蓝牙，WIFI，超宽带(UWB)，NFC以及红外线技术的介绍

工作原理:

1、红外线技术利用红外线光信号进行通信。红外线是一种电磁辐射，其频率低于可见光，无法被人眼所察觉。红外线通信设备通过发射和接收红外线光信号来进行数据传输。

2、蓝牙技术是一种基于无线电波的短距离通信技术。它利用2.4 GHz频段的无线电波进行通信，采用频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）等技术来实现多设备之间的通信。

3、Wi-Fi技术基于无线局域网（WLAN）标准，采用无线电波进行通信。它使用2.4 GHz或5 GHz频段的无线电频谱来传输数据。信号传输和调制解调、载波侦听多路访问（CSMA/CA）、网络组网和路由、频段选择和频谱管理。

4、NFC（Near Field Communication）技术是一种短距离无线通信技术，工作频率为13.56 MHz。NFC技术基于射频识别（RFID）技术和互联性原理。无线电场感应、通信模式被动模式（读取器模式）和主动模式（卡模式），数据交换和协议，安全性和身份验证，应用和互联性。

a、红外线技术：

红外线技术是一种利用红外线光信号进行通信的技术。红外线是电磁辐射的一种，其频率低于可见光，人眼无法察觉。红外线通信设备通过发射和接收红外线光信号来进行数据传输。红外线技术的特点如下：

传输距离相对较短，一般在几米到十几米之间。

传输速率一般较低，通常在几百bps到几千bps之间。

受到遮挡和环境干扰的影响，适用于短距离、低速率的通信需求。

常用于遥控器、红外线打印机、红外线数据传输等应用。

b、蓝牙技术：

蓝牙技术是一种基于无线电波的短距离通信技术。它利用2.4 GHz频段的无线电波进行通信，采用频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）等技术实现多设备之间的通信。蓝牙技术的特点如下：

传输距离一般在几米到几十米，取决于设备功率和环境条件。

传输速率相对较高，可达几十kbps到几Mbps。

具有较强的穿透能力，对一些障碍物的影响较小。

广泛应用于无线耳机、无线音箱、智能手机、电脑、物联网设备等应用。

c、Wi-Fi技术：

Wi-Fi技术是一种基于无线局域网（WLAN）的通信技术，用于在有限范围内建立无线网络连接。Wi-Fi使用2.4 GHz或5 GHz频段的无线电波进行通信，采用CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）技术实现多设备共享无线网络。Wi-Fi技术的特点如下：

传输距离一般在几十米到几百米，受到环境和设备功率的影响。

传输速率较高，可达几十Mbps到几Gbps。

可同时支持多个设备Wi-Fi技术采用无线接入点作为网络的中心节点，通过路由器和交换机等设备连接到有线网络，从而实现无线和有线网络之间的桥接。

Wi-Fi技术广泛应用于家庭、办公室、公共场所和商业场所等，提供无线上网、文件传输、音视频流媒体和远程控制等功能。

d、NFC技术：

NFC）技术是一种短距离无线通信技术，它在13.56 MHz的频段上工作。NFC技术允许两个设备在非接触的情况下进行通信，通常的工作距离在几厘米范围内。NFC技术的特点如下：

传输距离非常短，通常在几厘米范围内。

传输速率较低，通常在几十kbps范围内。

安全性较高，支持加密和身份验证功能。

主要应用于移动支付、智能门禁、数据传输和智能标签等领域。

NFC技术可以通过简单的触碰或靠近操作进行通信，常见的应用包括移动支付服务（如手机支付）、智能门禁卡、电子身份证、智能标签和数据传输等。

 这四种无线通信技术各具特点，适用于不同的应用场景。红外线技术适用于短距离、低速率的通信；蓝牙技术适用于短距离、中等速率的通信；Wi-Fi技术适用于中长距离、高速率的局域网通信；NFC技术适用于极短距离、安全性较高的通信和身份验证。

 

超宽带(UWB)技术是一种利用纳秒级的窄脉冲进行数据传输的无线通信技术。它既不同于传统的窄带通信技术，也不同于广泛用于宽带通信的OFDM技术，UWB信号的超大带宽和极低功率对测试方法和测试仪表提出了新的需求和挑战。

