Bluetooth® Low Energy (LE)

Überblick über Bluetooth® LE

Bluetooth® LE basiert auf dem adaptiven Frequenzsprungverfahren(adaptive frequency-hopping, AFH) innerhalb der weltweit verfügbaren ISM-Bänder bei 2,4 GHz. Es nutzt eine Gauß‘sche Frequenzumtastungsmodulation(GFSK) mit einer Symbolrate von 1 oder 2 Msym/s (LE 1M, LE 2M). Dieser Frequenzsprungmechanismus erstreckt sich über 37 universelle HF-Kanäle und gewährleistet eine robuste und effiziente Kommunikation.

Für größere Reichweitenführte Bluetooth® 5.0 in Verbindung mit LE 2M LE-codierte Kanäle ein. Diese Kanäle bieten zwei optionale Codierungsverfahren: S=8, wobei acht Symbole ein einzelnes Bit darstellen, und S=2, wobei zwei Symbole ein einzelnes Bit darstellen. Das Schema S=8 wird speziell auf den Header-Teil beider LE-codierten Kanäle angewendet.

Neben der Unterstützung der Werbekommunikation über primäre und sekundäre Werbekanäle unterstützt Bluetooth® LE auch asynchrone Kommunikationsverbindungen (ACL). Der Zweck dieser Verbindungen ist die Steuerung der Signalisierung und des Best-Effort-Datenverkehrs. Darüber hinaus werden mit Bluetooth® LE Connected Isochronous Streams (CIS) und Broadcast Isochronous Streams (BIS) eingeführt, die beide speziell für LE Audio-Anwendungen gedacht sind.

Bluetooth® LE-Tests – Bitübertragungsschicht

Für die Kommunikations-Performance insgesamt sind mehrere Faktoren maßgeblich:

• Antennendesign
• Netzgeräte
• Koexistenz mit Chips anderer drahtloser Kommunikationsstandards, z. B. LTE und WLAN
• Endgültiges Gehäuse

Während und nach der Designphase ist es wichtig, gründliche Tests durchzuführen, um die Genauigkeit der übermittelten Informationen sicherzustellen und die gewünschten Performance-Benchmarks zu erreichen.

Es gibt verschiedene HF-Test-Methoden für Bluetooth® LE-Geräte. Ein Ansatz beinhaltet die Nutzung einer herstellerspezifischen Steuerschnittstelle, die häufig für vollautomatisierte Tests in Forschung und Entwicklung sowie in der Produktion eingesetzt wird.

Für Konformitätstestsvon Bluetooth® LE-Geräten hat die Bluetooth® Special Interest Group (SIG) den Direct Test Mode(DTM) standardisiert. Dieser Modus ermöglicht das Testen des Bluetooth® LE-Senders und -Empfängers, indem zur Steuerung eine spezielle kabelbasierte Testschnittstelle verwendet wird.

Der direkte Testmodus erfordert einen Kabelanschluss am Messobjekt (implementation under test, IUT) zur Teststeuerung. Für diesen Zweck wurden zwei Optionen spezifiziert: eine USB- oder RS232-Verbindung zum Host Controller Interface (HCI) des IUT und eine dedizierte 2-Draht-UART-Verbindung zum IUT. Dieser Messaufbau gewährleistet eine äußerst zuverlässige und sichere Steuerung des IUT.

Zu den Tests für die Bitübertragungsschicht von Bluetooth® LE gehören in der Regel:

• Sendertests, die Aspekte wie Sendeleistung, Leistungsdichtenspektrum, Nebenaussendungen und Modulationsgenauigkeit abdecken
• Empfängertests, mit denen die Empfindlichkeit und Blocking-Performance bewertet werden
• Einführung neuer Funktionen, z. B. Peilung

Die Branche sucht nach Möglichkeiten für unkomplizierte Over-the-Air-Tests (OTA) von Bluetooth® LE-Geräten, bei denen Kabelverbindungen oft ausgeschlossen sind. Rohde & Schwarz begegnet diesem Problem mit zwei Optionen:

• Nutzung der primären Werbekanälefür Empfänger- und Sendermessungen
• Verwendung einer Standard-Bluetooth® LE-Verbindungzum Testen – besonders nützlich zur Bewertung der Performance von Anwendungen wie Audio/Video-Streaming oder Datentransfer

Wir haben außerdem eine spezielle Testlösung entwickelt, um die Testmöglichkeiten über einen Bluetooth®-Kanal weiter zu verbessern. Diese unterstützt eine DTM-ähnliche Teststeuerungdurch ein angepasstes Protokoll auf der Bluetooth®-Sicherungsschicht, eine Methode, die von der Bluetooth® SIG in einer kommenden Version unterstützt werden soll.