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Bluetooth

®

RF測定の基礎

Application Note

Bluetooth®無線技術は、無線パーソナル・エリア・ネットワーク（PAN）のためのオープンな仕様です。近距離の情報機器間で、無線接続による音声やデータ の交換を行います。Bluetoothにより、 相互にケーブルを接続する必要がなくなります。大部分の無線通信システムと異 なり、Bluetoothは、基地局やアクセ ス・ポイントなどのインフラを必要とせずに、デバイス間のアドホックなネットワーキングが可能になります。 Bluetoothは10世紀のデンマーク王「ハーラル青歯王」（King Harald Blatand）にちなんで命名されました。青歯王というとバイキングの征服と略奪のイメージがありますが、治世中にデンマークとノルウェイを統一した立派な王でした。この 王のように、現代のBluetoothは無線通 信リンクを使用して機器を統合します。 Bluetoothは、機器間のシームレスな相互接続を実現します。つまり、携帯情報端末（PDA）をPCの近くに持っていくだけで、PCとPDA間でファイルとデータベースを同期することができます。ワイヤレス・ヘットセットを使用すると、ハンズフリーで簡単に携帯電話を操作できるので運転中も安全です。無線接続により利便性が高まる情報機器分野の 成長を考えれば、Bluetoothの可能性は 無限であるといえます。このアプリケーション・ノートでは、EDR（Enhanced Data Rate）を含むBluetooth RF設計をテ ストし検証するための送信機および受信機の測定について説明します。テスト方法には、手動操作やカスタム・ソフトウェアによる制御から、ボタン1つで簡単に実行できる測定まで、さまざまな種類 があります。付録D「AgilentのBluetooth のためのソリューション」に、アジレン ト・テクノロジーの提供するBluetooth 測定ソリューションの一覧を示します。このアプリケーション・ノートは、RF 測定の基本的な知識があることを前提としています。RF測定の基本を習得する場合は、このアプリケーション・ノート の巻末にある付録C「Bluetoothの推奨文 献」を参照してください。

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はじめに . . . 1 1. Bluetoothの基本概念 . . . .3 1.1 Bluetooth無線ユニット . . . .4 1.2 Bluetoothのリンク制御ユニットとリンク管理 . . . .6 1.3 Bluetooth RFテスト・スイートの構成 . . . .8 2. 送信機測定 . . . .10 2.1 テスト条件とセットアップ . . . .10 2.2 パワー・テスト . . . .13 2.3 送信出力スペクトラム . . . .16 2.4 変調テスト . . . .18 2.5 タイミング・テスト . . . .23 3. トランシーバ測定 . . . .26 3.1 EDR帯域内スプリアス・エミッション . . . .26 4. 受信機測定 . . . .27 4.1 テスト条件とセットアップ . . . .27 4.2 感度：シングルスロット・パケット . . . .30 4.3 感度：マルチスロット・パケット . . . .31 4.4 EDR感度 . . . .31 4.5 EDR BERフロア性能 . . . .31 4.6 搬送波／干渉（C/I）性能 . . . . .32 4.7 EDR搬送波／干渉（C/I）性能 . .32 4.8 ブロッキング性能 . . . .33 4.9 相互変調性能 . . . .33 4.10 最大入力レベル . . . .33 4.11 EDR最大入力レベル . . . .33 5. 電源測定 . . . .34 付録A：用語集 . . . .35 付録B：記号と頭字語 . . . .36 付録C：Bluetoothの関連カタログ . . . .37 付録D：AgilentのBluetoothのためのソリューション . . . .38 付録E：参考文献 . . . .39

Bluetooth無線ブロック図には、さまざまな種類が使用されています。送信には、 VCO（電圧制御発振器）直接変調から最終RFでのIQ変調まであります。受信機では、従来の周波数ディスクリミネータやA/D変換と組み合わせたIQダウンコンバートがあります。 Bluetoothの仕様を満たすオプションは多くあり、正確に動作しない場合の特性 がそれぞれ異なります。Bluetoothシス テムは、無線ユニット、ベースバンド・リンク制御ユニット、リンク管理ソフトウェアで構成されます。さらに、相互運用性の機能を司る上位レベルのソフトウェア・ユーティリティも含まれます。図 1は、周波数ホッピング・システムのブロック図で、ベースバンド・コントローラとRF送信機および受信機セクションを示しています。 EDRはBluetooth 1.2規格を拡張したもの で、Bluetooth 2.0仕様に記述されていま す。初期のBluetooth規格との下位互換 性を維持しつつ、PSK変調方式を使用して2または3 Mb/sのデータ・レートを実現しています。帯域幅の拡大により、同一コネクションで複数のデバイスを使用できる可能性が高くなります。EDRはデューティ・サイクルが短く、標準的な Bluetoothリンクよりも消費電力が少なくなっています。 Bluetoothの最も基本的な形態は、無線通信のためのグローバルな仕様として定義されています。ケーブルの代わりとなるものを意図しているので、低コスト、わかりやすい操作、信頼性が高いことが求められます。これらの要件を満たすに は多くの障害がありますが、Bluetooth はさまざまな方法を駆使してそれに対処しています。無線ユニットには周波数ホッピング・スペクトラム拡散（FHSS）が用いられており、低消費電力、低コストはもちろん、工業、科学、医療（ISM）用の無線帯域を使用するため、無秩序で干渉の多いRF環境でも誤りなく動作する信頼性が重視された設計になっています。

1. Bluetoothの基本概念

図1. Bluetoothシステムのブロック図 RF ベースバンド送信機受信機コントロール／プロセッサ周波数ホッピング・コントロールホストへ RF フィルタスイッチ・ドライババースト変調器直交変調器直交復調器 IF フィルタローパス・フィルタしきい値検出器およびクロック・リカバリ 16ビット・マイクロプロセッサ DSP ベースバンド・プロセッサ（バースト・モード・コントロール）クロック RAM フラッシュ ROM 入出力 DAC

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Bluetoothチャネルは、それぞれ1MHzの帯域をもちます。周波数ホッピングは79 チャネルに渡って行われます。図2に、地域ごとの周波数ホッピング・チャネルを示しています。 標準的なBluetoothシステムの変調方式 はGFSK（ガウシアン周波数シフト・キーイング）で、全体のエア・データ・レートは1 Mb/sです。このデジタル変調フォーマットでは、変調された搬送波が “1”と“0”を表す2つの周波数の間でシフトします。このため、GFSKでのシンボル1個あたりのデータ・ビット数は1です。図3はGFSK変調の例で、2つの離散周波数を表しています。GSMなどの他の周波数変調方式と異なり、この変調方式では振幅と位相は大きな意味を持ちません。

