RF-ASE トレーニング

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1 Bluetooth 信号の測 定に必要なリアルタイム測定技術

2 本日の内容 Bluetooth 規格の概要 Bluetooth LE(Low Energy) と従来のBluetooth(Classic Bluetooth) スペクトラム アナライザの分類 掃引型スペクトラム アナライザとリアルタイム スペクトラム アナライザ Bluetooth 測定ソリューション 2

3 Bluetooth 規格全体の概要 Bluetooth は 2.4GHz 帯を使用した近距離通信技術 物理データシートは最高で3Mbps 程度 ( 一部規格を除く ) 2400MHz~2480MHzの80MHz 帯域内で周波数ホッピングを行う 2.4GHz 帯を使用する他の通信規格や電子レンジとの干渉を回避する機能を搭載 Bluetooth 4.0で低消費電力のBluetooth LEが規定された Bluetooth 搭載機器の例 ワイヤレスヘッドセット キーボード マウス Bluetooth LE 搭載機器の例 スマート ウォッチ 各種センサ (IoT: Internet of Things) 3

4 Bluetooth LE(Low Energy) について Bluetooth4.0 で規定された新しい方式 Bluetooth Basic Rate 及び Enhanced Data Rate とは互換性がない Bluetooth 1.x~3.x BR 及び EDR Bluetooth 4.x LE(Low Energy) データ チャンネル 79ch 37ch アドバタイズメント チャンネル 32ch 3ch リンク確立までの時間数 100ms 数 ms 使用する帯域 1MHz 2MHz パケット長長い短い Bluetooth LE は従来の Bluetooth との互換性を捨てることにより 超低消費電力を実現 4

5 通常の Bluetooth の通信モード ペリフェラル ( ヘッドセット マウス等 ) ペリフェラル ペリフェラル セントラル ペリフェラル クラシックBluetoothではペアリング実施後に通信を開始 コネクションを確立しないと通信できない 5

6 アドバタイジング通信モード Bluetooth LE で新たに採用されたモード アドバタイジング信号 スキャナ スキャナ IoT 機器 ( センサ ビーコン等 ) スキャナ スキャナ IoT 機器はコネクションを確立しなくても 一方的に短いデータを送ることができる 6

7 2.4GHz 帯のチャンネル割り当て 無線 LAN Bluetooth BR EDR 1MHz 幅 x 80ch Bluetooth LE 2402MHz 2426MHz 2MHz 幅 x 40ch 2480MHz 7

8 Bluetooth LE 信号の測定例 2402 MHz 2426 MHz 2480 MHz アドバタイズメント中の Bluetooth LE 信号 (3 チャンネル使用 ) コネクション確立後の Bluetooth LE 信号 (37 チャンネル使用 ) 8

9 アドバタイズメント信号の出力タイミング 拡大 400μs 800μs 時間 50ms 周波数 周波数 3つのアドバタイズメント チャンネルが順番に出力 3チャンネル出力後は一定時間 ( この場合は50ms)RF 出力は休止 パルスのインターバルに対して信号の出力時間は短い この設定では信号が出力されている時間は全体の約 0.8% 9

10 Bluetooth Low Energy 測定に要求される性能

11 スペクトラム アナライザ取込方式の違い 掃引型スペクトラム アナライザ バンドパス フィルタの通過周波数を掃引させ 周波数 vs パワーをプロット あるいは ミキサを用いてフィルタ掃引と等価な動作をする方式 2784 型 (1990 年 ) リアルタイム スペクトラム アナライザ フーリエ変換演算 (FFT or DFT) を行い 時間波形をスペクトラムに変換 当社のスペアナは 全てリアルタイム スペクトラム アナライザ FFT: 高速フーリエ変換 (Fast Fourier Transform) DFT: 離散フーリエ変換 (Discrete Fourier Transform) RSA5126B 型 (2014 年 ) 11

