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藍牙 5.1 測試解決方案

最新藍牙 5.1 標準含 AoA/AoD 規格的 RF 和連線測試

Bluetooht5.1_Main

繼智慧型手機在全球普及之後,Bluetooth® 技術除了廣泛運用到智慧型手機,另外像是耳機和頭戴式裝置等音訊產品,以及穿戴式裝置也都廣為採用,使藍牙成為一般消費性產品中發展最成功的無線電技術之一。現在幾乎每一部智慧型手機、平板電腦和筆記型電腦都內建了藍牙技術。

2016 年 12 月發佈的藍牙核心規格 v5.0 延伸了低功耗藍牙 (BLE) 規格,耗電量更低,資料傳輸速率更快,通訊範圍更廣,對於提升藍牙在無線物聯網等系統內的使用率來說很有幫助。藍牙未來在穿戴式裝置、健身產品和工業領域的使用率預期將有所成長。

最近於 2019 年 1 月發佈的藍牙核心規格 v5.1 (藍牙 5.1) 加入新功能,提升其在物聯網應用中的便利性。甚至早在藍牙 5.1 推出之前,藍牙裝置又加入使用藍牙信標的定位服務,進一步提升了 BLE 功能。不過,其精度相對較低,無法在信標距離較遠的情況下準確預估。但藍牙 5.1 解決這個問題,其使用最新的到達角 (AoA)/發射角 (AoD) 方向搜尋功能,可達到更高的位置定位精度,誤差僅有數公分。
因此,藍牙 5.1 不只支援更高品質的定位服務,預期也將更為普及到各個工業領域。

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(資料來源:Bluetooth SIG, Inc.

這項最新的 AoA/AoD 功能是使用藍牙訊號的 PHY 層技術來實現,因此需要專用的 RF 測試器來確認是否符合藍牙 5.1 標準的效能。

Bluetooth® 文字記號與標誌為 Bluetooth SIG, Inc. 所擁有的註冊商標,Anritsu 擁有任何該記號的使用許可。

藍牙 5.1 (AoA/AoD) 可能的應用領域

位置定位服務預期將成長延伸到許多領域,尤其在藍牙 5.1 AoA/AoD 更高定位精度的支援下。藍牙 5.1 (AoA/AoD) 技術其中一部分的可能應用介紹如下。

倉儲管理

Warehousing

藍牙 5.1 的定位精度可簡化產品倉儲管理,使用智慧型手機就能輕鬆找到商品,提升工作效率。

停車

Parking

內建藍牙 5.1 的車輛可與智慧型手機連結,輕鬆就能找到車輛,不用記住確切的停車位置。

購物

Shopping

智慧型手機上的地圖可顯示商店位置和商店內的商品位置,讓購物者輕鬆規劃高效率的購物路線。

觀看

Viewing

畫廊訪客要移動到下一幅畫時,可利用智慧型手機顯示路線,指示前往下一幅畫的路線,提升藝術鑑賞體驗。

什麼是藍牙 5.1 到達角 (AoA)/發射角 (AoD)?

[傳統的藍牙位置定位]

傳統的藍牙位置定位技術是將信標的功率資料與實際接收的訊號強度指示 (RSSI) 作比較,透過數值的差異來預估位置。雖然這種方法可以預估與信標的大概距離,但無法判斷信標與裝置的方向。想要預估方向,必須安裝多個信標,但仍難以達到精度。

OLD Position Method

(資料來源:新增訊息至 Bluetooth SIG, Inc.)

[藍牙 5.1 的位置定位方法]

藍牙 5.1 的位置定位方法 (方向搜尋技術) 是透過比較藍牙 5.1 裝置內建多重天線所收到的無線電電波的相位,來計算到達的無線電電波的角度。其有兩種方法:到達角 (AoA) 和發射角 (AoD)。

位置定位方法 說明
Angle of Arrival(AoA)
多重接收 (Rx) 天線

單一天線的信標所發射的無線電電波,由接收端的多重天線接收後,到達的無線電電波的路徑會切換到各個接收 (Rx) 天線,藉此取得各路徑不同的相位資訊。
備註:若要從相位差預估方向,各天線之間的距離 (d) 必須在 12 公分左右 (一個波長),以免相位旋轉完整的 360°。

AoA Position Method

(資料來源:Bluetooth SIG, Inc.