1.1 Bluetooth無線ユニット

Bluetooth無線ユニットは、図1のブロック図で送信機および受信機として示されているセクションです。送信機は、ベースバンド情報を、周波数変調された搬送波にアップコンバートする役割を果たします。周波数ホッピングとバースト化はこのレベルで行われます。受信機はその逆に、RF信号のダウンコンバートと復調 を行います。表1にBluetoothの主なRF 特性を示します。表1. Bluetoothの主なRF特性特性仕様注記搬送波周波数1 _{2400∼2483.5MHz（ISM無線帯域）} _{f＝2402＋kMHz, k＝0, 1, 2...,78} 変調標準的な0.5 BTガウシアン・フィルタ付き2FSK（1 Mシンボル/s）デジタルFM方式変調指数：0.28∼0.35（公称値0.32）許容ピーク周波数偏移175kHz 0.25 BT π/4-DQPSK（2 Mシンボル/s、FM方式） 0.125 BT 8DPSK（3 Mシンボル/s、FM方式）ホッピング 1600ホップス/s（通常動作時）2 _{チャネル・ホッピング・シーケンスは、各周波数が定期的に、} 1MHzチャネル間隔ほぼ同じ確率で現れるように設計されている。このシステムに 1）ページ・ホッピング・シーケンスは５種類のホッピング・シーケンスがあります。周期は23時間 2）ページ応答シーケンス 18分。 3）問合せシーケンス 4）問合せ応答シーケンス 5）チャネル・ホッピング・シーケンス最初の4つは制限付きホッピング・シーケンスで、接続設定時に使用。通常のチャネル・ホッピング・シーケンスは、マスタ・クロック値とデバイス・アドレスに基づく疑似ランダム・シーケンス。送信パワーパワー・クラス1：1 mW（0 dBm）∼100 mW（20 dBm）クラス1パワー制御：＋4 to＋20 dBm（必須）パワー・クラス2： −30∼0 dBm（オプション） 0.25 mW（−6 dBm）∼2.5mW（＋4 dBm）クラス2パワー制御：パワー・クラス3： −30∼0 dBm（オプション） 1 mW（0 dBm）最大パワークラス3パワー制御： −30∼0 dBm（オプション）動作範囲 10 cm∼10 m（パワー・クラス1は100 mまで）干渉の量によってレンジが変化します。最大データスループット非同期チャネルは、最大721 kbps（戻り方向57.6 kb/sをデータ・スループットが1 Mシンボル/sのレートよりも低い許容）の非対称リンクまたは、432.6kbpsの対称リンクをのは、プロトコル固有のオーバヘッドのため。サポートします。EDR 3 Mb/sの実際のデータ・スループットは 2.1 Mb/sです。 1.Bluetooth仕様には、フランスなどの国の規制に準拠するための特殊な周波数ホッピング・パターンが含まれます。フランス用周波数レンジは、2.4454∼2.4835 GHzで、対応するRFチャネルは、f＝2454＋kMHz, k＝0,...,22です。 2. ホップ速度はパケット長に応じて変化します。

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て情報を伝送します。図4はπ/4-DQPSK 変調の位相ダイアグラムです。各ポイントが2ビットのデータを表わします。 3 Mb/sの変調でも原理が同じ波形の位相シフトを使用しますが、主な違いは各変化が3ビットの情報を含むことです。 Bluetooth規格を拡張したEDRは、より高速なレートでデータを伝送するために異なる変調方式を採用しています。EDR には 2 Mb/sの π /4-DQPSKと全体のエア・データ伝送レートが3 Mb/sの8DPSK の、2種類の変調方式があります。π/4-DQPSKでは波形の位相の変化を利用し図2.Bluetooth周波数帯域とチャネル割り当て 2446.5 MHz 2400 MHz 2402 MHz 2454 MHz 2476 MHz 2480 MHz 2483.5 MHz 1MHz周波数ラスタフランスの規制帯域米国、欧州、およびその他大部分の国の規制帯域（フランスを除く）図3. 2FSK変調 2FSK 振幅対時間図4. Agilent 89600での、2 Mb/sデータのπ/4 DQPSK変調の表示

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リンク管理ソフトウェアはリンク制御ユニットと協調動作します。デバイスはリンク・マネージャを経由して相互接続されます。表2は、リンク制御／管理機能の概要です。リンク管理は、EDRの場合も同じです。

1.2 Bluetoothのリンク制御

ユニットとリンク管理

Bluetoothリンク制御ユニットはリンク・コントローラとも呼ばれ、デバイスのステートを決定するとともに、ネットワーク接続の確立、パワー効率、エラー訂正、暗号化の役割があります。表2. リンク制御および管理機能の概要機能説明注記ネットワーク接続マスタ側のリンク・コントローラが接続手順を開始し、スレーブ側のパワー・セーブ・モードを設定。リンク・タイプリンク・タイプは以下の2つ： Bluetoothでは、非同期データ・チャネル、最大3個の同期

•

同期コネクション型（SCO）。主に音声用。音声チャネルの同時使用、非同期データと同期音声を同時に

•

非同期コネクションレス型（ACL）。主にパケット・データ用。伝送するチャネルをサポート。時分割デュプレックスによる全2重動作。パケット・タイプ標準レート 1/3/5のサフィックスは以下の番号に対応します： NULL、POLL、FHS：システムパケット DH1-366 3s DH3-1622 3s DM1、DM3、DM5：中速度、データ・バーストにより DH5-2870 3s 占有されたタイム・スロットのエラー保護されたデータ・パケット DH1、DH3、DH5：高速度、保護されていないデータ・パケット HV1、HV2、HV3：デジタイズされたオーディオ、3 レベルのエラー保護、公称バースト長、DVミックスド・データ／音声、同期または非同期 AUX1：その他の用途 2 Mb/sパケット 2-EV3、2-EV5：標準レート・パケットと同じですが、 π/4-DQPSKで変調されます。 2-DH1、2-DH3、2-DH5：標準レート・パケットと同じですが、 π/4-DQPSKで変調されます。 3 Mb/sパケット 3-EV3、3-EV5：標準レート・パケットと同じですが、 8DQPSKで変調されます。 3-DH1、3-DH3、3-DH5：標準レート・パケットと同じですが、 8DQPSKで変調されます。エラー訂正 3種類のエラー訂正方式：エラー訂正はリンク・マネージャが提供。

•

1/3レート・フォワード・エラー訂正（FEC）コード

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2/3レートFECコード

•

データ用自動再送要求（ARQ）方式認証チャレンジ−レスポンス・アルゴリズム。認証はリンク・マネージャが提供。認証は、不使用、単方向、双方向が可能。暗号化秘密鍵長が可変のストリーム暗号。テスト・モードデバイスをテスト・ループバック・モードに設定して、周波数設定、パワー制御、パケット・タイプなどのテスト・パラメータの制御が可能。

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きます。このようなピコネットのネットワークをスキャッタネットと呼びます。図 5は、2つのピコネットから構成されるスキャッタネットを示します。どちらのピコネットにも属しないユニットは、スタンバイ・モードになっています。 Bluetoothの伝送はタイムスロットに分割されていて、各スロットが1つのRFホップ周波数に対応します。この時分割デュプレックス（TDD）方式では、マスタは偶数番号のタイムスロットで、スレーブは奇数番号のタイムスロットで送信します。ピコネット内部の音声やデータのビットは、パケットで伝送されます。マスタまたはスレーブが送信するパケット長は、1タイムスロット、3タイムスロット、 5タイムスロットのいずれかです。図6の 標準的なBluetooth伝送パケットは、ア クセス・コード、ヘッダ、ペイロードから構成されます。アクセス・コードは、プリアンブル、同期ワード、オプションのトレーラから構成されます。ヘッダにはピコネット・アドレスとパケット情報が含まれます。ペイロードにはユーザの音声／データ情報が格納されます。パケット構造の詳細については、Specifica-tion of the Bluetooth System[参考文献2]のPart B “Baseband Specification”を参照してください。 Bluetooth無線機は、マスタ・ユニットとスレーブ・ユニットのどちらかとして動作します。リンク・マネージャが、マスタ・ユニットとスレーブ・ユニットとの間の接続を確立し、スレーブのパワー・セーブ・モードを決定します。マスタは最大7台のスレーブと同時にアクティブに通信でき、そのほかに200台以上のスレーブを登録して、通信を行わないパワーセーブ・モードで待機させることができます。この制御エリアはピコネットと定義されています。あるピコネットのマスタは、別のピコネットのマスタに対するスレーブにもなれます。同様に、異なるピコネットに属する複数のマスタから1台のスレーブを制御することもで図5. ネットワーク・トポロジー sb sb S S S S S M ps ps M S M − マスタ・ユニット S − スレーブ・ユニット ps − パワーセーブ・モードのスレーブ・ユニット sb − スタンバイ・モードのユニット図6. アクセス・コード／ヘッダを含む標準的なBluetoothのパケット・フォーマット 54ビット 72ビット 4ビット 64ビット 4ビット 0∼2745ビット 3ビット LSB LSB LSB MSB MSB

