Bluetooth® LE(Low Energy)

Bluetooth® Low Energy 테스트

Bluetooth® LE - Bluetooth® 기술의 미래

Bluetooth® 4.0에 채택된 Bluetooth® LE(Low Energy) 기술은 주변기기와 웨어러블을 위한 초저전력 솔루션을 제공하는 혁신을 이루었습니다. Bluetooth® LE는 동시에 소량의 데이터 통신이 필요한 애플리케이션, 예를 들어, 스마트워치, 운동 추적기, 의료 기기 등에 적합합니다. Bluetooth® LE의 최초 버전은 데이터 속도가 Bluetooth® Classic에서 제공하는 3 Mbits/s보다 훨씬 낮은 최대 1 Mbits/s에 불과했습니다. 하지만 이 버전은 기존 대비 절반의 전력만으로 충분했으며, 전용 Advertising Channel을 통해 빠른 페어링을 선보였습니다.

Bluetooth® 5.0이 배포되면서 Bluetooth® LE의 애플리케이션 범위가 IoT영역까지 확대되었습니다. 여기에 더욱 빨라진 2 Mbits/s 속도, Long-range coding, 향상된 애드버타이징 등의 새로운 기능도 추가되었습니다. 이 버전은 애드혹 네트워크(Ad hoc network)당 더 많은 수의 기기를 지원합니다. 이 버전은 Bluetooth® Mesh 규격과 연계하여 홈 오토메이션및 산업 애플리케이션에 새로운 기회의 문을 열었습니다.

이후에도 Bluetooth® 기술을 개선한 버전이 계속 배포되었습니다. Bluetooth® 5.1은 AoA(Angle of Arrival), AoD(Angle of Departure)와 같은 기능을 더해 방향 탐지 기능을 개선하였으며 Bluetooth® 5.2는 네이티브 오디오 지원및 스마트 전력 제어를 도입했습니다. 이와 같이 Bluetooth® LE는 먼 미래까지 유효한 Bluetooth® 기술입니다.

Bluetooth® LE 개요

Bluetooth® LE는 전 세계적으로 사용되는 2.4 GHz ISM 대역 내에서 AFH(Adaptive Frequency-Hopping)로 작동하는 대역확산방식 시스템입니다. Bluetooth® LE는 1 또는 2 Msym/s(LE 1M, LE 2M)의 심볼 레이트의 GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)변조를 채택하고 있습니다. 이 주파수 호핑 메커니즘은 37개 범용 RF 채널에 걸쳐 끊김 없이 효율적인 통신을 보장합니다.

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LE 1M와 LE 2M 비교

Bluetooth® 5.0은 정거리 애플리케이션을 위해 LE 2M과 연계한 LE 코드 채널을 도입했습니다. 이러한 채널은 두 가지 선택적 코딩 방식, 즉, 8개 기호가 단일 비트를 나타내는 S=8과 2개 기호가 단일 비트를 나타내는 S=2를 제공합니다. S=8 방식은 특히 두 LE 코드 채널의 헤더 부분에 적용됩니다.

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Bluetooth® 5.0와 4.2 비교.

Bluetooth® LE는 Primary와 Secondary Advertising Channel을 통해 애드버타이징 통신을 지원하는 것 외에도, ACL(Asynchronous Communication Link)을 지원합니다. 이러한 링크의 목적은 Signaling 제어와 최선의 트래픽(Best effort traffic) 제어입니다. 또한 Bluetooth® LE는 LE 오디오 애플리케이션 전용인 CIS(Connected Isochronous Stream) 및 BIS(Broadcast Isochronous Stream)를 채택하고 있습니다.

Bluetooth® LE 테스트 - 물리 계층

다양한 요소가 전반적 통신 성능에 중요한 영향을 미칩니다.

안테나 설계
전원공급장치
LTE, WLAN 등 기타 무선 통신 칩과의 상호간섭
최종 하우징

전체 설계 단계와 이후 단계에서는 전송된 정보의 정확성을 보장하고 원하는 성능 벤치마크를 달성하기 위해 철저한 테스트를 수행하는 것이 중요합니다.

Bluetooth® LE 장치에 대한 RF 테스트방식이 있습니다. 공급업체별 컨트롤 인터페이스를 이용하는 한 가지 방식은 연구개발 및 생산에서 완전히 자동화된 테스트를 수행할 때 일반적으로 채택되고 있습니다.

