Allion Labs / Romonz Kao

藍(lán)牙?（Bluetooth?）技術(shù)為短距離無線傳輸技術(shù)之一，因其低功耗、低成本、內(nèi)建安全機(jī)制、方便性高，及具有ad hoc網(wǎng)絡(luò)機(jī)制等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用。市面上各式電子裝置，幾乎都使用此技術(shù)，進(jìn)行聯(lián)機(jī)溝通與數(shù)據(jù)傳輸。

藍(lán)牙技術(shù)所使用通訊頻段為2.4GHz ISM頻段。而此頻段也經(jīng)常被眾多無線技術(shù)使用，如WiFi、DECT數(shù)字無線電話、Zigbee等，導(dǎo)致使用上的沖突產(chǎn)生，互相干擾等情形更是屢見不鮮。

因此管理與制定藍(lán)牙技術(shù)規(guī)格的藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest Group），于藍(lán)牙規(guī)范的最基礎(chǔ)版本就使用跳頻（Frequency Hopping）機(jī)制，讓該訊號(hào)在頻段內(nèi)，可隨機(jī)跳選所有頻道進(jìn)行傳輸存取。另外，更進(jìn)一步從Bluetooth Core Specification v1.2開始導(dǎo)入AFH（Adaptive Frequency Hopping）透過可適性跳頻技術(shù)，來大幅解決干擾沖突的狀況。

AFH可適性跳頻技術(shù)的機(jī)制，主要是利用藍(lán)牙裝置在聯(lián)機(jī)狀態(tài)時(shí)，透過封包丟失率（PLR）、訊號(hào)強(qiáng)度（RSSI）、檢查碼（CRC）等狀態(tài)，來判斷目前使用的頻道可否使用。如當(dāng)使用頻道有其它訊號(hào)干擾，而造成藍(lán)牙傳輸?shù)馁|(zhì)量下降時(shí)，AFH機(jī)制便會(huì)停止使用受影響的頻段，轉(zhuǎn)而使用其他頻段，避免影響藍(lán)牙傳輸?shù)男堋?/p>

由此可知AFH可適性跳頻技術(shù)，對(duì)藍(lán)牙裝置傳輸質(zhì)量的重要性，因此驗(yàn)證AFH相關(guān)機(jī)制，避免干擾產(chǎn)生是必然且重要的！

百佳泰提供專業(yè)的測(cè)試環(huán)境，無論是從訊號(hào)能量、封包等面向去解析AFH相關(guān)機(jī)制的動(dòng)作是否正確，或是利用測(cè)試環(huán)境搭配訊號(hào)產(chǎn)生器，來仿真實(shí)際干擾訊號(hào)的情況。百佳泰都可提供多種不同干擾情境模擬，并因應(yīng)客戶需求組合進(jìn)行協(xié)助分析。測(cè)試示意圖如下圖所示：

圖一

我們接著透過百佳泰測(cè)試環(huán)境，與一臺(tái)實(shí)際的車機(jī)裝置，從訊號(hào)能量面向來觀察AFH機(jī)制影響變化。圖二～圖六為使用簡(jiǎn)易頻譜分析儀，所取得的信息（X軸為2.4GHz頻段，Y軸為訊號(hào)強(qiáng)度），以下可見2.4GHz頻段上訊號(hào)能量的變化:

當(dāng)無其他訊號(hào)存在時(shí)藍(lán)牙使用了所有2.4GHz 頻段的Channel進(jìn)行傳輸（如圖二）。

圖二

當(dāng)加入一個(gè)WiFi Channel 1的干擾訊號(hào)（如圖三）可見AFH機(jī)制啟動(dòng)，藍(lán)牙避開干擾訊號(hào)使用到的Channel（如綠框標(biāo)示）。

圖三

后續(xù)我們將干擾訊號(hào)改換成WiFi Channel 11。如圖四綠框中，可見藍(lán)牙也隨之更改了傳輸Channel去避開受到干擾訊號(hào)影響的Channel。

圖四

關(guān)掉干擾訊號(hào)后，可見藍(lán)牙恢復(fù)使用所有Channel傳輸（如圖五）。

圖五

若AFH機(jī)制無法正常工作，會(huì)觀察到藍(lán)牙與WiFi訊號(hào)同時(shí)使用相同Channel的情形（如圖六紅框處），藍(lán)牙并不會(huì)避開干擾訊號(hào)使用的Channel，造成藍(lán)牙訊號(hào)被覆蓋，藍(lán)牙通訊發(fā)生問題。

圖六

再來使用Bluetooth Sniffer，從封包部分來分析AFH機(jī)制動(dòng)作啟動(dòng)與否，并觀察封包的變化。圖七～圖八為使用Bluetooth Sniffer所取得信息（X軸為Bluetooth訊號(hào)使用的Channel，Y軸為封包狀態(tài)）。我們加入圖四的WiFi干擾訊號(hào)后，可觀察到當(dāng)AFH機(jī)制啟動(dòng)后，會(huì)出現(xiàn)紫色區(qū)域（如圖七），其內(nèi)部是沒有任何藍(lán)牙封包存在，也就代表藍(lán)牙封包在傳輸過程中已閃避有干擾的Channel，所以藍(lán)牙通訊不會(huì)出現(xiàn)問題。

