無線抄表手持機如何延長通訊距離？

　　1、項目背景

　　某電網集團因開拓海外市場需要將以往的紅外抄表方式改成遠距離的408MHz頻段無線抄表方式。致遠研發(fā)團隊根據客戶需求提供了HPC-3000EWBM手持機+408MHz模塊的解決方案。在這套方案的實現過程中遇到了許多困難，但最終都被善于攻關的研發(fā)團隊一一克服了。

　　2、發(fā)送鏈路

　　第一版樣機，安裝在手持機上的無線模塊與安裝在封閉電表內的無線模塊之間的通信距離只有3米!我們首先懷疑的是無線模塊根本就沒有功率輸出，于是對發(fā)模塊的發(fā)射功率進行了測試，結果如圖2所示，從矢量分析儀N9030A上看到模塊的輸出功率達到了10dBm，果斷排除了模塊PA工作不正常的可能性。其次，是對連接在模塊上的天線進行測試，結果如圖1所示，在N9912A上可以看到被測試的天線在408MHz這點的VSWR為1.09，可見天線與模塊的輸出阻抗匹配良好。既然發(fā)射電路工作正常，那么會不會是發(fā)送數據包格式沒配置對呢?為解開必中的疑問，接著使用N9030A結合VSA89600B軟件對無線模塊發(fā)射到空間的電磁波進行抓包還原調制的原始數據，經過多次抓包分析后得出結論：無線模塊已按正確的包格式將數據以電磁波的形式傳輸到空間。至此，很肯定整個發(fā)送鏈路工作正常，問題一定出在接收鏈路上。

　　3、接收鏈路

　　在調試接收鏈路時，是這樣做的：將一個無線模塊串一個20dB的衰減器通過饋線連接到另一個無線模塊，然后收發(fā)數據，并增加串接衰減器的衰減量，當衰減量增加到115dB時還可穩(wěn)定收發(fā)數據。但把饋線及衰減器取下，擰上天線，仍舊只有3米左右的通信距離。難道3米的距離就可以將408MHz 的電磁波衰減115dB嗎?顯然是不可能的，那又是什么別的原因呢?此時一位經驗豐富的工程師提出了測試手持機噪聲的想法。

　　4、噪聲發(fā)現

　　在進行噪聲測試時采取了這樣措施：把正常工作狀態(tài)下的手持機靠近固定在屏蔽箱內的天線，天線的輸出通過饋線耦合到N9030A，如圖3所示。

　　果然，在407.993MHz這個頻率上有一個-78dBm左右的噪聲，源源不斷地輻射電磁波，測試結果見圖4。

　　5、噪聲源定位

　　對噪聲頻譜分析發(fā)現：在…404MHz、408MHz、412MHz…這些頻點上都有相對較強的功率，因此推測噪聲源是一個4MHz的信號，而這些頻點的噪聲是其高次諧波。隨后，開始對手持機上的晶體和時鐘信號逐個排查，苦苦掙扎兩天還是沒法定位噪聲源。后來，在一次測量過程中，正當大家一籌莫展之際，手持機進入了屏幕保護狀態(tài)，噪聲功率降到了-105dBm附近!大家立刻聯想到這個噪聲一定是來自屏幕，對屏幕電路硬件和軟件分析后，發(fā)現這個噪聲源是屏幕時鐘分頻后輸出的一個4MHz的方波時鐘。由于改硬件需要較長的時間，情急之下調整了屏幕的分頻系數，因此屏幕時鐘就略微偏離了4MHz使得其12次諧波不落在通信頻帶內(408MHz±100KHz)。修改屏幕分頻系數后噪聲功率水平如圖5所示，通信頻帶內的噪聲明顯下降了25dB左右，通信距離提高到了50米的水平，顯然還不能滿足要求，還必須設法提高通信距離。

　　6、解決方案

　　無線模塊的接靈敏度在-107dBm的水平，欲保證誤碼率在十萬分之一，則信噪比(S/N)大于12dB是必要條件，即當噪聲功率水平在-119dBm以下時，才對通信幾乎沒有影響。對屏幕時鐘信號整改后，噪聲峰值得到了大幅度的削弱，但還有很多尖峰在-105dBm的水平，這些噪聲頻譜類似白噪聲頻譜，是來自多個器件產生噪聲的疊加，欲通過進一步降低手持機的噪聲來提高通信距離，顯然是不現實的。雖然沒法再降低手持機的噪聲了，但是我們還是可以降低模塊工作環(huán)境的噪聲，辦法其實很簡單，只要給無線模塊加上屏蔽即可。當用銅箔紙把無線模塊包扎五六圈(見圖7)后再進行抄表距離測試，通信距離達到了100多米。這個小小的嘗試，驗證了通過增加屏蔽來提高通信距離的思路是正確的，并且這也是最終方案，只是用屏蔽蓋代替了銅箔紙而已。

　　7、結束語

　　射頻產品的開發(fā)調試中，單憑工程師經驗已無法滿足當前的新科技發(fā)展要求，更要善于借用先進儀器(如N9030A+N9912A+N5182A)來協助產品的開發(fā)調試。