Simulieren Sie einen schlechten Handyempfang im Labor

Derzeit entwickle ich ein Internet-of-Things-Gerät, das ein uBlox SARA-U260-GSM / 3G-Modem verwendet.

In Feldtests hatten wir erhebliche Software- / Firmwareprobleme aufgrund des schlechten Handyempfangs in unseren Einsätzen in Afrika südlich der Sahara.

Es fällt mir schwer, die Probleme im Labor zu duplizieren, da der Zellempfang hier zu gut ist. Auch wenn keine Antenne an das Modem angeschlossen ist, kann eine Verbindung zum Mobilfunknetz hergestellt werden!

Also suche ich nach dem besten Weg, um mein Modem daran zu hindern, zu glauben, dass es einen schlechten Empfang hat.

Ein Gedanke, den ich hatte, war, das Koaxialkabel der Antenne abzuschneiden und einen Widerstand zwischen der Erdungsabdeckung und dem Mittelleiter zu verlöten. Würde das funktionieren? Welche Widerstandsgröße wäre sinnvoll? Wahrscheinlich ein ziemlich niederwertiger Widerstand (sagen wir 50 Ohm?)

Ich bin verwirrt darüber, warum das Modem auch ohne Antenne eine Verbindung herstellen kann. Ich dachte, dass das Modem während des normalen Betriebs den Erd- und Mittelleiter kurzschließen muss, wenn es sendet (daher der hohe Strom, der mit einem Übertragungsburst verbunden ist).

Befindet sich der Kurzschluss unter normalen Umständen in der Antenne? Wenn ja, liegt der Mittelleiter des Koax nicht immer auf Erdpotential (dh während des Empfangs)?

BEARBEITEN:

Danke für die Antworten. Ich habe eine große Metallbox auf meinem Schreibtisch, die bereit ist, den Prüfling zu montieren (danke für das Akronym @Ali Chen).

Um einen schlechteren Zellenempfang zu "simulieren", können Sie HF-Dämpfungsglieder zwischen Ihrem Board und der Antenne verwenden. Sie bestehen aus mehreren Widerständen, die ein Netzwerk bilden, das die HF-Leistung sowohl in RX als auch in TX sehr vorhersehbar abschwächt, während die vom Modem und der Antenne aus gesehene HF-Impedanz des Vorschlags beibehalten wird. Sie haben eine begrenzte Nennleistung.

Lassen Sie Ihr Modem nicht mit offenem oder kurzgeschlossenem HF-Ausgang laufen. Dem HF-Verstärker wird das überhaupt nicht gefallen.

Kleine Dämpfungsglieder mit SMA-Steckern kosten normalerweise 10 bis 20 Euro ( https://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=VAT-3%2B ). Der SARA-U260 kann maximal 33 dBm (2 W) ausstrahlen, im Durchschnitt weniger. Beginnen Sie, den Großteil der Leistung mit einem 2 oder 3 dB Dämpfungsglied (Nennleistung 1 W) abzuleiten, das an der Modemseite angeschlossen ist, und fügen Sie dann weitere Dämpfungsglieder hinzu, um die Leistung noch weiter zu verringern, und schließen Sie schließlich Ihre Antenne an. Systeme ohne Antennen können sich unregelmäßig verhalten, und Dämpfungsglieder sind kein großartiger Ersatz für Antennen.

Bei großen Dämpfungen (> 40 dB Dämpfung, würde ich sagen) ist das Stapeln von Dämpfungsgliedern keine Lösung, da ein Teil der HF-Leistung immer über andere Wege als den Antennenanschluss (kleine Abschnitte der HF-Leiterbahn auf Ihrer Leiterplatte, Leistung) in ein Modem und aus diesem austritt versorgung etc). Dann benötigen Sie eine HF-geschirmte Box (z. B. http://www.jretest.com/jre-0709-P.htm ) mit einigen Dämpfungsgliedern in der Box und einigen Dämpfungsgliedern außerhalb der Box. Ihr Modem wird in die Box gesteckt, Ihre Antenne bleibt draußen und die Box ist mit HF-Anschlüssen ausgestattet, um Signale kontrolliert in die Box und aus der Box zu bringen.

Wenn Sie ein Budget dafür haben, ein halbes Dutzend feste Dämpfungsglieder, ein abgeschirmtes Gehäuse und ein variables Dämpfungsglied (zB https://www.aliexpress.com/item/2Watt-0-90dB-Coaxial-Adjustable-Key- Press-NKK-RF-Schritt-Dämpfungsglied-Stepping-DC-to / 32779942411.html ) kann sehr bequem zu simulieren dynamischen HF - Bedingungen in einer kontrollierten Art und Weise.

Wenn der schlechte Empfang auf benachbarte Störquellen zurückzuführen ist, benötigen Sie einen HF-Signalgenerator (plus ein HF- "T-Stück" und möglicherweise eine Isolationsbox), um dieses Problem zu emulieren. Das ist nicht billig.

