Simula una cattiva ricezione del cellulare in laboratorio

Attualmente sto sviluppando un dispositivo Internet of Things che utilizza un modem uBlox SARA-U260 gsm / 3G.

Nei test sul campo, abbiamo riscontrato problemi software / firmware significativi a causa della scarsa ricezione del telefono cellulare nelle nostre implementazioni nell'Africa subsahariana.

Sto facendo fatica a duplicare i problemi in laboratorio perché la ricezione delle celle qui è troppo buona. Anche se non è presente alcuna antenna collegata al modem, è comunque in grado di connettersi alla rete Internet cellulare!

Quindi, sto cercando il modo migliore per contrastare il mio modem nel pensare che abbia una cattiva ricezione.

Pensavo che avrei dovuto tagliare il cavo coassiale dell'antenna e saldare un resistore tra la guaina e il conduttore centrale. Funzionerebbe? Che resistenza avrebbe senso? Probabilmente un resistore di valore abbastanza basso (diciamo 50 ohm?)

Sono confuso sul perché il modem può ancora connettersi anche senza un'antenna. Ho pensato che durante il normale funzionamento il modem deve cortocircuitare il conduttore di terra e centrale quando sta trasmettendo (quindi l'elevata corrente associata a una raffica di trasmissione).

In circostanze normali, la posizione corta all'interno dell'antenna? In tal caso, il conduttore centrale del coassiale non sarebbe sempre al potenziale di terra (cioè durante la ricezione)?

MODIFICARE:

Grazie per le risposte Ho una grande scatola di metallo seduta sulla mia scrivania pronta a montare il DUT (grazie per quell'acronimo @Ali Chen) domani!

Per "simulare" una ricezione cellulare più scadente è possibile utilizzare attenuatori RF tra la scheda e l'antenna. Sono composti da resistenze multiple che costruiscono una rete che attenuerà la potenza RF in modo molto prevedibile, sia in RX che in TX, mantenendo l'impedenza RF del proponente vista dal modem e dall'antenna. Hanno una potenza nominale limitata.

Non utilizzare il modem con l'uscita RF aperta o in corto circuito. All'amplificatore RF non piacerà affatto.

I piccoli attenuatori con prese SMA costano in genere circa 10-20 € ( https://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=VAT-3%2B ). Il SARA-U260 può emettere un picco massimo di 33 dBm (2 W), meno in media. Inizia a dissipare la maggior parte della potenza con un attenuatore 2 o 3dB (valutato per 1W) collegato sul lato modem e quindi puoi aggiungere più attenuatori per ridurre ulteriormente la potenza e infine collegare l'antenna. I sistemi senza antenne possono comportarsi in modo irregolare e gli attenuatori non sono un ottimo sostituto delle antenne.

Per attenuazioni elevate (> 40 dB di attenuazione, direi) gli attenuatori di impilamento non sono una soluzione poiché una certa potenza RF fuoriesce sempre dentro e fuori da un modem in modo diverso dalla porta dell'antenna (piccole sezioni di traccia RF sul PCB, alimentazione fornitura, ecc.). Quindi, è necessaria una scatola schermata RF (come http://www.jretest.com/jre-0709-P.htm ) con alcuni attenuatori all'interno della scatola e alcuni attenuatori all'esterno della scatola. Il modem viene inserito all'interno della scatola, l'antenna rimane all'esterno e la scatola è dotata di connettori RF per portare i segnali dentro e fuori dalla scatola in modo controllato.

Se hai un budget per questo, mezza dozzina di attenuatori fissi, una scatola schermata e un attenuatore variabile (es. Https://www.aliexpress.com/item/2Watt-0-90dB-Coaxial-Adjhable-Key- Premere-NKK-RF-step-Attenuator-Stepping-DC-to / 32779942411.html ) può essere molto conveniente per simulare condizioni RF dinamiche in modo controllato.

Se la scarsa ricezione è dovuta a fonti di interferenza vicine, sarà necessario un generatore di segnale RF (più un "tee" RF e forse una scatola di isolamento) per emulare quel problema. Questo non è economico.

