王澤強(qiáng)

摘 要：為有效解決GSM手機(jī)信號(hào)盲區(qū)覆蓋問(wèn)題，改善室內(nèi)手機(jī)通信質(zhì)量，提出了一種GSM時(shí)隙信號(hào)功率檢測(cè)及放大系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的硬件部分主要用來(lái)放大GSM時(shí)隙信號(hào)及增益自動(dòng)控制，軟件部分基于STM32單片機(jī)進(jìn)行編程，完成對(duì)手機(jī)信號(hào)的功率檢測(cè)及指示燈控制。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)試準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：GSM時(shí)隙信號(hào)；功率檢測(cè)；增益自動(dòng)控制；STM32

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.191

0 引言

隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，移動(dòng)信號(hào)的覆蓋范圍正在不斷擴(kuò)大，但受地理位置、地形、各種建筑物的影響，使得室內(nèi)仍然存在通信信號(hào)弱的問(wèn)題，影響用戶的移動(dòng)通信需求。而室內(nèi)信號(hào)分布系統(tǒng)將室外GSM通信信號(hào)引入室內(nèi)并進(jìn)行功率放大，有效的解決了信號(hào)延伸和盲區(qū)覆蓋，改善了室內(nèi)通信質(zhì)量[1]。

對(duì)于室內(nèi)信號(hào)分布系統(tǒng)的有源設(shè)備，如果輸出的GSM信號(hào)功率過(guò)大，超出設(shè)備允許的發(fā)射功率范圍，會(huì)對(duì)施主基站或其他信號(hào)源產(chǎn)生干擾，影響設(shè)備的正常工作，因此需要對(duì)室內(nèi)信號(hào)分布系統(tǒng)有源設(shè)備輸出的功率進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)超出發(fā)射功率最大值時(shí)，通過(guò)自動(dòng)增益控制電路將功率自動(dòng)限制在一定范圍內(nèi)，保證設(shè)備的正常運(yùn)行[2]。

本設(shè)計(jì)在做了需求分析的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計(jì)了一種GSM時(shí)隙信號(hào)功率檢測(cè)及放大系統(tǒng)解決方案。實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試和室內(nèi)外實(shí)際測(cè)試表明，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定。

1 總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要完成GSM時(shí)隙信號(hào)功率檢測(cè)及放大，首先室外天線從空中接收施主基站傳送來(lái)的微弱的GSM時(shí)隙信號(hào)，通過(guò)低噪聲放大電路將信號(hào)進(jìn)行放大并減小噪聲干擾，經(jīng)過(guò)濾波電路將頻段外的干擾信號(hào)濾除，放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字衰減器電路、功率放大器電路、濾波電路，調(diào)整信號(hào)的增益在合適范圍內(nèi)，作為室內(nèi)輸出信號(hào)進(jìn)行輸出。

在系統(tǒng)工作過(guò)程中，將室內(nèi)輸出信號(hào)的耦合信號(hào)傳送給AD8362檢波電路，將功率值成比例轉(zhuǎn)換為電壓值。STM32通過(guò)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換電路實(shí)時(shí)檢測(cè)AD8362輸出的電壓值，根據(jù)AD8362的輸入功率和輸出電壓的比例關(guān)系計(jì)算出當(dāng)前功率值，再根據(jù)耦合電路的耦合度，計(jì)算出系統(tǒng)的室內(nèi)輸出信號(hào)的功率值。