AM_ADDR Type Flow ARQN SEQN HEC トレーラプリアンブルアクセス・コードヘッダペイロード（CRCを含む）同期ワード（3Dアドレスを含む） 8ビット 1ビット 1ビット 1ビット 4ビット

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E D R 伝送のパケットは標準的な Bluetoothパケットと少し異なります。 BluetoothEDRパケットを図7に示します。EDRはデータ伝送に使用され、アクセス・コードとヘッダのあるパケットの 最初の部分は、標準的な B l u e t o o t h GFSK変調を使用して伝送されます。ガードバンドの後で、デバイスの使用するデータ・レートに合わせて変調方式がπ /4-DQPSKまたは8DPSKのいずれかに変化します。同期、メイン・データ・ペイロードおよび最後のトレーラ部分はすべて、より高速なデータ・レートの変調方式を使って伝送されます。

1.3 Bluetooth RFテスト・

スイートの構成

Bluetooth無線は、Bluetoothプロトコ ル・スタックのレイヤ1です。図8に、さ まざまな基本レイヤから成るBluetooth プロトコル・スタック構成を示します。図7. EDR Bluetoothのパケット・フォーマット MSB トレーラ DPSK EDRペイロード同期 GFSK ガードバンドヘッダ LSB アクセス・コード図8. Bluetoothプロトコル・スタック（基本レイヤ）上位レイヤ

L2CAP

HCIドライバホスト・コントローラリンク・マネージャリンク・コントローラ（ベースバンド）無線オーディオホスト・コントローラ・インタフェース

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BluetoothSpecial Interest Group（SIG）か ら"Bluetooth RF Test Suite Structure"とい うタイトルのリストが提示され、 Bluetooth無線レイヤを認証するために実行するテストが定義されました。表3 に、テストの一覧と、テストの目的を表す識別子を示します。このアプリケーション・ノートの以降のセクションでは、これらの種々のテストと各テストの実行方法について説明します。初期条件、テスト手順、テスト条件、予測結果の詳細情報については、 BluetoothTest Specification - RF [参考文献1]を参照してください。この文書は、 BluetoothSIGによって規定され、最終的な方針となります。1 表3. Bluetooth RFテスト・スイートの構成 Bluetooth RFレイヤの認証テスト用テスト・ケース識別子1 送信機テスト出力パワー TRM/CA/01/C パワー密度 TRM/CA/02/C パワー制御 TRM/CA/03/C TX出力スペクトラム：周波数レンジ TRM/CA/04/C TX出力スペクトラム：−20 dB帯域幅 TRM/CA/05/C TX出力スペクトラム：隣接チャネル漏洩電力 TRM/CA/06/C 変調特性 TRM/CA/07/C 初期搬送波周波数の許容値 TRM/CA/08/C 搬送波周波数ドリフト TRM/CA/09/C 受信機テスト感度／シングルスロット・パケット RCV/CA/01/C 感度／マルチスロット・パケット RCV/CA/02/C C/I性能 RCV/CA/03/C ブロッキング性能 RCV/CA/04/C 相互変調性能 RCV/CA/05/C 最大入力レベル RCV/CA/06/C Bluetooth EDR RFテスト・スイート・ストラクチャ送信機テスト EDR相対送信パワー TRM/CA/10/C EDR搬送波周波数の安定度／変調精度 TRM/CA/11/C EDR差動位相エンコード TRM/CA/12/C EDR帯域内スプリアス・エミッション TRM/CA/13/C 受信機テスト EDR感度 RCV/CA/07/C

EDR BERフロア感度 RCV/CA/08/C

EDR C/I性能 TP/RCV/CA/09/C

EDR最大入力レベル RCV/CA/10/C 1_{注記：識別子のフォーマットは（テスト名）/CA/NN/C} TRM＝送信機テスト TRC＝トランシーバ・テスト RCV＝受信機テスト CA＝機能テスト（テスト・タイプを定義） NN＝テスト目的番号 C＝専用Bluetoothテスト・システムで実行される適合テスト（範囲を定義） 1. このノートの作成時点で、この文書のリビジョンは2.0.E.3（Test specification RF Specification 2.0 - March 21, 2005）です。これ以降は、Bluetooth SIG Webサイトの“TEST SPECIFICATION

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このセクションでは、Bluetooth送信機 テストとテスト方法のフレームワークを 説明します。ここでは、Bluetoothコン ポーネントおよびシステムに対して実行可能な測定について説明します。また、例とサポート情報も提供します。

2.1 テスト条件とセットアップ

2.1.1 テスト条件表4に、送信機テストを実行するために必要な条件をまとめた一覧を示します。

2. 送信機測定

表4. 送信機テスト条件周波数テスト・パケット・ペイロード・測定帯域幅ホッピングモードタイプデータ出力パワー（TRM/CA/01/C）オンループバック1 _DH52 _{PRBS 9} _{3MHz RBW} 3MHz VBW パワー密度（TRM/CA/02/C）オンループバック1 _DH52 _{PRBS 9} _{100kHz RBW} 100kHz VBW パワー制御（TRM/CA/03/C）オフループバック1 _DH1 _{PRBS 9} _{3MHz RBW} 3MHz VBW TX出力スペクトラム：周波数レンジ（TRM/CA/04/C）オフループバック1 _{DH5またはDM5}2 _{PRBS 9} _{100kHz RBW} 300kHz VBW TX出力スペクトラム：−20dB帯域幅（TRM/CA/05/C）オフループバック1 _{DH5またはDM5}2 _{PRBS 9} _{10kHz RBW} 30kHz VBW TX出力スペクトラム：隣接チャネル漏洩電力（TRM/CA/06/C）オフループバック DH1 PRBS 9 100kHz RBW 300kHz VBW 変調特性（TRM/CA/07/C）オフループバック1 _{DH5またはDM5}2 _11110000 _― 10101010 初期搬送波周波数の許容値（TRM/CA/08/C）オフループバック1 _DH1 _{PRBS 9} _― 搬送波周波数ドリフト（TRM/CA/09/C）オンループバック1 _DH1 _10101010 _― オフ DH3 DH52 EDR送信機テスト条件 EDR相対送信パワー（TRM/CA/10/C）オフループバック1 _{2-DHxまたは2-Evx} _{PRBS 9} _{3 MHz RBW} 3-DHxまたは3-Evx2,3 _{3 MHz VBW} EDR搬送波周波数の安定度／変調精度（TRM/CA/11/C）オフループバック1 _{2-DH5または3-DH5}2,3 _{PRBS 9} _― EDR差動位相エンコード（TRM/CA/12/C）オフ Tx 2-DH1または2-EV3 PRBS 9 ― 3-DH1または3-EV32,3 EDR帯域内スプリアス・エミッション（TRM/CA/13/C）オフループバック 2-DHxまたは2-Evx PRBS 9 100 kHz RBW 3-DHxまたは3-Evx2,3 _{300 kHz VBW} 1. ループバックを使用できない場合は、TX（送信モード）を使用できます。 2. パケットがサポートされていない場合は、サポートされている最大パケット（サポートされている最大のペイロード長）を使用してください。 3. 使用するパケットは、プレフィックスが2のπ/4 DQPSKまたはプレフィックスが3の8DPSKの変調方式をテストするかにより異なります。

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テスト・モード Bluetoothデバイスは、次に示すさまざまなモードで実行可能です。

