Bluetooth信号の測
定に必要なリアルタ
イム測定技術
本日の内容
• Bluetooth規格の概要
◦ Bluetooth LE(Low Energy)と従来のBluetooth(Classic Bluetooth)
• スペクトラム・アナライザの分類
◦ 掃引型スペクトラム・アナライザとリアルタイム・スペクトラム・アナライザ
• Bluetooth測定ソリューション
Bluetooth規格全体の概要
• Bluetoothは2.4GHz帯を使用した近距離通信技術 ◦ 物理データシートは最高で3Mbps程度(一部規格を除く)
◦ 2400MHz～2480MHzの80MHz帯域内で周波数ホッピングを行う
◦ 2.4GHz帯を使用する他の通信規格や電子レンジとの干渉を回避する機能を搭載 ◦ Bluetooth 4.0で低消費電力のBluetooth LEが規定された
• Bluetooth搭載機器の例 ◦ ワイヤレスヘッドセット ◦ キーボード ◦ マウス • Bluetooth LE搭載機器の例 ◦ スマート・ウォッチ
Bluetooth LE(Low Energy)について
• Bluetooth4.0で規定された新しい方式
◦ Bluetooth Basic Rate及びEnhanced Data Rateとは互換性がない
Bluetooth 1.x～3.x
BR及びEDR LE(Low Energy)Bluetooth 4.x
データ・チャンネル 79ch 37ch アドバタイズメント・チャンネル 32ch 3ch リンク確立までの時間 数100ms 数ms 使用する帯域 1MHz 2MHz パケット長 長い 短い
Bluetooth LEは従来のBluetoothとの
互換性を捨てることにより、超低消費電力を実現
4通常のBluetoothの通信モード
ペリフェラル (ヘッドセット、マウス等) ペリフェラル ペリフェラル ペリフェラル セントラル クラシックBluetoothではペアリング実施後に通信を開始 → コネクションを確立しないと通信できないアドバタイジング通信モード
Bluetooth LEで新たに採用されたモード アドバタイジング 信号 スキャナ スキャナ スキャナ スキャナ IoT機器 (センサ、ビーコン等) IoT機器はコネクションを確立しなくても、一方的に短いデータを 送ることができる 62.4GHz帯のチャンネル割り当て
2402MHz 2480MHz Bluetooth BR EDR Bluetooth LE 1MHz幅 x 80ch 2MHz幅 x 40ch 2426MHz 無線 LANBluetooth LE信号の測定例
コネクション確立後の
Bluetooth LE信号
(37チャンネル使用)
アドバタイズメント中の
Bluetooth LE信号
(3チャンネル使用)
2402 MHz 2480 MHz 2426 MHz 8アドバタイズメント信号の出力タイミング
• ３つのアドバタイズメント・チャンネルが順番に出力
◦ 3チャンネル出力後は一定時間(この場合は50ms)RF出力は休止• パルスのインターバルに対して信号の出力時間は短い
◦ この設定では信号が出力されている時間は全体の約0.8% 周波数 時 間拡大
50ms 400μs 800μs 周波数Bluetooth Low Energy測定に
スペクトラム・アナライザ 取込方式の違い
• 掃引型スペクトラム・アナライザ
◦ バンドパス・フィルタの通過周波数を 掃引させ、周波数vsパワーをプロット ◦ あるいは、ミキサを用いてフィルタ掃引と 等価な動作をする方式• リアルタイム・スペクトラム・アナライザ
◦ フーリエ変換演算（FFT or DFT）を行い、 時間波形をスペクトラムに変換 ◦ 当社のスペアナは、全て リアルタイム・スペクトラム・アナライザ 2784型（1990年） RSA5126B型（2014年） FFT: 高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)ミキサ#1 入力 のこぎり波発生器 X軸 CRT 分解能帯域幅可変フィルタ (RBW) Y軸 検波器 RFアッテネータ 発振器 (Local Oscillator) ビデオ･フィルタ 周波数掃引 分解能帯域幅(RBW)は 1Hz～最大でも10MHz程度 掃引速度は最速でも1ms/スイープ 分解能帯域幅(RBW)を1/2にすると、掃引時間は4倍必要 Tektronix 2784型（1990年） IF: 中間周波数
掃引型スペアナの基本構造
12周波数 周波数
掃引型
リアルタイム
最速1msで 1回測定 白抜き部は取り こぼし、見えてい ない リアルタイム帯域内は 取りこぼしなし 1msリアルタイム・スペクトラム・アナライザの概要
掃引型SA VS. リアルタイムSA
BLEのアドバタイズメント信号の測定
掃引型スペアナとリアルタイム・スペアナの比較 掃引型スペアナではビーコン信 号の測定が困難 (非常に時間がかかる) リアルタイム・スペアナなら瞬 時に測定可能 14利点と弱点
掃引型スペアナ
VS
• 利点
◦ 認証試験で使用される ◦ 価格が安い• 弱点
◦ 測定速度が遅い ◦ 取りこぼしがある ◦ 取込帯域が狭いリアルタイム・スペアナ
• 利点
◦ 測定速度が速い ◦ 取りこぼしが無い ◦ 取込帯域が広い• 弱点
◦ 認証試験では使用されない ◦ 価格が高い ◦ 大型で持ち運びに不便RSA306B型
USB リアルタイム・スペクトラム・アナライザ
すべてのRFエンジニアにリアルタイム機能を • かつてないコストパフォーマンス： ◦ 本体価格：498,000円 • 革新的なシステム構成： ◦ USB接続（操作／給電)で本体は 750g の重さ • ハンディタイプでトップクラスのハードウェア性能： ◦ 周波数レンジ：9kHz ~ 6.2GHz ◦ リアルタイム取込帯域幅: 40MHz ◦ 捕捉可能な最少信号時間：100 µsec • 魅力的な多機能ソフトウェア： ◦ リアルタイム・スペアナの機能をPC上に搭載 16 推奨PCスペック* • インターフェース： USB 3.0（必須） • メモリ： 4 GB(8GB以上を推奨)• CPU： Intel Core i5プロセッサ以上 • OS： Windows 7 /8/10（64ビット版）
