阅读说明：本技术 无线测量蓝牙频偏的方法、装置和计算机可读存储介质 (Method, device and computer readable storage medium for wirelessly measuring Bluetooth frequency offset ) 是由 刘境发 于 2020-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种无线测量主从设备蓝牙频偏的方法、装置和计算机可读存储介质,该方法通过两次测量数据包的同步时刻来计算频偏,能够便捷地得到蓝牙设备的蓝牙频偏,且成本低廉、抗干扰性强。(The invention provides a method, a device and a computer readable storage medium for wirelessly measuring the Bluetooth frequency offset of master and slave equipment.)

无线测量蓝牙频偏的方法、装置和计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及蓝牙测试技术领域，具体涉及一种无线测量主从设备蓝牙频偏的方法、装置和计算机可读存储介质。

背景技术

目前，晶振作为蓝牙方案中的时钟源，为2.4G RF信号提供时钟基准。由于制造工艺水平问题，不同厂家所生产的晶振通常存在一定频率偏差。这些细小的频率差异经过锁相环倍频后，将进行放大，从而导致较大的蓝牙频偏。

蓝牙频偏是指实际通信载波频率与理论通信载波频率之间的差值，当该差值超过一定范围时，将会在信号解调时引入错误，误码率过大将导致通信不稳定，甚至无法通信。所以，为了不同厂商生产的蓝牙能够互相兼容和稳定连接，蓝牙规范要求频偏应控制在一定范围以内。在实际生产中，由于晶振差异和寄生电容影响，频偏很难一致。所以测量蓝牙频偏在蓝牙方案生产过程中至关重要。

在现有测量频偏的方案中，包括两种方式：

一是将晶振频率(或2.4G信号分频后)输出到芯片引脚，通过频率计测量低频信号频偏，该方式简单直接，但实际批量生产中需要焊接飞线到仪器，测完再拆掉，工作量巨大；或者通过顶针接触到PCB测试点测量，需要定制测试模具，工序繁多。

二是直接测量2.4G信号，得到蓝牙频偏，该方式测量复杂，需要借助频谱仪或者蓝牙综合测试仪等高昂测试设备，测试成本高，频谱仪在测试过程中，容易受周围环境中2.4G信号(如电磁炉、wifi和其它蓝牙等)干扰，而蓝牙综合测试仪虽然可以抵抗2.4G干扰，但设备费用高昂，操作界面复杂，不适用于工人生产操作。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种无线测量主从设备蓝牙频偏的方法、装置和计算机可读存储介质，其能够便捷地得到蓝牙设备的蓝牙频偏，且成本低廉、抗干扰性强。

第一方面，本发明提供了一种无线测量蓝牙频偏的方法，该方法包括以下步骤：

S101、测试装置和被测装置之间建立蓝牙连接；

S102、在第一时刻，获取测试装置与被测装置的时钟偏移，为第一时钟偏移；

S103、在第二时刻，再次获取测试装置与被测装置的时钟偏移，为第二时钟偏移；

S104、根据第一时钟偏移与第二时钟偏移，计算出第一时钟偏移和第二时钟偏移的变化值，为时钟偏移差值；

S105、以测试装置的本地时钟作为基准时钟，根据时钟偏移差值、第一时刻和第二时刻，计算出被测装置的频偏值。

具体的，步骤S102、103所述本地时钟，为蓝牙协议所规定的本地时钟CLKN，是由测试装置和被测装置的本地晶振产生。

具体的，步骤S105所述以测试装置的本地时钟作为基准时钟，具体为，由校准过的测试装置的本地晶振产生的本地时钟，作为基准时钟。

具体的，步骤S102、103所述获取测试装置与被测装置的时钟偏移，包括：

当测试装置作为蓝牙从设备时，测试装置在接收数据包时，通过测试装置在同步时刻获取时钟偏移；

当测试装置作为蓝牙主设备时，被测装置在接收数据包时，通过被测装置在同步时刻获取时钟偏移，并传达给测试装置。

具体的，所述同步时刻为经典蓝牙数据包的接入码接收完毕时刻。

具体的，所述同步时刻为BLE数据包的前导码和接入地址接收完毕时刻。

具体的，步骤S102所述第一时刻与步骤S103所述第二时刻相隔预定的时间间隔。

具体的，所述预定的时间间隔为0.25～2s。

第二方面，本发明提供了应用上述方法的装置，包括所述测试装置和被测装置，测试装置和被测装置通过经典蓝牙无线连接，通过获取不同时刻下测试装置和被测装置的时钟偏移，进而获取被测装置的频偏值。