•

ノーマル・モード

•

送信機（Tx）テスト・モード

•

ループバック・テスト・モードノーマル・モードは、標準的な Bluetooth通信に使用されます。たとえば、テスタがマスタとして動作し、 Bluetoothデバイスがスレーブとして動作する場合、ノーマル・モードでテスタがPOLLパケットを送信すると、デバイスはNULLパケットを送り返すことによってPOLLパケットの受信を確認します。 POLLパケットとNULLパケットの説明 は、 Specification of the Bluetooth System[参考文献2]のPartB：Baseband Specificationを参照してください。 テスト・モードでは、Bluetoothデバイ スが特別な状態で動作します。ループバック・テスト・モードの場合、 Bluetoothデバイス（スレーブ）は、テスタ（マスタ）から送信されたパケットをデコードして、同じパケット・タイプでペイロードを送り返すことが要求されます。一方、送信機テスト・モードでは、 Bluetoothデバイスに要求されるのは、テスタ（マスタ）から送信されたPOLLパケットの特定の指示に従ってパケット・タイプを送信することのみです。図9に、ループバックおよび送信機テスト・モードについて説明します。デバイスの送信および受信性能のテスト を容易に行うには、Bluetoothデバイス にテスト・モードを実装する必要があります。デバイスをテスト・モードに設定することによって、周波数選択、TX周波数、パケット・タイプとパケット長、ビット・パターン、ポーリング周期、パワーレベルなど、さまざまな送信および受信パラメータを制御できます。注記：テスタ（マスタ）からデバイス（スレーブ）をテスト・モードに設定できるようにするには、テスト・モードへの移行をデバイスに準備させるための特殊なコマンド（LMPコマンド）をホスト・デバイスから送信する必要があります。これが、以降のセクションで説明する種々のセットアップにDUTコントローラが含まれる理由の1つです。この制御は、RF 接続で送信されるプロトコルまたはデバイスの直接デジタル制御のいずれかによって実現されます。テスト・モードおよびそのアクティブ化の詳細については、 Specification of the Bluetooth System[参考 文献2]の258ページの"Test Mode"を参照してください。ペイロード・データテスト・ケースに応じて、3種類の異なるペイロード・データが必要です。 PRBS9、10101010、11110000の3つです。これらのパターンはそれぞれ異なるストレス機構を持っており、測定に合わせて選択されます。PRBS9は周期29_−1の疑似ランダム・ビット・シーケンスで、ライブ・トラヒックをシミュレートすることを目的としており、実際の信号に近いスペクトル分布を持つ変調信号を生成します。10101010のパターンは、変調フィルタ用の追加テストに用いられます。このパターンは送信機出力のスペクトル形状を変化させます。11110000のパターンは、ガウシアン・フィルタのチェックに用いられます。4個の1と4個の0が続いた後、出力は完全なセトリング状態に達するはずです。また、さまざまなパターンを使用することによって、IQ変調方式での問題を特定することができます。理想的なガウシアン・フィルタでは、 1 0 1 0 1 0 1 0 信号のピーク周波数偏移と 11110000信号のピーク周波数偏移間の比 が88％になります。Bluetooth無線仕様 では、80％より高い値が必要です。周波数ホッピング Bluetooth信号はTDDバーストのシーケンスなので、適切にトリガする必要があります。信号を捕捉できるように、エンベロープの立上がりエッジでトリガしま す。Bluetoothシステムは周波数ホッピ ングを使用するため、信号解析が複雑に なります。Bluetoothデバイスの機能を テストするにはホッピングが必要ですが、パラメトリック・テストの場合は必須ではありません。変数の数を減らし、個々の性能特性を明確にするため、いくつかのテストではホッピングがオフにされます。また、送受信チャネルをバンド端に設定し、被試験デバイス（DUT）の VCOで周波数を切り替える方法もあります。どちらの方法もテスト要件を満たす ように調整されており、Bluetooth Test Specificationに記述されています。図9. ループバックおよび送信機テスト・モードバースト長テスト・パケットマスタTX スレーブTX マスタTX スレーブTX マスタTX スレーブTX ポール送信機テスト・モードバースト長テスト・パケット時間ポールペイロード ARQN マスタTX スレーブTX ループバック・テスト・モード時間 TXパケット RXパケットペイロード ARQN マスタTX スレーブTX TXパケット RXパケットペイロード ARQN マスタTX スレーブTX TXパケット RXパケット

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のセットアップと異なり、デバイスとテ スト機器との間でBluetooth通信が確立 されていないため、テスト機器からDUT 動作を制御できません。このセットアップの場合、特別な内部テスト機能ユーティリティをデバイスに実装する必要があります。ユーティリティには、デバイスに受信パケットを送信させる機能が必要です。この機能によって、デジタル信号 発生器からのBluetooth信号をデバイス の受信機に送信し、解析するために送信機経由でループバックすることができるようになります。セットアップ2の場合、ユーティリティに必要になるのは、 Bluetooth送信機のテスト条件（表4）を適切に実行するために、送信タイプ（周波数ホッピングのオン／オフ、複数のパケット・タイプなど）を制御する機能です。この機能は、N4010Aに搭載されていますが、PCと接続してソフトウェアでデバイスを制御することにより実現することもできます。これら2種類のセットアップでは、スペクトラム・アナライザやベクトル・シグナル・アナライザなどのシグナル・アナライザを使用する必要があります。また、信号発生器に加えて、パワー・メータ、電源、オシロスコープ、ネットワーク・アナライザなどの機器が必要になる場合があります。 2.1.2 テスト・セットアップ Bluetooth送信機テストに使用するセッ トアップは、テスト対象がBluetoothデ バイスのフル機能か、RF送信機のみか、または送信機のRFコンポーネントのみかによって異なります。フル機能の Bluetoothデバイスの送信性能をテストする場合は、 Agilent N4010Aなどの Bluetoothテスト・セットを使用する方法があります。テスト・セットとDUTによって、テスタがマスタとして、DUTがスレーブとして動作するピコネットが形成されます。テスト・セットは、標準 Bluetoothプロトコルにより、デバイスとのリンク（ページング接続）をノーマル・モードまたはテスト・モードで確立します。テスト・モードでデバイスと接続すると、テスト・セットからDUTの動作を完全に制御できます。たとえば、テスト・セットから、デバイスをループバック・モードまたはTXモードに設定したり、周波数ホッピングをオフにしたり、 BluetoothTest Specificationに規定された特定の周波数でデバイスに送信させたりすることが可能です。

図10に、Agilent N4010A Bluetoothテス ト・セットを使用した基本的なセットアップを示します。その他の 3 種類の送信機測定セットアップについては、図11に示します。セッ トアップ1は、フル機能Bluetoothモジュ ールの送信スペクトラム性能をテストするセットアップ例で、セットアップ2は、 BluetoothDUTの幅広い性能のテストに使用されます。セットアップ1は、図10

図10. フル機能のBluetoothデバイスの送信機性能をテストするセットアップ例。Agilent N4010A Bluetooth テスト・セットがマスタとして動作し、Bluetooth DUTがスレーブとして動作します。 DUT コントローラ BluetoothDUT 図11. 2つの異なる送信機測定のセットアップ例 ESA-E スペクトラム・アナライザ Bluetooth DUT DUT コントローラパワー・スプリッタ Bluetooth DUT N4010A ESA-E スペクトラム・アナライザセットアップ1：DUTコントローラで制御可能なフル機能Bluetoothデバイスの送信機性能テストのセットアップセットアップ2：Bluetooth送信機性能テストのセットアップ

