NB-IoT技術(shù)引入，不僅僅只是在共享單車！

本篇文章作者 —— 李峰，是德科技（中國）有限公司技術(shù)與支持部高級(jí)技術(shù)顧問。針對(duì)目前共享單車的熱點(diǎn)問題，李峰為我們分享了目前所面臨的問題及解決方案（本文略有精簡，想看完整版本可以在文末下載）。此外，如果您想要第一時(shí)間看到行業(yè)大咖的技術(shù)文章，還請持續(xù)關(guān)注我們，接下來我們會(huì)陸續(xù)推出大咖系列文章。

近兩年迅速興起的共享單車意外成為推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)普及和大規(guī)模應(yīng)用的有力因素。目前，共享單車的無線通信模塊都集中在智能鎖里，有用GSM短信的、GPRS數(shù)據(jù)的、藍(lán)牙、GPS和北斗的。最近，也有先驅(qū)們提出將NB-IoT這種低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)引入的。藝多不壓身，誰牛用誰家~

但在實(shí)際使用過程中，大家碰到了很多的問題……

有時(shí)候

你找著找著就迷路了

有時(shí)候

你等著等著就遲到了

有時(shí)候

你騎著騎著就破產(chǎn)了

夸張藝術(shù)手法~但問題不解決，遲早要破產(chǎn)

解鎖失敗，時(shí)間延遲，定位問題導(dǎo)致找車?yán)щy，數(shù)據(jù)通信不穩(wěn)定導(dǎo)致計(jì)費(fèi)問題……有一句諺語說的好——“出來混，誰還沒碰到幾輛壞車”。

這些問題不僅困擾普通騎車人，更是各個(gè)共享單車平臺(tái)企業(yè)頭疼的問題。一時(shí)間，大家都很困惑，廠家拍著胸脯說：軟件上的功能指標(biāo)都查過好幾遍了，沒問題呀??！而且咱采用的都是主流的無線通信芯片，可不是隨隨便便的地?cái)傌?。?yīng)該不用擔(dān)心射頻發(fā)射和接收的信號(hào)質(zhì)量問題了吧？可問題恰恰出在這里！

#射頻測試的重要性

實(shí)際上圍繞芯片的模塊電路設(shè)計(jì)和外圍電路器件和天線等對(duì)信號(hào)質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生很大影響，單純依靠芯片是無法解決模塊和整機(jī)通信性能的。下面我們以共享單車智能鎖里面無線通信模塊結(jié)構(gòu)為例來看看射頻測試的重要性：

上圖是行業(yè)常見的GPRS無線通信模塊構(gòu)成的典型產(chǎn)品電路結(jié)構(gòu)，雖然無線通信模塊具有很高的集成度，但是可以看到外圍設(shè)計(jì)包括天線和電源，如果出現(xiàn)問題，將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品最終的射頻性能受到較大的影響。

1. 例如多個(gè)模塊或有源器件之間的非連續(xù)干擾引起系統(tǒng)工作不穩(wěn)定；

2. 射頻電路PCB的多層結(jié)構(gòu)通常包括信號(hào)層，射頻接地，電源布線和接地等，任何尺寸的改變都會(huì)影響天線的性能和微帶線的特性阻抗

• 天線的阻抗和匹配電路尤其重要，直接影響功率損耗

• 微帶線長度接近工作頻率波長1/4會(huì)導(dǎo)致像天線一樣輻射信號(hào)，導(dǎo)線尖角會(huì)產(chǎn)生EMI干擾

• 數(shù)字基帶電路的時(shí)鐘和周期信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，從而影響射頻電路部分

— 因此，結(jié)論是 —

射頻部分往往需要屏蔽措施

與其他電路隔開

電源電路也需要有專門的設(shè)計(jì)考慮

降低耦合噪聲

#知道問題在哪里了，咋解決嘞？

那么現(xiàn)在的關(guān)鍵就是如何能夠及早發(fā)現(xiàn)和解決這些射頻設(shè)計(jì)或器件及天線的問題或缺陷，使共享單車使用中不會(huì)因?yàn)檫@些問題影響用戶體驗(yàn)。答案就是在模塊和整機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)過程中引入完善的射頻測試。下面是一些典型的針對(duì)無線模塊射頻測試的例子：