具体的，所述通过获取不同时刻下测试装置和被测装置的时钟偏移具体为，测试装置/被测装置在接收数据包时，通过测试装置/被测装置在同步时刻获取本地时钟偏移。

第三方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述方法。

本发明提供的方法，通过无线的连接方式，相对于现有技术的飞线测量，操作更为简便，效率更高。

本发明使用的经典蓝牙的68bits接入码，以及BLE的8bits前导码和32bits接入地址，在蓝牙通信中均具有唯一性，可以有效与其它2.4G信号区别。而且蓝牙具备自适应跳频技术，可以避开部分干扰严重的信道。相对于频谱仪测量单个频点的2.4G信号，更为可靠，不易受环境影响。

本发明通过两次测量数据包的同步时刻来计算频偏，相比于蓝牙综合测试仪，实现方法更为简单，测量装置实现起来成本低，操作简便，适用于量产环境使用。

附图说明

附图1为本发明实施例一提供的无线测量蓝牙频偏的方法步骤示意图。

附图2为本发明实施例一提供的测试装置作为从设备，被测装置存在正频偏时的时钟偏移时序图。

附图3为本发明实施例一提供的测试装置作为从设备，被测装置存在负频偏时的时钟偏移时序图。

附图4为本发明实施例一提供的测试装置作为主设备，被测装置存在正频偏时的时钟偏移时序图。

附图5为本发明实施例一提供的测试装置作为主设备，被测装置存在负频偏时的时钟偏移时序图。

附图6A为本发明实施例一提供的主从设备经典蓝牙数据包接收的时钟偏移时序图。

附图6B为本发明实施例一提供的主从设备BLE数据包接收的时钟偏移时序图。

附图7为本发明实施例二提供的装置的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分，而不是全部。因此，以下对在附图中提供的本发明的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施手段，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本实施例提供了一种无线测量蓝牙频偏的方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S101、测试装置和被测装置之间建立蓝牙连接；

S102、在第一时刻，获取测试装置与被测装置的时钟偏移，为第一时钟偏移；

S103、在第二时刻，再次获取测试装置与被测装置的时钟偏移，为第二时钟偏移；

S104、根据第一时钟偏移与第二时钟偏移，计算出第一时钟偏移和第二时钟偏移的变化值，为时钟偏移差值；

S105、以测试装置的本地时钟作为基准时钟，根据时钟偏移差值和预定的时间间隔，计算出被测装置的蓝牙频偏。

上述方法中，所述时钟偏移是指蓝牙通信中，从设备的本地时钟CLKN相对于主设备本地时钟CLK的偏移。蓝牙协议规定，蓝牙通信是以主设备的本地时钟CLK为基准的,在建立连接之时，从设备需要计算出时钟偏移，来确定从设备下一次开始接收数据包的时刻。由于主、从设备的本地晶振存在频偏，从设备需要不断地接收来自主设备的数据包，计算出新的时钟偏移，以此调整下一次开始接收数据包时刻，才能维持连接。

上述步骤S105中，所述以测试装置的本地时钟作为基准时钟，指的是测试装置本地晶振所产生的本地时钟预先经过频谱仪(或蓝牙综测仪)等设备校准，达到测试设备所具备的精度要求，以该本地时钟为参考，作为本发明所述基准时钟。

在上述步骤S101中，测试装置和被测装置之间建立连接具体为，由测试装置发起连接，并且由测试装置维持蓝牙连接在Active状态。一方面，可以避免被测装置进入Sniff状态，切换低频晶振作为时钟源，影响测试结果。另一方面，Active状态下，测试装置和被测装置能不断地进行数据包的发送和接收，便于后续获取时钟偏移。连接失败时，或测试过程连接断开，均视为测试失败。