圖七

而AFH機(jī)制無啟動(dòng)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生如圖八的情形：Bluetooth Sniffer觀察到干擾訊號(hào)使用的Channel內(nèi)是有藍(lán)牙封包存在，藍(lán)牙傳輸無法閃避有干擾的Channel（如下圖紅框處）。另外，因受干擾影響，可見紅框內(nèi)頻道重傳封包（下圖橘色區(qū)塊）與錯(cuò)誤封包（下圖紅色、棕色區(qū)塊）的部分，明顯多于未受干擾影響頻道，而封包的重傳與錯(cuò)誤增多，對(duì)于藍(lán)牙傳輸質(zhì)量是有所影響的。

圖八

從訊號(hào)能量、封包等測(cè)試可見，AFH機(jī)制動(dòng)作不正確或無啟動(dòng)時(shí)，皆會(huì)影響整體傳輸質(zhì)量。以車機(jī)為例，若圖資傳輸延遲或錯(cuò)誤而造成導(dǎo)航上出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷，對(duì)于行車安全是有風(fēng)險(xiǎn)存在的。

如前所述，由能量、封包等測(cè)試分析可得知，AFH機(jī)制動(dòng)作啟動(dòng)與否，及其對(duì)于藍(lán)牙傳輸質(zhì)量的影響，那對(duì)于實(shí)際上傳輸數(shù)值效能的影響程度為何呢？我們實(shí)際以一臺(tái)筆記本電腦，來測(cè)試藍(lán)牙傳輸?shù)腡hroughput數(shù)值，并比較AFH機(jī)制動(dòng)作啟動(dòng)與否，對(duì)于傳輸Throughput最大傳輸值數(shù)值與RvR Throughput performance數(shù)值影響的差異。

Throughput最大傳輸結(jié)果如下表一：當(dāng)AFH機(jī)制無啟動(dòng)時(shí)，藍(lán)牙最大傳輸值因此受到影響而下降了23%～29.7%。

?? 表一 藍(lán)牙測(cè)試數(shù)據(jù)比較表?????????? Unit : Kbps

RvR（Range vs Rate）Throughput performance test驗(yàn)證結(jié)果如圖九（X軸為Path Loss代表接收能力、可測(cè)得數(shù)值越大相對(duì)可接收傳輸距離越遠(yuǎn)，Y軸為傳輸Throughput數(shù)值）；當(dāng)AFH機(jī)制無啟動(dòng)時(shí)，除了整體傳輸值變低（藍(lán)線整體低于黑線）以外，可同時(shí)測(cè)得Path Loss減少了9dB（如紅色箭頭處）；這代表藍(lán)牙可接收之傳輸距離受影響而變差。

圖九

由以上藍(lán)牙傳輸數(shù)值測(cè)試來看，AFH機(jī)制動(dòng)作正確與否，對(duì)于藍(lán)牙傳輸效能確實(shí)是有影響的；除了藍(lán)牙傳輸數(shù)值，與傳送接收距離變差以外，傳輸效能低落進(jìn)，也可能影響藍(lán)牙裝置的功能是否能正常運(yùn)作，進(jìn)而影響消費(fèi)者使用體驗(yàn)。譬如近年來市場(chǎng)上開始推出符合Hi-Res Audio Wireless標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并支持高音質(zhì)音頻編譯碼格式的藍(lán)牙耳機(jī)。而要達(dá)到符合此音頻編譯碼格式傳輸速度，必需達(dá)到一定數(shù)值，如LDAC 990kbps或者是LHDC 900kbps、AptX Lossless 1Mbps等。

當(dāng)AFH機(jī)制動(dòng)作不正確或無啟動(dòng)時(shí)，傳輸速度降至800kbps以下，勢(shì)必影響音訊格式的傳輸，造成音訊播放時(shí)可能會(huì)有延遲、破音、甚至無法播放等問題產(chǎn)生；而這些問題與風(fēng)險(xiǎn)是不容小覷的。

百佳泰除了提供藍(lán)牙AFH等避免干擾的機(jī)制驗(yàn)證測(cè)試服務(wù)外，也提供藍(lán)牙無線效能測(cè)試與相關(guān)驗(yàn)證服務(wù)，如天線效能測(cè)試（Antenna Test），無線芯片模塊端的驗(yàn)證（Conductive Test、OTA Test）、Throughput Performance測(cè)試及LOGO認(rèn)證服務(wù)等。我們希望能協(xié)助客戶在最短的時(shí)間內(nèi)，驗(yàn)證藍(lán)牙無線產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求與通訊質(zhì)量，一起為您的產(chǎn)品質(zhì)量把關(guān)。

若您有藍(lán)牙技術(shù)相關(guān)的測(cè)試需求，請(qǐng)?zhí)顚?聯(lián)絡(luò)窗體 或?qū)懶胖?span style="font-size: 16px;">cn_service@allion.com.cn聯(lián)系我們。