Bluetooth® LE의 컴플라이언스 테스트에 대해서는 Bluetooth® SIG(Special Interest Group)에서 DTM(Direct Test Mode)을 표준화했습니다. 이 모드에서는 전용 유선 테스트 인터페이스를 통한 제어로 Bluetooth® LE 송신기와 수신기를 테스트할 수 있습니다.

RFPHY 검증을 위한 Bluetooth LE DTM(Direct Test Mode) 셋업

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RFPHY 검증을 위한 Bluetooth® LE DTM(Direct Test Mode) 셋업

DTM(Direct Test Mode)은 테스트 컨트롤을 위해 IUT(Implementation under Test)에 케이블 커넥터를 사용해야 합니다. 두 가지 지정 옵션은 IUT의 HCI(Hosst Control Interface)에 USB 또는 RS232를 연결하는 방법과 IUT에 전용 2-와이어 UART를 연결하는 방법이 있습니다. 이 테스트 셋업에서는 IUT를 매우 정확하고 안정적으로 컨트롤할 수 있습니다.

Bluetooth® LE 물리 계층 테스트 항목에는 일반적으로 다음 사항이 포함됩니다.

송신 테스트 - 송신 출력, 전력 밀도 스펙트럼, 스퓨리어스 방출, 변조 정확도 등을 평가
수신 테스트 - 수신 감도 및 블로킹 성능(Blocking performance) 평가
방향 탐지 등의 새로운 기능 탑재

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업계는 보통 유선 연결을 제공하지 않는 Bluetooth® LE 기기에 대해 OTA(over-the-air) 테스트를 편리하게 수행할 수 있는 방법을 탐구하고 있습니다. 로데슈바르즈는 두 가지 가능성으로 이 과제에 대응하고 있습니다.

RX 및 TX 측정에 대해 Primary Advertising Channel용
표준 Bluetooth® LE 연결을 사용하여 테스트 - 이 방법은 오디오/비디오 스트리밍, 데이터 전송과 같은 애플리케이션의 성능을 평가하는 데 특히 유용합니다.

로데슈바르즈는 Bluetooth® 채널을 통해 측정 역량을 더욱 개선할 수 있는 전용 테스트 솔루션을 개발했습니다. 이 방식은 Adapted Bluetooth® 링크 계층 프로토콜을 통해 DTM과 유사한 테스트 컨트롤을 지원하며, 이 방법론은 Bluetooth® SIG에서 추후 릴리스를 통해 지원할 예정입니다.

RFPHY 검증을 위한 Bluetooth LE DTM 방식의 무선 테스트 컨트롤

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RFPHY 검증을 위한 Bluetooth® LE DTM 방식의 무선 테스트 컨트롤

Bluetooth® LE 테스트를 위한 고효율 솔루션

로데슈바르즈 테스트 및 계측 솔루션은 최신 Bluetooth® Core specification에 따라 Bluetooth® BR, EDR, LE를 지원합니다. 로데슈바르즈는 전체 제품 개발 주기에 필요한 솔루션을 지원하며, 이와 같은 포괄적인 지원과 함께 종합 포트폴리오의 디지털 설계, 저전력 애플리케이션. OTA(over-the-air) 테스트를 제공하고 있습니다.

R&S®CMW Wireless communication test 플랫폼은 Bluetooth® 버전 5.x까지테스트를 지원하는 다목적 솔루션입니다. 이 플랫폼은 Bluetooth® SIG에서 지정한 Bluetooth® LE DTM뿐만 아니라 Signaling 기능을 지원합니다. 또한, 정확한 자동화 툴을 제공하며 Bluetooth® 무선 링크를 통해 Bluetooth® LE 기기 테스트를 DTM 방식으로 컨트롤하는 기능을 지원하므로 유선 테스트 컨트롤 인터페이스가 필요하지 않습니다.

Bluetooth® 테스트 기능은 테스트 기능은 신호 발생기와 신호 분석기 등 로데슈바르즈의 주요 측정 솔루션에 탑재되어 있습니다. 이러한 기기는 Bluetooth®뿐만 아니라 기타 Non-cellular 및 Cellular 표준에 대해서도 포괄적인 지원을 제공합니다.

로데슈바르즈의 전문 담당자와 함께 귀하에게 필요한 Bluetooth® Test Case에 대해 논의해 보시겠습니까?

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애플리케이션 노트: Bluetooth® Low Energy over-the-air advertiser testing

백서: From cable replacement to the IoT – Bluetooth® 5.1

애플리케이션 노트: Bluetooth® adaptive frequency hopping on an R&S®CMW

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