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Bluetoothデバイスと測定機器を直接ケーブルで接続できない場合は、アンテナなどの適切なカップリング・デバイスが必要になります。この場合、アンテナ間の経路損失を計算する必要があります。これは、ネットワーク・アナライザによって評価できます。またAgilent N4017A ソフトウェアで計算することにより、経路損失を補正できます。3種類の異なる周波数バンドでデバイスをテストする場合は、表5のループバック・テストおよび送信テストで使用する周波数を参照してください。表6は受信テストの場合です。表7はTxモードでの設定です。この設定ではホッピングをオフにします。

2.2 パワー・テスト

RF送信機パワー測定には、出力パワー（バースト時の平均パワーおよび最大ピーク・パワー）、パワー密度、パワー制御およびEDR相対送信パワーがあります。パワー・レベルは、デジタル通信システムにおいて重要なパラメータです。これらのテストによって、パワー・レベルがリンクを確保するのに十分大きく、また、 ISMバンド内の干渉を最小限に抑え、バッテリ寿命をできるだけ延長するように小さくなっていることを確認できます。 2.2.1 出力パワー出力パワー測定は、タイム・ドメインで 行われます。Bluetooth信号は、TDDバ ーストのシーケンスであるため、適切にトリガをかける必要があります。信号を捕捉するには、エンベロープの立上がりエッジでトリガを実行します。 図12に、標準的なBluetooth信号バース トのパワーおよびタイミング特性をタイム・ドメインで示したものです。表5. ループバック・モードで送信する場合の周波数設定低い動作周波数中間の動作周波数高い動作周波数

DUT fTX DUT fRX DUT fTX

DUT fRX DUT fTX DUT fRX

2402 MHz 2480 MHz 2441 MHz

2402 MHz 2480 MHz 2402 MHz

表 6. ループバック・モードで受信する場合の周波数設定

低い動作周波数中間の動作周波数高い動作周波数

DUT f_TX DUT f_RX DUT f_TX

DUT f_RX DUT f_TX DUT f_RX

2480 MHz 2402 MHz 2402 MHz

2441 MHz 2402 MHz 2480 MHz

表 7. Txモードでの周波数設定

低い動作周波数中間の動作周波数高い動作周波数

DUT fTX DUT fTX DUT fTX

2402 MHz 2441 MHz 2480 MHz 図12. タイム・ドメインのパワー／タイミング解析 90％振幅ポイント 3dB 振幅ポイント 10％振幅ポイント立上がり時間立下がり時間バースト幅平均パワー、P （バースト時）オーバシュートピーク・パワー、P

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平均パワーおよびピーク・パワーの測定 は、Bluetoothテスト・セット、パワー・ メータ、スペクトラム・アナライザ、またはベクトル・シグナル・アナライザのいずれかで実行できます。いずれのテスタでも、バースト時の最大パワー値が記録され、バースト持続時間の20∼80％の平均パワーが計算されます。図 1 3 は、 N 4 0 1 0 A テスト・セットと N4017Aグラフィック測定アプリケーション（GMA）を使用して実行した出力パワー測定の結果です。掃引型スペクトラム・アナライザを使用して、スパンを0に設定すると、信号のエンベロープをタイム・ドメインで表示できます。外部トリガを使うと、バースト・モード信号を捕捉することもできます。表示される周期の数は、掃引時間で制御されます。ピーク・ディテクタ・モードを使用すると、トレースを最大値ホールドに設定可能で、ピーク・サーチ機能を使用すると、ピーク・パワー・レベルを測定できます。また、バーストの平均パワーもトレース・データの解析により求められます。テストは、すべての周波数チャネルで繰り返されます。図14に、掃引型スペクトラム・アナライザの平均パワーおよびピーク・パワー測定画面を示します。図13. N4010Aで記録した出力パワー測定結果を表示するN4017Aソフトウェア画面（デバイス・セットアップ：テスト・モード、周波数ホッピングがオン、DH1パケット、最大ペイロード長、ペイロード：PRBS9）図14. Bluetoothパーソナリティによるピーク・パワーおよび平均パワー測定を表示する Agilent ESA-Eシリーズ・スペクトラム・アナライザ画面（デバイス・セットアップ：CF＝ 2.441 GHz、掃引時間680 3s、IF ch3でトリガ）

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測定の次の段階では、アナライザをタイム・ドメインに変更して、1分間のシングル掃引を実行します。パワー密度はトレースの平均として計算されます。この計算は、トレース・データを解析して結果を平均することにより、スペクトラム・アナライザで実行できます。ベクトル・シグナル・アナライザには、トレースの平均パワーを求めるユーティリティが用意されています。ベクトル・シグナル・アナライザにはトリガ遅延機能があり、トリガ・ポイント以前のバーストを表示できます。さらに、ベクトル・シグナル・アナライザには、平均パワーを自動的に求める平均パワー測定機能もあります。図15に、ベクトル・シグナル・アナライザの平均パワー測定画面を示します。掃引時間とトリガ遅延を調整することにより、立上がりエッジと立下がりエッジを避けて、バーストの平均パワーを測定できます。パワー・メータを使用すると、同様の出力パワー測定を低コストで実行できます。Agilentパワー・メータには、あらか じめ定義されたBluetoothセットアップ が不揮発性メモリに記録されており、ゲート・セットアップおよび制御機能によ って、Bluetooth信号を詳しく解析でき ます。注記：出力パワーの結果は、EIRP（等価等方放射電力）で表示されます。EIRPはシステムの放射電力の指標であるため、送信機、ケーブル損失、およびアンテナ利得が含まれます。ポート間の直接接続によってテストを行う場合は、アンテナ利得をすべての測定結果に追加して、システム全体でパワー出力仕様が超過しないことを確認する必要があります。 2.2.2 パワー密度パワー密度測定では、100kHz帯域幅でのピーク・パワー密度を求めます。最初にシグナル・アナライザで周波数ドメイ ンの測定を行います、Bluetooth周波数 帯域の中央に中心周波数をおき、帯域全体を表示するのに十分なスパンを使用します。分解能帯域幅は100kHzに設定します。最大値ホールド／ピーク検出モードにして、1分間のシングル掃引を実行します。トレースのピーク値が見つかると、その周波数がアナライザの新しい中心周波数になります。図16は測定のこの部分を示し、ピーク・パワー・ポイントが示されています。

図15. Agilent 89600の2 Mb/s Bluetooth EDRパケットのピーク・パワー測定画面（デバイス・セットアップ：CF＝2.441 GHz、1 dB/div、掃引時間380 3s、IF ch1でトリガ、

遅延＝10）

図16. Agilent ESA-Eのパワー密度測定画面（デバイス・セットアップ：CF＝2441 MHz、スパン＝240 MHz、RBW＝1 MHz、VBW＝1 MHz、ピーク・ディテクタ、トリガ・

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次に、パケットのGFSKとDQPSK部分の 80％以上に対して平均パワーを計算します。中間の動作周波数、最高動作周波数でも同様に行います。以上のすべての手順をDUT送信機の最小パワー設定に対しても同様に行います。このテストは Agilent N4010AとN4017A GMAソフトウェアを使用して行えます。図17に示すように、N4010Aと89600ベクトル・シグナル・アナライザを組み合せても行えます。以上の全部で6つのテスト結果が、以下の測定条件に適合するかどうかを判断します：（ PGFSK− 4 dB）≦ PDPSK≦ （PGFSK＋1 dB）

2.3 送信出力スペクトラム

送信出力スペクトラム測定では、パワー・レベルを周波数ドメインで解析することにより、チャネル外放射が最小であることを確認します。これにより、システム全体の干渉が減少し、規制適合が保証されます。測定により、デバイスの出力パワー・スペクトラムが定義済みマスクと比較されます。このマスクの特性を表8に示します。表 4 にまとめられているように、 Bluetoothの仕様では、テストが次の3つの部分に分類されます。 1. 周波数レンジ 2. −20 dB帯域幅 3. 隣接チャネル漏洩電力 1と2のテストではピーク検波が使用され、隣接チャネル漏洩電力では平均検波が使用されます。2と3のテストでは、最大値ホールド・モードが使用され、周波数レンジでは平均モードが使用されます。

