号在时域部分分解为不同的数据部分，一部分是有用信号，另外一部分是噪声信号。其中，针对有用信号部分，通过傅里叶变换方式，转换为频域处理，统计整个工作频带内的所有功率，并以1MHz和/或2MHz方式区分所有信道的结果。而针对噪声信号部分，通过时域计算、统计一定时间内的平均噪声功率，得出本次采样信号的噪声相关模型指标。在测量实现最后部分，对有用信号的结果和噪声信号的结果进行作差，降低噪声对测试结果的影响并进行相关性计算，评价杂散测试的精度。本方法是采用大宽带进行测试，依次采集全部时隙内的数据信号，然后在后续数字信号处理部分来完成测试指标的实现，可以大大缩短测试时间，且所有有用的测试数据，一次采集完成，而不是传统的需要经过几百次采集才获得结果。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种蓝牙带内杂散测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：输入蓝牙信号，利用大带宽采样完整的时隙信号；
步骤S2：统计时隙信号的功率特征，并分离获得有用信号和噪声信号；
其中，分离过程为：蓝牙一个时隙的长度固定为625us，根据协议规定选择有用信号的部分长度，未被选中的剩下部分功率即为测量设备本地噪声和热噪声的叠加功率，设定设备噪声和热噪声一致，从而分离出有用信号和噪声信号；
步骤S3：分别对有用信号和噪声信号进行处理；
其中，通过傅里叶变换对有用信号进行频域处理，处理过程为：根据公式进行快速傅里叶变换，得到有用信号的频谱，再通过公式得到有用信号的功率谱，而后通过公式/>对功率谱索引的功率值进行累加求和得到不同信道内功率的累加结果，得到杂散测试指标；其中，k为频点的索引，F(k)为对应时域信号f(n)的频谱，N为快速傅里叶变换FFT的点数，Pi为频域上i，i=1,2,3...；点的功率，Pn为n信道下的功率即杂散测试指标，start为n信道下的频点开始索引，end为结束索引；
通过时域计算方法对噪声信号进行处理，通过公式，其中Pavg表示噪声的平均功率，i表示第i次采样，k表示噪声信号占据的采样点数，统计整个采样时间625us内的噪声功率，且噪声功率服从高斯分布，从而计算出噪声的平均功率Pavg，单位为W；
步骤S4：对有用信号结果和噪声信号结果进行相关性计算，结束测试；
其中，相关性计算的过程为：设定在测量设备的所有设置参数不变的情况下，测量设备的本地噪声和热噪声的功率在采样的一个周期内都是不变的，而在测试杂散的过程中，由于噪声信号是叠加在测试的有用信号的结果上，通过减去叠加的噪声功率，即，来修正杂散测试指标，后将步骤S3中有用信号中的噪声信号分离，与步骤S2中的噪声信号比较，如果比较的差值结果越小，说明噪声功率估计的越准，而杂散测试的精度也就越高。
2.根据权利要求1所述的一种蓝牙带内杂散测试方法，其特征在于，步骤S1中，采样过程为：将蓝牙信号输入到射频前端采样系统中，采样系统通过转换器采集完整的蓝牙时隙信号。
3.根据权利要求2所述的一种蓝牙带内杂散测试方法，其特征在于，采样时隙信号的过程中，采样率不小于200Msps，采样时间范围为625us-1ms，采样数据的总采样点数在100000-200000个IQ的数值范围内，其中，IQ为数字基带信号。
4.根据权利要求1所述的一种蓝牙带内杂散测试方法，其特征在于，步骤S2中，统计功率的过程为：设定功率阈值，超过功率阈值的为有用信号的功率，低于功率阈值的为噪声信号的功率，且有用信号的功率远高于噪声信号的幅度。
5.根据权利要求1所述的一种蓝牙带内杂散测试方法，其特征在于，步骤S2中，在统计有用信号功率和噪声信号功率过程中，有用信号和噪声信号之间存在的部分信号设为过度信号，该过度信号的功率范围为：设定功率阈值的±40%范围。
6.根据权利要求1所述的一种蓝牙带内杂散测试方法，其特征在于，步骤S3中，统计整个工作频带2400MHz-2480MHz范围内的所有功率，并以1MHz和/或2MHz方式区分所有不同信道功率累加结果。
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