Normalmente, il test e il debug WWLAN vengono eseguiti in gabbie schermate elettromagneticamente nei laboratori quando i segnali esterni della torre (o ripetitori / ri-traduttori 3G-4G locali) sono troppo forti. I test vengono generalmente eseguiti con strumenti speciali come il tester LTE Agilent , che ha tutte le capacità per modificare i livelli del segnale e simulare una ricezione debole. Durante il normale funzionamento il tester LTE è collegato al posto dell'antenna sul Device Under Test (DUT), bypassando le antenne del DUT. In alternativa, è possibile collegare una semplice antenna onmidirezionale direttamente all'uscita LTE Tester e utilizzare l'antenna nat DUT, ma sarà necessario controllare la distanza ed eseguire nuovamente la calibrazione del canale RF.

Tieni presente che il problema potrebbe non riguardare il tuo software / firmware, ma in HARDWARE. I dispositivi wireless utilizzano normalmente il controllo automatico del guadagno non solo nel canale del ricevitore, ma anche nel canale del trasmettitore. Quando la ricezione è debole, il DUT presupporrà giustamente che sia lontano dalla torre della cella e quindi DEVE utilizzare una potenza di trasmissione superiore. La potenza degli scoppi di trasmissione può essere fino a 1-5 W, il che interferirà con il layout della scheda e, se il design del PCB è fatto male, può interrompere tutte le altre funzionalità DUT, tutti gli altri sensori, ecc.

RF è difficile.

Non scherzerei con l'antenna, penso che il prodotto debba essere testato nella sua configurazione finale. La ragione di ciò è semplice: quando la ricezione è davvero pessima, il tuo trasmettitore aumenterà la sua potenza al suo valore massimo e sarai interessato a sapere se le quantità (piuttosto enormi) di RF che esploderanno andranno in crash il tuo micro, corrotto i tuoi sensori analogici o qualsiasi altra magia nera nera possa fare su innocui circuiti di astanti.

Dal punto di vista dei chip sul tuo PCB, il tuo modulo GSM che fa esplodere qualche watt di RF è come un mini nuke ... molto più che sufficiente per qualsiasi opamp.

Davvero, vuoi davvero provarlo, e modificando l'antenna per una bassa efficienza NON la raggiungerai!

Suggerisco di mettere l'intero prodotto in una gabbia di Faraday, come un forno a microonde, una pentola a pressione o qualcosa del genere:

Disponibile anche in trasparente ...

Ora, se fai passare i fili attraverso la tua gabbia di Faraday, allora la RF passerà su di essi e dovrai usare filtri di feedthrough adeguati, e fondamentalmente Do It Right, il che immagino non sia il punto.

Come soluzione alternativa: esegui il test nel seminterrato dell'edificio.

Una cattiva ricezione può derivare non solo dal segnale basso, ma anche dalla distanza dalla torre della cella.

Soprattutto il GSM è progettato per percorrere solo circa 35 km. Altrimenti, "l'avanzamento temporale" tra il mittente e il destinatario del segnale RF sarebbe troppo grande per il protocollo in uso.

Vedi https://en.wikipedia.org/wiki/GSM e altre risorse per ulteriori informazioni al riguardo.

Questo è difficile da simulare senza attrezzatura adeguata. Probabilmente dovresti assumere un laboratorio per questo. Le grandi aziende di telecomunicazioni hanno tali capacità di test.

Alcune possibilità:

1. Collegare l'antenna a un carico fittizio
2. Utilizzare un attenuatore di gradino tra l'antenna e la radio utilizzando un coassiale a doppia schermatura
3. Conduci i tuoi esperimenti in una stanza / recinto schermato

Notare che un attenuatore adeguato non è un semplice resistore. È costituito da un pad resistivo con ingressi e uscite adattati all'impedenza. Cerca l'attenuatore resistivo a T pad. La maggior parte sono specificati come dB di attenuazione. Le versioni a gradini con attenuazione> 100 dB sono prontamente disponibili come accessori da laboratorio. Usali con coassiale doppio o quad schermato per ridurre i percorsi di perdita.

Nei test sul campo, il dispositivo è interessato da problemi ambientali (tecnicamente geografici?), Non da problemi con il dispositivo stesso. Quindi perché non isolare il dispositivo con qualche blocco fisico come pareti o scatole di metallo (dalle risposte sopra).

Alcuni edifici hanno antenne telefoniche integrate (come le chiami tu.) Quindi forse prova il tuo dispositivo da qualche altra parte?