基于IEEE 802.15.4a/f/z标准的UWB(Ultra-wideband)超宽带技术是一种利用纳秒级的窄脉冲进行数据传输的无线通信技术。UWB技术可实现厘米级别的精准位置测量，提供速率高达27 Mbps的安全数据通信，且功耗和延迟非常低，而极高的带宽和极低的功率谱密度可以使其与其他窄带和宽带无线通信系统共享频谱且具备一定的抗干扰性。既不同于传统的窄带通信技术，也不同于广泛用于宽带通信的OFDM技术，UWB信号的超大带宽和极低功率对测试方法和测试仪表提出了新的需求和挑战。

如今，UWB技术发展迅速，已经进入消费市场和工业市场，主要针对手机终端、汽车应用、物联网及工业4.0等领域，包括室内定位、移动数据共享、安全支付、资产跟踪、车载定位、无钥匙进入、智能家居和智能工厂等典型用例。

UWB定义与标准

参考FCC的定义，满足10 dB带宽(fH - fL) > 500 MHz或者分数带宽2*( fH - fL)/ (fH + fL) > 0.2的信号可以称为UWB超宽带信号（图1），且信号的功率谱密度限制于-41.3 dBm/MHz。

图 1: UWB信号定义

2002年，FCC允许在非授权频段使用UWB系统用于雷达、公共安全和数据通信的应用。2005年，WiMedia联盟发布了第一个商用UWB标准ECMA-368。2007年至今，UWB技术主要在IEEE 802.15.4标准工作组进行演进。最新的IEEE 802.15.4z标准定义了LRP(Low Rate Pulse)和HRP(High Rate Pulse)两种UWB物理层规范，其中HRP UWB的应用最为广泛。

目前，UWB联盟、FiRa联盟和车联网联盟都是推动UWB发展的重要组织。

HRP UWB物理层技术

HRP UWB定义了Sub GHz频段、Low Band频段和High Band频段三个频段(表1)。每个频段包含一个强制支持的信道及其他多个可选支持的信道，其中信道4、7、11和15这四个可选信道支持更大的带宽(> 1 GHz)，而其余信道的带宽均为499.2 MHz。

表1：HRP UWB频段和信道分配

HRP UWB PHY帧(PPDU)由前导和数据两部分组成(图2)。前导部分包含同步头(SHR)，由同步字段(SYNC)和帧开始分隔符字段(SFD)组成。数据部分包含PHY头(PHR)和PHY有效载荷。

图 2：HRP UWB PHY帧结构

前导部分的调制采用三元码方式。前导符号Si由三元码序列Ci = {-1, 0, 1}组成，在码符号间插入若干个码片持续时间(图3)。HRP UWB支持的编码序列长度有IEEE 802.15.4-2015定义的31和127，以及IEEE 802.15.4z增加的91。码片持续时间也称为Delta Length，由编码序列长度和信道号决定。

图 3：前导符号的结构

数据部分的调制结合了突发位置调制(Burst Position Modulation)和二进制相移键控(BPSK)，称为BPM-BPSK调制方式(图4)。每个符号由一个突发脉冲组成，包含2比特信息。其中一个比特用来决定突发脉冲的位置，另一个比特决定脉冲调制的相位。标准定义了多种突发脉冲长度来支持多种数据速率。

图 4：BPM-BPSK调制方式

UWB定位的基本原理是利用TOF(Time of Flight)进行精确测距。在TOF的基础上，采用改进算法，例如TDOA(到达时间差定位)，TOA(到达时间定位)，TWR(双向测距)，AOA(到达角定位)，可以对定位性能进一步提升，适应不同的应用场合。

图 5：TOF测距法

UWB测试项目与方法

UWB测试项目主要来源于802.15.4-2015规范，在协议第16章HRP UWB PHY第四部分中，描述了RF方面的测试要求。主要包括如下的用例 ：

1) 16.4.5 Baseband impulse response (脉冲响应)

2) 16.4.6 Transmit PSD mask(发射频谱模版)

3) 16.4.7 Chip rate clock and chip carrier alignment(码片误差)

4) 16.4.10 Transmit center frequency tolerance (中心频率误差)

5) 16.4.11 Receiver maximum input level of desired signal(接收机电平)