NB-IoT射頻測試

圖1 NB-IoT無線模塊發(fā)射信號(hào)測試示例

我們可以通過是德科技X系列信號(hào)分析儀對(duì)NB-IoT無線模塊電路信號(hào)進(jìn)行完整的測試和分析，圖1顯示一個(gè)NB-IoT上行信號(hào)的星座圖，頻譜，NPUSCH和NPUSCH_DMRS信道的分析，以及綜合的EVM矢量誤差分析，從而全面地反映NB-IoT模塊和外圍電路的信號(hào)質(zhì)量。

GPS和北斗衛(wèi)星

定位接收測試方法

圖2 典型的GNSS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

接收機(jī)測試方法框圖和分析示例

這部分對(duì)共享單車應(yīng)用最關(guān)鍵的是定位精度和靈敏度，通常GPS天線入口接收信號(hào)功率在-130dBm以下，環(huán)境條件惡劣情況會(huì)增加衰減10-20dB，所以要求接收機(jī)靈敏度一般要做到-150dBm以下，這對(duì)導(dǎo)航芯片外圍的天線等射頻電路提出很高的要求，任何多余的衰減或噪聲都會(huì)直接影響整機(jī)產(chǎn)品的靈敏度，所以解決方案應(yīng)該是先對(duì)整個(gè)定位系統(tǒng)電路進(jìn)行定位精度和靈敏度的測試，然后分析和解決那些影響幅度和信噪比的問題。

圖2就是典型的GNSS全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)接收機(jī)測試方法，是德科技N7609B+N5182B衛(wèi)星定位測試平臺(tái)支持GPS/北斗/GLONASS/Galileo等各種標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于共享單車常用的GPS和北斗標(biāo)準(zhǔn)，是德科技提供GPS/北斗并發(fā)的復(fù)合星座支持，可以實(shí)現(xiàn)并行測試。

電路板不同模塊間

串?dāng)_信號(hào)分析和定位

圖3 通過射頻矢量信號(hào)分析發(fā)現(xiàn)和定位串?dāng)_信號(hào)示例

由于整機(jī)產(chǎn)品電路板上集成多個(gè)模塊和有源器件，一旦出現(xiàn)信號(hào)串?dāng)_問題，很容易造成無線模塊工作不正?；蛘咝阅芟陆?。由于現(xiàn)代無線通信信號(hào)大多是脈沖心跳包方式，串?dāng)_現(xiàn)象也呈現(xiàn)突發(fā)和不連續(xù)特點(diǎn)，給產(chǎn)品功能造成的影響就往往呈現(xiàn)出時(shí)好時(shí)壞不穩(wěn)定，而且很難定位。這是僅僅查看芯片廠家測試數(shù)據(jù)不會(huì)有幫助，解決方法就是先通過射頻測試發(fā)現(xiàn)并確定信號(hào)串?dāng)_的問題，然后通過矢量信號(hào)分析將串?dāng)_信號(hào)分離出來進(jìn)行測量和定位。

圖3就是一個(gè)典型的不同模塊電路串?dāng)_信號(hào)測試和分析的例子，可以看到解調(diào)結(jié)果顯示的EVM誤差很大，從星座點(diǎn)偏移的形狀可以判斷是非相干信號(hào)干擾，但是左下角的傳統(tǒng)頻譜圖里面并不能有效分辨干擾信號(hào)，所以我們通過殘差算法把矢量誤差部分的采樣點(diǎn)從信號(hào)中分離出來做FFT運(yùn)算，從而在殘差譜中清楚地看到干擾信號(hào)，我們又可以通過它的頻域時(shí)域分析出這是一個(gè)從其他模塊泄露過來的CW干擾信號(hào)，可以精確地確定干擾信號(hào)的頻率和幅度，從而幫助工程師成功地找到干擾源。

隨著共享單車平臺(tái)越來越重視用戶的使用體驗(yàn)，在IoT無線技術(shù)的應(yīng)用方面競爭也越來越激烈，很多企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到單純依靠芯片本身并不足以保證模塊和終端產(chǎn)品的射頻質(zhì)量，而是德科技可以提供全面的IoT射頻測試和分析解決方案，可以幫助企業(yè)提升模塊和終端產(chǎn)品的射頻質(zhì)量，確保良好的共享單車用戶體驗(yàn)，也體現(xiàn)了射頻測試在IoT應(yīng)用中的巨大價(jià)值。

原文作者：李峰，本文略有精簡