Normalerweise wird das Testen und Debuggen von WWLAN in elektromagnetisch abgeschirmten Käfigen in Labors durchgeführt, wenn externe Turmsignale (oder lokale 3G-4G-Repeater / Umsetzer) zu stark sind. Die Tests werden in der Regel mit speziellen Instrumenten wie dem Agilent LTE-Tester durchgeführt , der alle Möglichkeiten hat, den Signalpegel zu ändern und einen schwachen Empfang zu simulieren. Im normalen Betrieb wird der LTE-Tester anstelle der Antenne am Prüfling (Device Under Test, DUT) angeschlossen, wobei die eigenen Antennen des Prüflings umgangen werden. Alternativ können Sie eine einfache Richtantenne direkt an den LTE-Tester-Ausgang anschließen und die natürliche Antenne des Prüflings verwenden. Anschließend müssen Sie den Abstand kontrollieren und den HF-Kanal neu kalibrieren.

Beachten Sie, dass das Problem möglicherweise nicht in Ihrer Software / Firmware, sondern in HARDWARE liegt. Drahtlose Geräte verwenden normalerweise die automatische Verstärkungsregelung nicht nur im Empfängerkanal, sondern auch im Senderkanal. Wenn der Empfang schwach ist, geht der Prüfling zu Recht davon aus, dass er weit vom Funkturm entfernt ist, und MUSS daher eine höhere Sendeleistung verwenden. Die Leistung von Übertragungsbursts kann bis zu 1-5 W betragen, was das Layout der Platine stört. Wenn das PCB-Design schlecht ausgeführt wird, können alle anderen Funktionen des Prüflings, alle anderen Sensoren usw. gestört werden.

RF ist schwierig.

Ich würde mich nicht mit der Antenne anlegen, ich denke, das Produkt sollte in seiner endgültigen Konfiguration getestet werden. Der Grund dafür ist einfach: Wenn der Empfang wirklich schlecht ist, erhöht Ihr Sender seine Leistung auf den Maximalwert, und Sie werden daran interessiert sein, ob die (ziemlich enormen) HF-Mengen, die er abgibt, Ihr Mikro zum Absturz bringen und beschädigt werden Ihre analogen Sensoren oder was auch immer andere schwarze Magie RF auf unschuldigen bystander Schaltungen tun können.

Aus der Sicht der Chips auf Ihrer Platine ist Ihr GSM-Modul, das ein paar Watt HF abgibt, wie ein Mini-Nuke ... weit mehr als genug für jeden Opamp-Go-Bonker.

Sie wollen das wirklich, wirklich testen, und wenn Sie die Antenne auf einen niedrigeren Wirkungsgrad einstellen, wird das NICHT gelingen!

Ich schlage vor, das gesamte Produkt in einen Faradayschen Käfig zu stellen, z. B. in eine Mikrowelle, einen Schnellkochtopf oder ähnliches:

Auch in durchsichtiger Ausführung erhältlich ...

Wenn Sie nun Drähte durch Ihren Faradayschen Käfig verlegen, wird der HF darauf fahren, und Sie müssen geeignete Durchführungsfilter verwenden und im Grunde genommen richtig machen, worauf es wohl nicht ankommt.

Als alternative Lösung: Machen Sie den Test im Keller Ihres Gebäudes.

Ein schlechter Empfang kann nicht nur auf ein schwaches Signal zurückzuführen sein, sondern auch auf die Entfernung zum Zellturm.

Insbesondere GSM ist nur für eine Entfernung von über 35 km ausgelegt. Andernfalls wäre der "Timing Advance" zwischen Sender und Empfänger des HF-Signals für das verwendete Protokoll zu groß.

Weitere Informationen hierzu finden Sie unter https://en.wikipedia.org/wiki/GSM und anderen Ressourcen.

Dies ist ohne geeignete Ausrüstung schwer zu simulieren. Sie sollten dafür wahrscheinlich ein Labor beauftragen. Große Telekommunikationsunternehmen verfügen über solche Testmöglichkeiten.

Einige Möglichkeiten:

1. Schließen Sie die Antenne an eine Scheinlast an
2. Verwenden Sie einen Stufendämpfer zwischen Antenne und Funkgerät, indem Sie ein doppelt abgeschirmtes Koaxialkabel verwenden
3. Führen Sie Ihre Experimente in einem abgeschirmten Raum / Gehäuse durch

Beachten Sie, dass ein geeigneter Abschwächer kein einfacher Widerstand ist. Es besteht aus einem Widerstandspad mit impedanzangepassten Ein- und Ausgängen. T-Pad-Widerstandsdämpfer nachschlagen. Die meisten sind als Dämpfungs-dB angegeben. Abgestufte Versionen mit> 100 dB Dämpfung sind als Laborzubehör erhältlich. Verwenden Sie sie mit doppelt oder vierfach abgeschirmten Koaxialkabeln, um Leckpfade zu reduzieren.

Bei Feldtests ist Ihr Gerät von Umweltproblemen (technisch geografisch?) Betroffen, nicht von Problemen mit dem Gerät selbst. Warum isolieren Sie das Gerät nicht einfach durch physische Blockaden wie Wände oder Metallkästen (siehe Antworten oben)?

Einige Gebäude haben Telefonantennen eingebaut (wie auch immer Sie sie nennen). Probieren Sie Ihr Gerät also vielleicht woanders aus?