针对以上的测试用例需求，罗德与施瓦茨公司提供了一系列的测试方案。以上用例的测试均在R&S CMP200非信令综测仪上实现。

在使用R&S CMP200进行射频测试的过程中，发射机测试是通过外部PC软件控制终端发射指定的UWB信号，在固定的频段以及固定的数据格式，R&S CMP200会测量终端发射出来的信号射频指标。接收机测试时R&S CMP200内置的信号发生器，发送指定格式数据包，终端工作在接收机状态，然后汇报接收到的数据包数目以及误包率。

同时，R&S CMP200的测量在满足协议测试要求的基础上，还额外增加了一些信号分析内容，满足研发客户进一步需求。例如如下用例：

1) Chip/Symbol Clock Jitter Analysis

2) Chip/Symbol Phase Jitter Analysis

3) Chip/Symbol EVM

4) Preamble/Data Power

5) Power vs Time

通过以上测试，可以有效的保证UWB模块射频信号质量，改善UWB数据传输性能。

 

举例：蓝牙是怎么测试的：

所谓蓝牙技术，实际上是一种短距离无线通信技术，利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。

蓝牙是现在智能设备上一个必不可少的模块，支持大容量的近距离无线通信，典型的传输距离是10米左右，通过增加发射功率可达到100米，支持多链接，安全性高。

在我们的身边接触到的蓝牙模块设备非常多，手机、车载、耳机、音响、自拍杆、打印机等设备都有带蓝牙模块等。作为一个测试人员，且每天都跟手机打交道，如果让我们测试手机的蓝牙模块该从何处入手呢？今天我们就来谈谈手机蓝牙功能的测试点。大体上可以从功能性测试、兼容性、稳定性测试、性能测试等方面考虑。

功能测试

一、APP扫描设备

1、手机端蓝牙不同设置下是否能正常扫描：蓝牙打开、蓝牙关闭；

2、蓝牙设备被扫描到并出现在可连接设备列表的条件：

• 蓝牙设备名称与可连接的设备列表中的名称匹配、设备处于广播状态；
• 蓝牙设备与可连接的设备列表中名称是否匹配：匹配、不匹配；
• 蓝牙设备状态（视具体硬件而定）：待机状态、广播状态、已连接状态、蓝牙设备操作中、数据传输中、关机状态；

测试以上各种组合场景下，蓝牙设备是否能正常扫描且出现在可连接设备列表；

3、不同场景下，是否正常扫描：

• 一个手机同时扫描多个设备；
• 多个手机同时扫描同一个设备；
• 多个手机同时扫描多个设备；

4、扫描过程中取消；

5、扫描结果：扫描超时；未扫描到可连接设备，是否支持重试；扫描失败；扫描成功；

二、连接设备

APP端点击可连接设备列表，连接蓝牙设备。

• 测试蓝牙设备状态变化后，不同状态下是否可正常连接：待机状态、广播状态、已连接状态、蓝牙设备操作中、数据传输中、关机状态；
• 连接结果的处理：连接成功、连接失败、连接超时等；
• 连接成功后的操作：APP其他操作、连接中断、退到后台、杀掉APP等；
• 其他场景：扫描到多个设备；

三、断开连接

• 设备端断开：设备关机、设备电量耗尽；
• APP端断开：手动断开、其他操作断开连接；

四、其他交互操作

• 切换其他蓝牙设备，是否正常连接；
• 蓝牙断开后重新打开，支持自动连接；
• 距离超出蓝牙可检测范围，是否会断开连接，再恢复到可检测范围，能否自动连接；
• 手机端连接多个不同蓝牙设备，各个设备功能是否都正常使用；

五、连接成功后的数据传输

• 功能上：APP端和蓝牙设备端是否符合正常使用需求；
• 性能上：APP与蓝牙设备的交互是否满足需求；

兼容性测试

一、车载蓝牙

1、配对连接：

• 手机搜索车载配对；
• 车载搜索手机配对；
• 错误密码配对；
• 电话本、通话记录、短信同步：
• 车载手动、自动匹配SIM卡、手机联系人；
• 车载匹配群组联系人；
• 手机/车载操作：联系人删除、添加同步；
• 手机/车载操作：通话记录同步-呼入、呼出、错过、删除同步；
• 手机/车载操作：短信消息同步-接收、发送、删除、未读/已读状态；
• 权限控制-拒绝时不允许同步；

2、通话：

• 手机端发起/接收通话检查-手机操作车载同步，音质、音量、通道；
• 车载端发起/接收通话检查-车载操作手机同步，音质、音量、通道；
• 拨打运营商号码提示按键操作；
• 多路通话；
• 通话车载重连压力；