上述步骤S102、103中所述测试装置与被测装置的时钟偏移，具体是由测试装置和被测装置在蓝牙连接中充当从设备角色的一方获取的，而且是在接收数据包时获取。本发明中，对于经典蓝牙而言，连接是由测试装置发起的，测试装置默认为主设备，测试装置可以发起Role Switch请求，当请求成功后，测试装置转变为从设备，由测试装置获取时钟偏移；当部分被测装置不允许Role Switch请求时，测试装置无法转变为从设备，由被测装置获取时钟偏移，再通过蓝牙传达给测试装置。对于BLE而言，连接是由测试装置发起，而且连接建立后不允许转换主、从角色，所以测试装置固定为主设备，固定由被测装置获取时钟偏移，再通过蓝牙传达给测试装置。

测试装置作为从设备时，建立蓝牙连接后，如上述步骤S102中所述，测试装置在第一时刻获取第一时钟偏移offset1。经过一段间隔时间后，测试装置在第二时刻获取第二时钟偏移offset2，其中，第一时刻与第二时刻的间隔为预定时间间隔Δt。对于经典蓝牙而言，Δt由蓝牙从设备本地时钟(即测试装置的本地时钟)计时；对于BLE而言，不存在这种情况。具体时间间隔在适当范围可根据设备实际情况自由设置，本发明在此不做具体限制。

测试装置作为从设备时，以测试装置的本地时钟为基准，若被测装置存在正频偏，如图2所示，测试装置的本地时钟比被测装置的本地时钟稍慢，那么两者的时钟偏移会变大，即第二时钟偏移offset2>第一时钟偏移offset1。若被测装置存在负频偏，如图3所示，测试装置的本地时钟比被测装置的本地时钟稍快，那么两者的时钟偏移会变小，即第二时钟偏移offset2<第一时钟偏移offset1。

上述测试装置作为从设备，被测装置存在正频偏或负频偏时，由测试装置在同步时刻获取第一时钟偏移和第二时钟偏移，两者的时钟偏移差值的计算方法为：

Δoffset＝offset2-offset1(us)

被测装置的频偏值计算方法为：

其中，offset1为上述第一时钟偏移，offset2为上述第二时钟偏移，Δoffset为上述时钟偏移差值，offset1、offset2、Δoffset均为有符号数，单位为us；Δt为上述预定时间间隔，单位为us；Δfreq为上述被测装置频偏值，有符号数，单位为ppm。

测试装置作为主设备时，被测装置按同样的步骤获取第一时钟偏移offset1和第二时钟偏移offset2。由于被测装置本地时钟存在频偏，此时，对于经典蓝牙而言，Δt由蓝牙主设备时钟(即测试装置的本地时钟)计时；对于BLE而言，Δt由BLE连接的EventCounter(即由测试装置本地时钟产生的连接间隔)计时。具体时间间隔由测试装置在适当范围根据设备实际情况自由设置，本发明在此不做具体限制。

测试装置作为主设备时，以测试装置的本地时钟为基准，若被测装置存在正频偏，如图4所示，被测装置的本地时钟比测试装置的本地时钟稍快，那么两者的时钟偏移会变小，即第二时钟偏移offset2<第一时钟偏移offset1；若被测装置存在负频偏，如图5所示，被测装置的本地时钟比测试装置的本地时钟稍慢，那么两者的时钟偏移会变大，即第二时钟偏移offset2>第一时钟偏移offset1。

上述测试装置作为主设备，被测装置存在正频偏或负频偏时，由被测装置在同步时刻获取第一时钟偏移和第二时钟偏移并将两者传达给测试装置，通过测试装置计算时钟偏移差值，计算方法为：

Δoffset＝offset1-offset2(us)

同样的，被测装置的频偏值计算方法为：

现有蓝牙通信包括经典蓝牙通信和BLE通信，由于两者通信标准不同，因此在本发明中，根据蓝牙通信的不同获取时钟偏移的方式也不同，以下分别描述在经典蓝牙和BLE下，时钟偏移的不同获取方式：

测试装置和被测装置通过经典蓝牙连接时，所述第一时钟偏移和第二时钟偏移通过测量从设备所接收的经典蓝牙数据包接入码的接收时刻来计算获得的，参照图6A，其示出了主从设备之间的时钟偏移获取时序图，图中所示CLK为主设备本地时钟，周期为312.5us(2个CLK周期为625us，后续描述为CLK[27:1])，CLKN为从设备本地时钟，SlotCount为0～624的计数器，在2个CLKN周期(后续描述为CLKN[27:1])内每1us自增一次。主设备在CLK的起始时刻开始发送数据包Packet，从设备一般会提前打开接收使能RXEN，并开始匹配接收到的码流，在正确匹配到68bit的接入码后，则认为该数据包来自主设备，此时从设备锁存下SlotCount的计数值n，则从设备时钟CLKN相对于主设备时钟CLK偏移为Δoffset＝(CLK[27:1]-CLKN[27:1])×625+(n-68)，计数值n所对应的时刻即为上述测试装置和被测装置的同步时刻。