2.3.1 周波数レンジ

周波数レンジのテストでは、搬送波を上側のチャネルと下側のチャネルに設定します。最大RFレベルを捕捉するのに十分な長さをサンプリングすることによって、パワー密度を検査します。信号は、 2400 MHz（フランスでは2446.5 MHz）および2483.5 MHzで、−80 dBm/Hz EIRP 未満でなくてはなりません。

2.2.3 パワー制御

パワー制御テストは、レベル制御回路に対してテストや校正を実行するためのものです。パワー制御テストは、パワー制御をサポートするデバイスに対してのみ必要です。パワー制御の方法は、平均パワー測定と同様ですが、3つの離散周波数チャネル（最小、中間、最大の動作周波数）が対象となります。パワー制御テストでは、パワー・レベルとパワー制御ステップ・サイズを検証し、仕様範囲内であることを確認します。 A g i l e n t N4010A Bluetoothテスト・セットの場 合、リンクが確立されていれば、DUTのパワー・レベルを調整し、スタンド・アロンでテストできます。 パワー制御に関しては、Bluetoothモジ ュールには正しく動作するRSSIディテクタが必要で、シグナリングではアブソリュートではなくインクリメンタル・コマンドが使用される点に注意してください。 2.2.4 EDR相対送信パワー EDR伝送では、GFSKとDQPSK変調が1 つのパケット内に存在します。このテストにより、デバイスの各変調方式の送信パワーが許容範囲内にあることを確認できます。DUTはサポートされる最長のパケット・タイプを最低Tx周波数での最大パワーで送信します。周波数ホッピングはオフ、中心周波数はDUTの送信周波数です。このテストの掃引時間は使用するパケット長になります。図17. EDR相対送信パワーの測定結果を示すAgilent 89600ベクトル・シグナル・アナライザ表8. スペクトラム・マスク要件の概要周波数オフセット送信パワー M±[550−1450 kHz] −20 dBc ｜M-N｜＝2 −20 dBm ｜M-N｜≧3 −40 dBm 注記：Mは送信チャネルのチャネル番号（整数）、Nは測定対象の隣接チャネルのチャネル番号（整数）です。

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Agilent ESA-Eスペクトラム・アナライザは、独自のアルゴリズムを使用して、 ACP測定ソリューションをボタン操作1 つで実行することができます。ボタン操作により、複雑なACP測定が容易になるため、プリコンプライアンス・テストの理想的なツールとして使用できます。図19に、チャネル3（M＝3）に対して行った A C P 測定を示します。条件 P T X （f）≦−20dBmがチャネル1および5（N＝ 1 , 5 ）に対して検証され、条件 P T X （f）≦−40dBmが残りのチャネル（N＝ 0,6,7,...78）に対して検証されています。このテストの動作検証は、“PASS”というフラグによって確認されます。 2.3.2 −20dB帯域幅狭い測定フィルタを使用して、 −20 dB帯域幅テストを最小、中間、最大の周波数チャネルで実行します。 2 MHzスパンを使用すると、ピークRFレベルが記録されます。レベルが20 dB下がった、上側と下側の周波数ポイントは、 1 MHz以内に収まる必要があります。図 18に、観測対象の波形タイプを示します。出力スペクトラムを表示すると、スペクトル表示にひずみが見られる場合があります。これは、ヘッダなど、ホワイトでないバースト部分があるためです。 EDR信号をこのような仕様でテストする場合は、標準的な F M バーストよりも DPSKの−20 dB帯域幅が広くなるので、適切にテストできません。そのためEDR パケット伝送に対して、FCCは、EDR信号の占有帯域幅を1.5 MHzにまで緩和しました。 2.3.3 隣接チャネル漏洩電力隣接チャネル漏洩電力（ACP）テストは、 3種類の測定のなかで最も複雑です。テスト送信は、中間のチャネルと上側と下側のバンド・リミットの 3 M H z 内側（例：チャネル3と75）に対して行われます。RFチャネル0から開始して、−450 kHz∼＋450 kHzの搬送波からのオフセットで10レベルの測定が実行され、結果が累計されます。測定チャネルは、1 MHz ずつ増加し、バンドの最上部に到達するまで処理が繰り返されます。表8に示すように、チャネルMで送信しているDUT とチャネルNで測定される隣接漏洩電力について、次の条件に適合しているかどうかを検証する必要があります。 PTX（f）≦−20 dBm、｜M-N｜＝2に対して PTX（f）≦−40 dBm、｜M-N｜≧3に対して図18.Bluetooth無線テクノロジーの測定パーソナリティを備えたAgilent ESA-Eによる−20dB 出力スペクトラム帯域幅測定（デバイス・セットアップ：CF＝2.402 GHz、スパン＝2 MHz、 RBW＝10 kHz、VBW＝30 kHz 図19. チャネル3のACP測定を表示するAgilent ESA-Eシリーズ・スペクトラム・アナライザ。上部ウィンドウにACPスペクトラム（パワー対チャネルを測定）が表示され、下部ウィンドウに ACPの数値をまとめた表が示されています。下部ウィンドウは拡大して、チャネルの一覧をすべて

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ペイロード内の各8ビット・シーケンスの周波数が測定され、アベレージングされます。次に、これらのビットの平均からの最大偏移が、パターン00001111の場合はDF1_maxとして、パターン01010101の場合はDF2maxとして記録されます。最後に、最大偏移値の平均が計算され、パターン00001111の場合はDF1_avgとして、パターン01010101の場合はDF2avgとして記録されます。結果には、最大偏移と最大偏移の平均の両方が使用されます。この手順が10パケット以上の周期にわたって実行されます。

2.4 変調テスト

Bluetoothの変調測定は、変調特性、初期搬送周波数の許容値（ICFT）、搬送波周波数のドリフトを測定する標準的な GFSKテストで構成されます。DPSK変調テストは、DR搬送波周波数の安定度／変調精度、EDR差動位相エンコードで構成されています。変調測定には、変調回路の性能のほかに、局部発振器の安定度が反映されます。変調器とVCOは、両方とも、電源のデジタル・ノイズや送信パワー・バーストの影響を受けます。無線機のデザインには、電源による周波数引き込みを防止するための注意が必要です。変調特性の検証では、各ビットの周波数を 測定できるように、Bluetooth信号を復 調する機能が必要になります。 2.4.1 変調特性変調特性テストは、周波数偏移の測定です。変調特性の場合、ペイロードで2種類の 8 ビット繰り返しシーケンス（00001111と10101010）が使用されます。 2つのシーケンスを組み合わせることによって、変調器性能と変調前フィルタリングの両方が検査されます。さまざまなパターンによるストレス機構の詳細については、このセクション（「送信機測定」）の初めに記載されています。変調特性のテスト手順このテスト手順では、サポートされている最長パケット（サポートされている最長のペイロード長）を使用して、最小、中間、最大の動作周波数で測定を実行する必要があります。これらの3つの周波数の測定は、それぞれ、次に示す手順が 00001111ペイロード・シーケンスに対して実行され、01010101ペイロード・シーケンスに対して繰り返されます。図20a. 変調特性測定の結果を示すN4017Aの画面

図20b. N4010A Bluetoothテスト・セットとN4017A GMAソフトウェアによる変調特性測定結果の画面（セットアップ：ループバック・モード、周波数ホッピングがオフ、チャネル0、DH5 パケット、最大ペイロード長（339）、ペイロード・パターン（上段のグラフ：00001111、下段のグラフ：10101010））。Bluetooth DUTとの接続を中断せずにペイロード・タイプを変更できます。

