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WARNING！一大波共享单车射频问题正无情向你袭来！

太空与网络 · 公众号 · 民航 · 2017-10-20 21:00

正文

本篇文章作者 —— 李峰，是德科技（中国）有限公司技术与支持部高级技术顾问。针对目前共享单车的热点问题，李峰为我们分享了目前所面临的问题及解决方案（本文略有精简，想看完整版本可以在文末下载）。转载自微信公众号“射频百花潭”。

近两年迅速兴起的共享单车意外成为推动物联网普及和大规模应用的有力因素。目前，共享单车的无线通信模块都集中在智能锁里，有用GSM短信的、GPRS数据的、蓝牙、GPS和北斗的。最近，也有先驱们提出将NB-IoT这种低功耗广域网技术引入的。艺多不压身，谁牛用谁家~

但在实际使用过程中，大家碰到了很多的问题……

有时候

你找着找着就迷路了

有时候

你等着等着就迟到了

有时候

你骑着骑着就破产了

夸张艺术手法~但问题不解决，迟早要破产

解锁失败，时间延迟，定位问题导致找车困难，数据通信不稳定导致计费问题……有一句谚语说的好——“出来混，谁还没碰到几辆坏车”。

这些问题不仅困扰普通骑车人，更是各个共享单车平台企业头疼的问题。一时间，大家都很困惑，厂家拍着胸脯说：软件上的功能指标都查过好几遍了，没问题呀！！而且咱采用的都是主流的无线通信芯片，可不是随随便便的地摊货。应该不用担心射频发射和接收的信号质量问题了吧？可问题恰恰出在这里！

# 射频测试的重要性

实际上围绕芯片的模块电路设计和外围电路器件和天线等对信号质量会产生很大影响，单纯依靠芯片是无法解决模块和整机通信性能的。下面我们以共享单车智能锁里面无线通信模块结构为例来看看射频测试的重要性：

上图是行业常见的GPRS无线通信模块构成的典型产品电路结构，虽然无线通信模块具有很高的集成度，但是可以看到外围设计包括天线和电源，如果出现问题，将会导致产品最终的射频性能受到较大的影响。

1. 例如多个模块或有源器件之间的非连续干扰引起系统工作不稳定；

2. 射频电路PCB的多层结构通常包括信号层，射频接地，电源布线和接地等，任何尺寸的改变都会影响天线的性能和微带线的特性阻抗

天线的阻抗和匹配电路尤其重要，直接影响功率损耗
微带线长度接近工作频率波长1/4会导致像天线一样辐射信号，导线尖角会产生EMI干扰
数字基带电路的时钟和周期信号转换时会产生噪声，从而影响射频电路部分

— 因此，结论是 —

射频部分往往需要屏蔽措施

与其他电路隔开

电源电路也需要有专门的设计考虑

降低耦合噪声

# 知道问题在哪里了，咋解决嘞？

那么现在的关键就是如何能够及早发现和解决这些射频设计或器件及天线的问题或缺陷，使共享单车使用中不会因为这些问题影响用户体验。答案就是在模块和整机的研发和生产过程中引入完善的射频测试。下面是一些典型的针对无线模块射频测试的例子：

NB-IoT射频测试

图1 NB-IoT无线模块发射信号测试示例

我们可以通过是德科技X系列信号分析仪对NB-IoT无线模块电路信号进行完整的测试和分析，图1显示一个NB-IoT上行信号的星座图，频谱，NPUSCH和NPUSCH_DMRS信道的分析，以及综合的EVM矢量误差分析，从而全面地反映NB-IoT模块和外围电路的信号质量。

GPS和北斗卫星

定位接收测试方法

图2 典型的GNSS全球卫星导航定位系统

接收机测试方法框图和分析示例

这部分对共享单车应用最关键的是定位精度和灵敏度，通常GPS天线入口接收信号功率在-130dBm以下，环境条件恶劣情况会增加衰减10-20dB，所以要求接收机灵敏度一般要做到-150dBm以下，这对导航芯片外围的天线等射频电路提出很高的要求，任何多余的衰减或噪声都会直接影响整机产品的灵敏度，所以解决方案应该是先对整个定位系统电路进行定位精度和灵敏度的测试，然后分析和解决那些影响幅度和信噪比的问题。

图2就是典型的GNSS全球卫星导航定位系统接收机测试方法，是德科技N7609B+N5182B卫星定位测试平台支持GPS/北斗/GLONASS/Galileo等各种标准，对于共享单车常用的GPS和北斗标准，是德科技提供GPS/北斗并发的复合星座支持，可以实现并行测试。

电路板不同模块间

串扰信号分析和定位

图3 通过射频矢量信号分析发现和定位串扰信号示例

由于整机产品电路板上集成多个模块和有源器件，一旦出现信号串扰问题，很容易造成无线模块工作不正常或者性能下降。由于现代无线通信信号大多是脉冲心跳包方式，串扰现象也呈现突发和不连续特点，给产品功能造成的影响就往往呈现出时好时坏不稳定，而且很难定位。这是仅仅查看芯片厂家测试数据不会有帮助，解决方法就是先通过射频测试发现并确定信号串扰的问题，然后通过矢量信号分析将串扰信号分离出来进行测量和定位。

图3就是一个典型的不同模块电路串扰信号测试和分析的例子，可以看到解调结果显示的EVM误差很大，从星座点偏移的形状可以判断是非相干信号干扰，但是左下角的传统频谱图里面并不能有效分辨干扰信号，所以我们通过残差算法把矢量误差部分的采样点从信号中分离出来做FFT运算，从而在残差谱中清楚地看到干扰信号，我们又可以通过它的频域时域分析出这是一个从其他模块泄露过来的CW干扰信号，可以精确地确定干扰信号的频率和幅度，从而帮助工程师成功地找到干扰源。

最后的最后

随着共享单车平台越来越重视用户的使用体验，在IoT无线技术的应用方面竞争也越来越激烈，很多企业已经认识到单纯依靠芯片本身并不足以保证模块和终端产品的射频质量，而是德科技可以提供全面的IoT射频测试和分析解决方案，可以帮助企业提升模块和终端产品的射频质量，确保良好的共享单车用户体验，也体现了射频测试在IoT应用中的巨大价值。

原文作者：李峰，本文略有精简

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