测试装置和被测装置通过BLE连接时，所述第一时钟偏移和第二时钟偏移通过测量从设备所接收的BLE数据包前导码和接入地址的接收时刻来计算获得的，参照图6B，其示出了主从设备之间的时钟偏移获取时序图，从设备时钟CLKN相对于主设备时钟CLK偏移为Δoffset＝(CLK[27:1]-CLKN[27:1])×625+(n-40)，计数值n所对应的时刻即为上述测试装置和被测装置的同步时刻。

以上述方式分别获取第一时钟偏移offset1和第二时钟偏移offset2后，根据测试装置的主从角色和对应的时钟偏移差值Δoffset计算方法以及被测装置频偏值Δfreq计算方法，判断被测装置的蓝牙频偏是否符合蓝牙规范。

蓝牙规范中,经典蓝牙的接入码Access Code是由蓝牙主机地址生成的68bits的码流，BLE的前导码Preamble和接入地址AccessAddress是40bits的码流，在蓝牙通信中，均具有唯一性，可以有效与其它2.4G信号区别，而且蓝牙的跳频技术，可以允许多个蓝牙设备同时使用，因此本发明非常适用于产线上蓝牙设备比较多的环境。

蓝牙SIG(Bluetooth Special Interest Group，蓝牙技术联盟)一般要求经典蓝牙的频偏在±20ppm内(换算成2.4G蓝牙频偏是±48k)，要求BLE的频偏在±40ppm内。正常生产环境中，一般认为2秒钟内环境温度变化不会太大，可以忽略环境温度对频偏造成的影响，因此，可以认为±20ppm为蓝牙规范允许的频偏范围。在本发明中，测量误差主要是在获取offset时引入，测量误差为±1us。以下是发明人在测试过程中，选取不同预定时间间隔，可获得的测量精度。

预定时间间隔	测量误差	换算成2.4G蓝牙频偏
			2s	(±1us/1000000us)*1000000＝±0.5ppm	±1.2k
1s	(±1us/1000000us)*1000000＝±1ppm	±2.4k
			0.5s	(±1us/500000us)*1000000＝±2ppm	±4.8k
0.25s	(±1us/250000us)*1000000＝±4ppm	±9.6k
			0.1s	(±1us/100000us)*1000000＝±10ppm	±24k

根据上表，按较高的频偏测量精度(±1ppm的测量误差)，1秒钟内也可以测出蓝牙频偏，是可以满足蓝牙产品产线中快速测试需求的。适当的时间间隔在本实施例中优选为1秒。

实施例二：

本实施例提供了一种应用实施例一所述方法的装置，该装置包括测试装置和被测装置，测试装置和被测装置通过经典蓝牙无线连接，通过获取不同时刻下测试装置和被测装置的时钟偏移，进而获取被测装置的频偏值。

上述通过获取不同时刻下测试装置和被测装置的时钟偏移具体为，测试装置/被测装置在接收数据包时，通过测试装置/被测装置在同步时刻获取本地时钟偏移。具体时钟偏移获取方式参照实施例一所述内容，本实施例不做过多介绍。

综合实施例一所述内容，本实施例所述装置的具体工作流程如图7所示，测试装置开机后自动扫描周围被测装置，被测装置开机并靠近测试装置，具体距离控制可以通过调节测试装置的发射功率实现；测试装置在发现被测装置后，建立蓝牙连接，然后进入测试模式，进行蓝牙频偏测量；具体测量方法如实施例一中所述，测试装置在得到测量结果后，对该测试结果进行判断，若不超出频偏允许范围，则测试通过，否则测试失败，测试装置显示测试结果；被测装置关机后，测试装置自动超时断开，并重复以上步骤，进行下一个被测装置的测试流程。

实施例三：

本实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述方法。该方法可以对应上述实施例内容的相关描述和效果进行理解，此处不做过多赘述。

在本发明中，计算机可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读储存介质。计算机可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。