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2.4.2 変調品質ベクトル・シグナル・アナライザには、変調品質測定に関する豊富な機能があり、種々の信号に関する問題を検出し、定量化し、原因を突き止めるのに役立ちます。例えば、送信機の干渉による相互変調、電源ノイズによる変調、アンテナ不整合によるパワー安定度などがあります。FSK誤差、振幅誤差、アイ・ダイアグラムなどの変調品質測定は、 BluetoothRF Test Specificationsには直接記載されていませんが、トラブルシューティングには非常に役立ちます。図22に示すのは、周波数ドリフトが存在する場 合のBluetooth信号の復調測定を4画面表 示したものです。周波数ドリフトは左下の画面を見ればすぐにわかります。次の測定条件を検証することによって、変調特性の妥当性が保証されます。 1. 140kHz≦f1avg≦175kHz 2. Df2_max≧115kHz 3. Df2avg/Df1avg≧0.8

Agilent N4010A Bluetoothテスト・セッ トには、このテストを自動で行う機能が備えられています。変調特性測定の例を図20aと20bに示します。上部に表示されているのは、ペイロード・シーケンス 0001111の変調グラフと、DF1maxおよび DF1avgの計算値です。下部には、シーケンス10101010に対する同様の結果が表示されています。同様に、Agilent ESA-Eスペクトラム・ア ナライザのBluetooth測定パーソナリテ ィを使用することによって、数回のキー操作でこの測定を実行できます。 10101010[F2]ペイロードを入力すると、最大偏移DF2_maxと最大偏移の平均DF2_avg が画面に表示されます。この結果を記録してから、11110000パターンのバーストをアナライザに入力することもできます。新規の11110000[F1]ペイロード・シーケンスに対して、測定処理を繰り返すと、DF1maxとDF1avgが計算され表示されます。次に、記録されたDF2avgを使用して、比DF2_avg/DF1_avgを算出します。この比率が80％未満の場合、“FAIL”フラグが表示されます。図21に、この変調特性測定を実行しているAgilent ESA-Eスペクトラム・アナライザの画面を示します。 ESA-Eは、11110000パターンを測定し、それを10101010パターン（以前に“Hold result”メニューで記録されている）と比較しています。図21. Agilent ESA-Eシリーズ・スペクトラム・アナライザの変調特性測定の画面図22.Agilent 89600の復調品質テストの画面

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2.4.3 初期搬送周波数の許容値初期搬送波周波数許容値テスト（周波数オフセット・テストとも呼ばれる）は、送信機の搬送波周波数の確度を検証するものです。プリアンブルとPRBSのペイロードとからなる標準的なDH1パケットが用いられます。パケットの最初の4ビット（プリアンブル・ビット）を解析することで、中心周波数からの周波数偏移の大きさを求めます。この測定では、各シンボルの周波数偏移を測定するために、信号を復調する必要があります。復調後、各プリアンブル・ビットの周波数オフセットが測定され、アベレージングされます。図23に、最初の8ビットが表示された測定例を示します。このうちの最初の4ビットは、1010プリアンブルです。周波数ホッピングはオフになっています。テスト仕様では、この測定をホッピング・オンとホッピング・オフの両方で実行することが規定されています。いずれの場合も、ベクトル・シグナル・アナライザは 1つの周波数チャネルに設定されますが、ホッピングがオンの場合、送信機が別の周波数へすばやくジャンプするために、スルーの効果が大きくなります。搬送波周波数がセトリングするときに、初期搬送波周波数オフセットでスルーが見られます。ホッピングによるストレスの増加によって、増幅器の応答に関する問題を確認できます。 図24は、N4010A Bluetoothテスト・セ ットとN4017A GMAによるICFT測定の結果です。この測定では、周波数ホッピングをオンにします。図25は、周波数ホッピングする信号の「平均パワー対チャネル」を示しています。周波数ホッピングをオンにしたときの同様のグラフは、選択チャネルにパワー・バーのみが表示されます。図23. Agilent ESA-Eシリーズ・スペクトラム・アナライザの−1.822 kHzオフセットでの変調特性測定の画面図24. 周波数ホッピングをオンにしてICFT測定を行ったときのN4017A GMAの画面（テスト・モード（送信機モード）、周波数ホッピングがオン、ペイロードとしてPRBSを使用した DH1パケット）

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この測定は、最小、中間、最大の各動作周波数で、最初にホッピングをオフに、次にホッピングをオンに設定して繰り返されます。さらに、パケット長を1スロット・パケット（DH1）、3スロット・パケット（DH3）、5スロット・パケット（DH5）に変えて、測定されます。繰り返して行う測定作業は、ソフトウェア制御により簡単になります。図26に、 ESA-Eシリーズ・スペクトラム・アナラ イザのBluetooth測定パーソナリティに よる搬送波周波数ドリフト測定の例を示します。この図では、101010が繰り返されるペイロード・シーケンスで、30kHz の周波数ドリフトがあるBluetooth信号 が表示されています。標準で設定されたリミットを外れているため、自動化ソフトウェアによって、F（不合格）のフラグが付けられています。 N4010A Bluetoothテスト・セットと ESA-Eスペクトラム・アナライザは、両方とも同じアルゴリズムを使用して、初期搬送波周波数の許容値を計算します。 N4010Aは、ICFTテストすべてをスタンド・アロンで実行できます。別の方法でプリコンプライアンス・レベルでICFT を測定するには、Agilent 89400および 89600シリーズ・ベクトル・シグナル・アナライザで復調モードを使用します。この方法は、一般的な方法です。結果長を最小シンボル数（10）に設定すると、アナライザのシンボル・エラー画面に搬送波オフセットが一目でわかるように表示されます。この最小シンボル数は4より大きいため、ノイズによる結果のバラツキが少なくなります。0101パターンが継続することが重要になります。図22のサマリ表の画面に示す搬送波オフセットの結果は、この初期搬送波オフセット測定の例です。 2.4.4 搬送周波数ドリフト搬送波周波数ドリフトのテストでは、パケットによる送信機の中心周波数ドリフトの検証を行います。前述の変調特性と初期搬送波周波数の許容値の2つのテストと同様に、搬送波周波数ドリフトが復調信号として測定されます（周波数対時間）。ペイロード・データは、1010の4ビット・シーケンスの繰り返しです。測定を実行するためには、プリアンブルの4ビットの絶対周波数が測定され、積分されます。これによって初期搬送波周波数が得られます。次に、ペイロード内の連続する10ビット部分のそれぞれについて、絶対周波数が測定され、積分されます。周波数ドリフトは、プリアンブルの4ビットの平均周波数とペイロード・フィールド内の10ビットの平均周波数との差です。また、最大ドリフト・レートもチェックされ、ペイロード・フィールド内の 2つの隣接する10ビット・グループの差として定義されます。図25. 78チャネルに対する信号のホッピングを示すN4017A GMAの画面