Angle of Departure(AoD)
多重發射 (Tx) 天線

多重天線的信標所發射的無線電電波,由接收端的單一天線接收後,到接收 (Rx) 天線的到達路徑會經過切換,以符合發射 (Tx) 天線之間的距離,藉此取得相位差資訊。
備註:與 AoA 相同的是,若要從相位差預估方向,發射 (Tx) 天線之間的距離 (d) 必須在 12 公分左右 (一個波長),以免相位旋轉完整的 360°。

AoD Position Method

(資料來源:Bluetooth SIG, Inc.

已新增稱為恆定音調擴展 (Constant Tone Extension) 的可變長度欄位,該欄位最新定義在藍牙低功耗 (Bluetooth Low Energy) 訊號格式中,可實作到達角 (AoA)/發射角 (AoD) 功能。
這個新增訊號 (訊框) 的功率、頻率、RF 特性和測量等規格由 Bluetooth SIG 決定,Anritsu 的 MT8852B 測試儀已支援此規格。

Frame Structure

Bluetooth direction finding signal with CTE

(資料來源:Bluetooth SIG, Inc.

適用於藍牙 5.1 的藍牙測試組 MT8852B

最新的藍牙 5.1 AoA/AoD 功能是使用藍牙訊號的 PHY 層技術來實現,因此為了確認是否達到藍牙 5.1 標準指定的效能,符合藍牙 5.1 測試規格的專用測試器為從事下列專案的製造商必備:

  1. 開發藍牙 5.1 通訊晶片組
  2. 研究內建藍牙 5.1 通訊晶片組之模組
  3. 研究內建藍牙 5.1 模組和晶片組之裝置

Anritsu 藍牙測試組 MT8852B 是一款專用的藍牙測量儀器,其符合藍牙 5.1 測試規格的要求,並通過藍牙 SIG 認證,為適用於各產業的測試解決方案。
MT8852B 支援包括藍牙晶片/模組/裝置 RF 測試和連線測試等眾多測試項目,可廣泛應用到研發和製程之中。

MT8852B

Bluetooth 藍牙測試儀 MT8852B

MT8852B 藍牙 5.1 選項支援下列的藍牙 5.1 測試案例和封包發射 (Tx) 功能。

MT8852B Supported Test cases

  • Output Power
  • Carrier frequency offset and drift
  • Tx Power Stability, AoD Transmitter

MT8852B Supported Packet Generation

  • AoA and AoD packet generation with slot duration and variable CTE lengths

另外,MT8852B 亦支援下列功能,預期能幫助客戶更早在成長快速的物聯網市場中推出產品。

更高的測試可靠度
  • 通過藍牙 SIG 認證,適用於各產業的標準測量儀器
  • 支援藍牙 RF.TS.5.1.0/RF-PHY.TS.5.1.0 測試
  • 適合用於藍牙商標註冊預先評估測試
容易操作
  • 使用HCI(主機控制接口)或2線接口自動控制
  • 支援使用內建指令碼的測試項目單鍵測量
  • 輕鬆使用自動化軟體評估浴缸曲線 (Bathtub Curve) 等特性
可輕鬆取得系統晶片 (SoC) 廠商的技術支援與資料關聯性
  • 獲各大 SoC 廠商選為主要的測量儀器

Anritsu 為藍牙 SIG 成員之一

Anritsu 為藍牙 SIG 有效成員之一,該組織建立了包括藍牙 5.1 在內的國際性標準。Anritsu 公司運用其在產業內的豐富經驗,以及強大的客戶合作關係,開發出各種高效能的測量解決方案。

<藍牙 SIG 成員清單>
藍牙 SIG https://www.bluetooth.com/
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