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)與支持部高級技術(shù)顧問。針對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……

有時候

你找著找著就迷路了

有時候

你等著等著就遲到了

有時候

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，更是各個共享單車平臺企業(yè)頭疼的問題。一時間，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攤貨。應(yīng)該不用擔(dān)心射頻發(fā)射和接收的信號質(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)計和外圍電路器件和天線等對信號質(zhì)量會產(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)計包括天線和電源，如果出現(xiàn)問題，將會導(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)通常包括信號層，射頻接地，電源布線和接地等，任何尺寸的改變都會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會導(dǎo)致像天線一樣輻射信號，導(dǎo)線尖角會產(chǎn)生EMI干擾

• 數(shù)字基帶電路的時鐘和周期信號轉(zhuǎn)換時會產(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)計或器件及天線的問題或缺陷，使共享單車使用中不會因?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)射信號測試示例

我們可以通過是德科技X系列信號分析儀對NB-IoT無線模塊電路信號進(jìn)行完整的測試和分析，圖1顯示一個NB-IoT上行信號的星座圖，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天線入口接收信號功率在-130dBm以下，環(huán)境條件惡劣情況會增加衰減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)該是先對整個定位系統(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)星定位測試平臺支持GPS/北斗/GLONASS/Galileo等各種標(biāo)準(zhǔn)，對于共享單車常用的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)_信號分析和定位

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

由于整機(jī)產(chǎn)品電路板上集成多個模塊和有源器件，一旦出現(xiàn)信號串?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)出時好時壞不穩(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)并確定信號串?dāng)_的問題，然后通過矢量信號分析將串?dāng)_信號分離出來進(jìn)行測量和定位。

圖3就是一個典型的不同模塊電路串?dāng)_信號測試和分析的例子，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，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，我們又可以通過它的頻域時域分析出這是一個從其他模塊泄露過來的CW干擾信號，可以精確地確定干擾信號的頻率和幅度，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)用中的巨大價值。

原文作者：李峰，本文略有精簡