STM32實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前輸出功率值是否超出設(shè)備允許輸出的最大發(fā)射功率，如果發(fā)生了過(guò)功率輸出，則控制指示燈進(jìn)行告警指示，同時(shí)控制數(shù)字衰減器增加鏈路的信號(hào)功率衰減幅度，降低增益，實(shí)現(xiàn)增益自動(dòng)控制的目的，保證室內(nèi)輸出信號(hào)功率值在合適的范圍內(nèi)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）低噪聲放大電路。低噪聲放大電路是一類特殊的電子放大電路，主要用于通訊系統(tǒng)中將接收自天線的首級(jí)信號(hào)放大，以便于后級(jí)的數(shù)據(jù)處理。由于來(lái)自天線的信號(hào)一般都非常微弱，低噪聲放大器一般情況下均位于非?？拷炀€的部位，以減小信號(hào)通過(guò)傳輸線的損耗。低噪聲放大器的特性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)接收信號(hào)的質(zhì)量，一個(gè)好的低噪音放大器需要在放大信號(hào)的同時(shí)產(chǎn)生盡可能低的噪音以及失真，本設(shè)計(jì)中采用韓國(guó)BEREX公司的BL022芯片，在900MHz頻段的增益為22dB，噪聲系數(shù)為0.9dB。（2）數(shù)字衰減電路。數(shù)字衰減電路的作用是當(dāng)系統(tǒng)輸出功率過(guò)大時(shí)對(duì)鏈路進(jìn)行功率衰減，保證室內(nèi)輸出信號(hào)功率在合適范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)采用5位數(shù)字衰減芯片HMC273，工作頻率范圍是0.7-3.7GHz，典型插入損耗小于2.5dB，其衰減范圍是1dB～31dB，步進(jìn)值為1dB。（3）功率放大電路。功率放大電路是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)GSM信號(hào)放大的核心，本設(shè)計(jì)中采用韓國(guó)BEREX公司的BG18C芯片，在900MHz頻段的增益為22.2dB。（4）AD8362檢波電路。檢波電路由高精度射頻真有效值功率檢測(cè)芯片AD8362實(shí)現(xiàn)，工作頻率50Hz到3.8GHz，具有平坦的輸入、輸出響應(yīng)。在50Ω系統(tǒng)中輸入功率范圍為-52dBm～+8dBm，動(dòng)態(tài)范圍為60dB，能提供精確的以分貝（dB）為單位的線形輸出電壓，靈敏度為50mV/dBm[3]。射頻信號(hào)由AD8362芯片的INHI、INLO管腳差分輸入，轉(zhuǎn)換成的電壓值從VOUT管腳輸出。輸入功率與輸出電壓之間的線形關(guān)系公式為：Vout= 0.05 * （RFin + 60）。（5）CPU控制電路。本設(shè)計(jì)采用的CPU型號(hào)是STM32F103C8T6，屬于ARM系列32位單片機(jī)，現(xiàn)在市場(chǎng)上STM32系列的CPU應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，性價(jià)比較高，外設(shè)資源豐富，功能強(qiáng)大，內(nèi)部集成2個(gè)12位的ADC，采樣時(shí)間最短為1us，可實(shí)時(shí)采集AD8362輸出的電壓值，完成功率計(jì)算。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的軟件主要包括各功能初始化模塊、AD中斷檢測(cè)模塊、功率測(cè)量模塊、數(shù)字衰減模塊、指示燈控制模塊。AD中斷檢測(cè)模塊主要用來(lái)對(duì)AD8362輸出的電壓值實(shí)時(shí)檢測(cè)，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便單片機(jī)計(jì)算電壓值。功率測(cè)量模塊的作用是單片機(jī)根據(jù)AD轉(zhuǎn)換后的電壓值計(jì)算出輸出功率值。數(shù)字衰減模塊的作用是根據(jù)輸出功率值的大小控制衰減芯片進(jìn)行功率衰減，衰減范圍為1～31dB。指示燈控制模塊的作用是根據(jù)輸出功率值的大小判斷是否發(fā)生過(guò)功率，如果發(fā)生過(guò)功率，進(jìn)行光告警。

4 結(jié)論

本文對(duì)GSM時(shí)隙信號(hào)的功率檢測(cè)及放大系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)基于STM32為CPU的控制平臺(tái)，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，提高了系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性。該系統(tǒng)已應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)商的GSM信號(hào)盲區(qū)覆蓋，通過(guò)模擬和實(shí)際測(cè)試表明，系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，性能較好，帶內(nèi)增益平坦度小于3dB，符合設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉興.射頻模擬電路[J].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[2]陳邦媛.射頻通信電路[J].北京科學(xué)出版社，2002.

[3]ADI.AD8362 datasheet.2004.