3、音乐播放:

• 手机端播放音乐-手机端操作车载同步，音量、进度条、暂停、播放；
• 手机端播放音乐-车载段操作手机同步，音量、进度条、暂停、播放；
• 手机/车载交叉控制；
• 音乐播放时车载重连压力；

4、交互测试：

• 音乐播放时来电-手机/车载接听、挂断；
• 音乐播放时拨号-手机车载拨号、挂断；
• 音乐播放时手机接收/发送微信语音消息；
• 车载导航语音播报时来电接听后挂断；

二、蓝牙耳机、音箱

1、搜索配对连接。

2、通话：

• 通话效果-主观；
• 通话中手机控制；
• 通话中耳机控制-接听、拒接、回拨、挂断、静音/恢复、音量调节；
• 拨打运营商号码提示按键操作 ；
• 多路通话；
• 通话中蓝牙耳机重连；

3、音乐：

• 音乐效果-主观；
• 播放音乐手机端控制；
• 播放音乐耳机端控制-暂停/播放、上/下一首、音量调节；
• 播放音乐时手机/蓝牙交互-暂停、播放；
• 音乐播放时耳机重连；

4、交互：

• 音乐时来电-手机/耳机接听、挂断；
• 音乐时拨号-手机/耳机拨号；
• 音乐时接收/发送微信语音消息；

5、三方应用：

• 抖音短视频；
• 爱奇艺播放视频；
• 王者荣耀游戏；
• 微信语音、视频通话；

三、蓝牙鼠标和键盘

• 鼠标、键盘搜索配对连接；
• 鼠标左键单击-图片、音乐控制、视频控制；
• 鼠标左键双击-打开应用、网页缩放、窗口缩放；
• 鼠标长按-execl表选中；
• 鼠标右键-网页操作；
• 鼠标滑轮-联系人滚动、网页浏览、ppt翻页，滑轮按压；
• 键盘所有字符输入；
• 键盘上的功能键-如tab换行、空格键等；
• 键盘上的组合键操作；
• 三方应用上鼠标、键盘操作；

四、蓝牙手环

• 搜索配对连接；
• 手环手机同步；
• 手环解锁；
• 多profile交互-如蓝牙耳机播放音乐过程中手环解锁和数据同步；

五、蓝牙自拍杆

• 搜索配对连接；
• 前摄、后摄拍照、连拍；

六、蓝牙打印机

• 搜索配对连接；
• 单张、多张连续打印；
• 打印过程中交互-来电、消息、蓝牙配对等请求和文件传入等；

七、蓝牙文件传输

• 系统覆盖：Android、ios各系统版本。
• 手机品牌覆盖：小米对三星、华为、oppo、vivo、iphone、小米等。
• 系统、品牌测试文件格式覆盖：视频、图片、txt、vcf、apk、压缩包等。

稳定性测试

一、开关和连接稳定性

• 状态栏开关压力断开/连接；
• 设置开关压力断开/连接；
• 重启蓝牙耳机自动连接；
• 重启/开关手机自动连接 -需要支持的耳机；
• 传输文件大小-大文件；
• 传输文件个数限制；
• 蓝牙共享网络；

二、配对稳定性

• 测试机与辅助机主动配对；
• 测试机与辅助机被动配对；
• 测试机与车载配对；
• 测试机与自拍杆配对；
• 测试机与耳机配对；

三、蓝牙搜索

测试机搜索蓝牙的个数与对比机对比

四、长时间播放音乐、通话

性能测试

• 配对连接耗时；
• 重连耗时；
• 1米、10米无障碍发送、接收10M文件；
• 1米、10米有人体障碍发送、接收10M文件；
• 隔墙发送、接收10M文件；
• 5米距离不开WiFi传输10M文件性能-室外；
• 5米距离开WiFi传输10M文件性能-室外；
• 蓝牙耳机播放音乐卡顿距离；
• 蓝牙耳机播放音乐断开距离；
• 蓝牙耳机通话时卡顿距离；
• 50米(-80-90dbm)弱信号传输10M文件；
• 1米抗干扰；
• 10米抗干扰。

 

参考：http://www.zdinnova.com/newsinfo/1098336.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/631431903?utm_id=0