12 掃引型スペアナの基本構造 分解能帯域幅 (RBW) は 1Hz~ 最大でも 10MHz 程度 入力 RF アッテネータ ミキサ #1 Tektronix 2784 型 (1990 年 ) IF: 中間周波数 分解能帯域幅可変フィルタ (RBW) 発振器 (Local Oscillator) 検波器 X 軸 Y 軸 のこぎり波発生器 CRT ビデオ フィルタ 周波数掃引 掃引速度は最速でも 1ms/ スイープ 分解能帯域幅 (RBW) を 1/2 にすると 掃引時間は 4 倍必要 12

13 リアルタイム スペクトラム アナライザの概要掃引型 SA VS. リアルタイム SA 掃引型 リアルタイム 白抜き部は取りこぼし 見えていない 最速 1ms で 1 回測定 リアルタイム帯域内は取りこぼしなし 1ms 周波数 周波数 13

14 BLE のアドバタイズメント信号の測定 掃引型スペアナとリアルタイム スペアナの比較 掃引型スペアナではビーコン信号の測定が困難 ( 非常に時間がかかる ) リアルタイム スペアナなら瞬時に測定可能 14

15 利点と弱点 掃引型スペアナ 利点 認証試験で使用される 価格が安い 弱点 測定速度が遅い 取りこぼしがある 取込帯域が狭い VS リアルタイム スペアナ 利点 測定速度が速い 取りこぼしが無い 取込帯域が広い 弱点 認証試験では使用されない 価格が高い 大型で持ち運びに不便 15

16 RSA306B 型 USB リアルタイム スペクトラム アナライザ すべての RF エンジニアにリアルタイム機能を かつてないコストパフォーマンス : 本体価格 :498,000 円 革新的なシステム構成 : USB 接続 ( 操作 / 給電 ) で本体は 750g の重さ ハンディタイプでトップクラスのハードウェア性能 : 周波数レンジ :9kHz ~ 6.2GHz リアルタイム取込帯域幅 : 40MHz 捕捉可能な最少信号時間 :100 µsec 推奨 PCスペック * インターフェース : USB 3.0( 必須 ) メモリ : 4 GB(8GB 以上を推奨 ) CPU: Intel Core i5プロセッサ以上 OS: Windows 7 /8/10(64ビット版) 魅力的な多機能ソフトウェア : リアルタイム スペアナの機能を PC 上に搭載 *: PC とアンテナは別売り 16

17 RSA500A/600A シリーズ USB スペクトラム アナライザ 本格的なスペクトラム アナライザとして使用可能 2 シリーズ 計 4 製品のラインナップ RSA603A/607A 型 :AC 電源駆動 ラボ ユース RSA503A/507A 型 : バッテリ駆動 フィールド ユース 各シリーズ 2 周波数レンジの製品構成 RSA503A/603A 型 : 9 khz ~ 3.0 GHz RSA507A/607A 型 : 9 khz ~ 7.5 GHz RSA603A, RSA607A 無線機器設計 / 開発用途としてラボで使用可能高性能をコンパクト設計 低価格で トラッキング ジェネレータ機能 ( オプション ) GPS 標準搭載で 位置情報に連動して記録 取込帯域幅 : 40 MHz 最小捕捉時間 100% POI: 100 us ダイナミックレンジ (SFDR): 70 db RSA503A, RSA507A フィールド使用に最適なバッテリ駆動 堅牢 / コンパクト設計 3 MARCH

18 Bluetooth 測定オプションによる測定例 18

19 まとめ Bluetooth LE 規格について Bluetooth LEでは従来のBluetoothとでは通信方式が異なる BLEのアドバタイズメント信号は出力されている時間が短い スペクトラム アナライザの種類 掃引型スペクトラム アナライザとリアルタイム スペクトラム アナライザ Bluetooth LE 測定に最適なUSBリアルタイム スペクトラム アナライザ 低価格かつ小型 軽量のRSA306B 型 GPS 内蔵でフィールドでの測定に最適なRSA500Aシリーズ 据え置き型スペアナと同等の性能を搭載したRSA600Aシリーズ 19

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