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最初のプリアンブル・ビットPoのスタート時間を求めます。次に理想的な搬送波周波数に対するヘッダ・ビットの周波数偏移を計算します。シンボル間干渉をすべて除去するために、ヘッダ内の前後のビットと同じビットをテスタが選択します。1を表わすパケットの平均周波数偏移はDw1です。Dw2は、ゼロを表わすビットの平均周波数偏移です。この2つの値から、以下の式を使って初期周波数誤差を計算できます： w_i＝（Dw₁＋Dw₂）/2 初期誤差の計算の後、この値を使用してパケットのEDR部分を補正します。ロール・オフ・ファクタが0.4で3 dB帯域幅が±500 kHzのルート・ナイキスト・フィルタを、パケットのEDR部分に適用します。パケットは、同期ビットの最初のシンボルから始まる、重なり合わない50 msに分割されます。各ブロックのサンプリング位相のe₀と周波数誤差のw_oが実効値（ R M S ）差動エラー・ベクトル振幅（DEVM）を求めるために記録されます。ブロックから計算されたデータを使用して、各シンボルに対するDEVMが計算されます。この手順は、200個の50 msブロックが測定されるまで繰り返されます。この手順全体が、中間および最高動作周波数に対しても繰り返されます。このテストに合格するには、以下の基準をすべて満たすことが必要です。搬送波周波数の安定度： −75 kHz ≦wi≦＋75 kHz（すべてのパケットに対して） −75 kHz ≦（wi＋wo）≦＋75 kHz（すべてのブロックに対して） −10 kHz ≦（wo）≦＋10 kHz（すべてのブロックに対して） RMS DEVM RMS DEVM ≦0.20（すべてのπ/4 DQPSK ブロックに対して） RMS DEVM ≦0.13（すべての8DPSKブロックに対して）ピークDEVM DEVM ≦0.35（すべてのπ/4 DQPSKシンボルに対して） DEVM ≦0.25（すべての8DPSKシンボルに対して） 99％ DEVM DEVM ≦0.30（99％のπ/4 DQPSKシンボルに対して） DEVM ≦0.20（99％の8DPSKシンボルに対して）この測定は、N4010AとN4017GMAソフトウェアを使用して行えます。図28を参照してください。前述のように、この搬送波周波数ドリフトのテストは、3種類のパケット（DH1、 DH3、DH5）で、周波数ホッピングをオンとオフに設定して、最小、中間、最大の周波数チャネルに対して行う必要があります。合計すると、必要な測定回数は 12回で、測定にかなり時間をとられることになります。これが問題になる場合は、「テスト・シーケンサ」ソフトウェアをツールとして使用することができます。 N4010Aには、内蔵テストと同等のテスト・シーケンサがあり、12種類の測定を 5秒以内で実行できます。さらに、次の Bluetoothテスト仕様のリミットに従い、各測定が検証されます。 ● _{送信機の中心周波数は、以下を越え} るドリフトは許容されません。 ● _{±25 kHz（1 スロットのパケットの} 場合） ● _{±40 kHz（3 ∼5スロットのパケッ} トの場合） ● _{最大ドリフト・レートは、 ± 2 0} kHz/50 msにする必要があります。結果は、N4010Aテスト・セットの通信ウィンドウに表示されます。 2.4.5 EDR搬送波の安定度／変調精度このテストでは、変調精度と周波数安定度がリミット値内にあることを検証します。DUTはループバック・モードまたは Txモードです。使用している変調方式に適合し、サポートされている最長のパケット・タイプを、DUTは送信します。最低動作周波数でテストを開始し、テスト全体を通してホッピングをオフにします。DUTは、最大パワーでテスタに戻します。送信パケットの初期周波数誤差を求めるには、テスト・デバイスに対して以下の手順を実行します。図27. 搬送波ドリフト・レート測定の結果を示すN4010Aテスト・セットの測定／通信ウィンドウ

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2.5 タイミング・テスト

Bluetooth信号に対して、バースト・プロファイルの解析、フェーズ・ロック・ループ（PLL）のセトリング時間、その他のタイミング特性などのタイミング・テストを行うことができます。これらのテストは、仕様に含まれていませんが、研究開発中のデザインが仕様の基準を満たすことを確認するために役立ちます。 2.5.1 バースト・プロファイルシグナル・アナライザまたはパワー・メータを使って、バーストの立上がり時間と立下がり時間をタイム・ドメインで測 定できます。Bluetoothの場合、立上が り時間と立下がり時間の定義はありません。業界での一般的な立上がり時間の定義は、10％（−20 dB）の振幅ポイントから90％（−0.9 dB）の振幅ポイントまで上昇するのにかかる時間です。立下がり時間は、同じ振幅ポイントを逆方向に下降する時間と定義されます。プリトリガ機能を使えば、立上がり時間の捕捉と測定が容易になります。バースト・プロファイルに関する定義済みのマスク・テストは存在しません。デバイスによっては、ここに示すよりもはるかに高速な過渡応答を持つものもあります。スイッチングが速すぎると、バーストのエッジが鋭いためにスペクトル拡散が広がり、出力スペクトラム・テストで不合格になることがあります。そのほかに、バースト・プロファイル特性には、バーストのオン／オフ比、オーバシュート、バースト繰り返し周波数があります（図12を参照）。これらの特性の詳細は、Agilentパワー・メータのアナライザ・ソフトウェアを使用すると、表示できます。 2.4.6 EDR差動位相エンコードこのテストでは、変調器が適切にデータを差動位相コード化していることを確認します。DUTはTxモードで、ホッピングをオフにします。変調方式に合わせて、 X-DH1またはX-EV31_{パケットのいずれ} かが使用されます。パケットのペイロードはPRBS9です。EUTが最低の周波数で送信するように設定され、テスタに100 パケットを送信します。テスタではパケットを復調してデータを期待されるデータと比較します。このテストに合格パスするには、テスト対象パケットの99％がエラーなしとなることが必要です。このテストは、N4010A/N4017Aソフトウェアを使用して行えます。その際 BluetoothRFテスト仕様で必要なパケット数を送信するように、N4017Aソフトウェアを設定する必要があります。

図28. Bluetooth EDRデバイスの変調精度テスト時のN4017A GMAの画面

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2.5.2 スペクトログラム測定図29はスペクトログラム画面で、無線送信機の電源オン時のPLLのセトリングに問題があることを示しています。このような状態の解析にはスペクトログラムが役立ちます。スペクトログラムは、X軸に周波数を、Y軸に時間を表示します。振幅はカラーまたはグレイスケールで表され、明るいカラーまたはグレイが大きい振幅に対応します。ベクトル・シグナル・アナライザのタイム・キャプチャ機能を使えば、もっと複雑なスペクトログラムを作成できます。これにより、リアルタイム・データを低速で再生できます。この方法で、シンボルのタイミングとレートを解析できます。 図30に示すのは、Bluetoothバーストの 最初の120 msのスペクトログラムです。この例のペイロード・データは10101010 で、この1と0が入れ替ったパターンが中心周波数のどちらかの側に表示されています。図31はEDRバーストのスペクトログラムで、スペクトラムの大部分を占有するπ/4 DQPSKデータ・パケットよりも前の開始部分にFMヘッダがあることが分かります。 2.5.3 EDRのガードバンド時間 EDRには、ヘッダの後から始まって（図 7を参照）同期シーケンスのスタート部分で終了するガードバンドがあります。ガードバンドは4.75∼5.25 msで、EDRパケット内の異なる変調方式間のバッファの役割をします。同期シーケンスのスタート部分を見つけるには、周波数の両端を測定し、平均して各シンボルが占有する時間スパンを求めます。この時間スパンから、スタート・ビットの時間が分かります。この時間をヘッダが終わる時間から引くとガードバンド時間が求められます。ガードバンド時間は A g i l e n t N4010AとN4017A GMAソフトウェアを使用して計算できます。図32にN4017A GMAソフトウェアのグラフを示します。図29. PLLセトリング時間のAgilent 89441Aスペクトログラム画面図30. 10101010ペイロードでのDH1パケットのシンボル・タイミングおよびレートに対する Agilent 89600のスペクトログラム表示：ペイロード内のラインは1と0を表わしています。アクセス・コードとヘッダペイロード

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図31. 2-DH1パケットのシンボル・タイミング／レートに対するAgilent89600のスペクトログラム画面：スペクトログラム内に2種類の変調方式があることが分かります。

図32. この図は、3-DH5パケットの伝送時、ガードバンドで分離されるGFSK変調と8DPSK変調間の遷移を示すAgilent N4017 GMAの画面です。