GSM時隙信號功率檢測及放大系統(tǒng)設(shè)計

王澤強

摘 要：為有效解決GSM手機信號盲區(qū)覆蓋問題，改善室內(nèi)手機通信質(zhì)量，提出了一種GSM時隙信號功率檢測及放大系統(tǒng)設(shè)計方案，并完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。該系統(tǒng)的硬件部分主要用來放大GSM時隙信號及增益自動控制，軟件部分基于STM32單片機進行編程，完成對手機信號的功率檢測及指示燈控制。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有操作簡便、測試準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定的特點，達到了設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：GSM時隙信號；功率檢測；增益自動控制；STM32

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

0 引言

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

對于室內(nèi)信號分布系統(tǒng)的有源設(shè)備，如果輸出的GSM信號功率過大，超出設(shè)備允許的發(fā)射功率范圍，會對施主基站或其他信號源產(chǎn)生干擾，影響設(shè)備的正常工作，因此需要對室內(nèi)信號分布系統(tǒng)有源設(shè)備輸出的功率進行實時檢測，當(dāng)超出發(fā)射功率最大值時，通過自動增益控制電路將功率自動限制在一定范圍內(nèi)，保證設(shè)備的正常運行[2]。

本設(shè)計在做了需求分析的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計了一種GSM時隙信號功率檢測及放大系統(tǒng)解決方案。實驗室模擬測試和室內(nèi)外實際測試表明，測試結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定。

1 總體設(shè)計

本設(shè)計主要完成GSM時隙信號功率檢測及放大，首先室外天線從空中接收施主基站傳送來的微弱的GSM時隙信號，通過低噪聲放大電路將信號進行放大并減小噪聲干擾，經(jīng)過濾波電路將頻段外的干擾信號濾除，放大后的信號經(jīng)過數(shù)字衰減器電路、功率放大器電路、濾波電路，調(diào)整信號的增益在合適范圍內(nèi)，作為室內(nèi)輸出信號進行輸出。

在系統(tǒng)工作過程中，將室內(nèi)輸出信號的耦合信號傳送給AD8362檢波電路，將功率值成比例轉(zhuǎn)換為電壓值。STM32通過內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換電路實時檢測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)系計算出當(dāng)前功率值，再根據(jù)耦合電路的耦合度，計算出系統(tǒng)的室內(nèi)輸出信號的功率值。

STM32實時判斷當(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)生了過功率輸出，則控制指示燈進行告警指示，同時控制數(shù)字衰減器增加鏈路的信號功率衰減幅度，降低增益，實現(xiàn)增益自動控制的目的，保證室內(nèi)輸出信號功率值在合適的范圍內(nèi)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

（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信號放大，以便于后級的數(shù)據(jù)處理。由于來自天線的信號一般都非常微弱，低噪聲放大器一般情況下均位于非?？拷炀€的部位，以減小信號通過傳輸線的損耗。低噪聲放大器的特性直接影響著整個系統(tǒng)接收信號的質(zhì)量，一個好的低噪音放大器需要在放大信號的同時產(chǎn)生盡可能低的噪音以及失真，本設(shè)計中采用韓國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)輸出功率過大時對鏈路進行功率衰減，保證室內(nèi)輸出信號功率在合適范圍內(nèi)。本設(shè)計采用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，步進值為1dB。（3）功率放大電路。功率放大電路是本系統(tǒng)實現(xiàn)GSM信號放大的核心，本設(shè)計中采用韓國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芯片AD8362實現(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)計采用的CPU型號是STM32F103C8T6，屬于ARM系列32位單片機，現(xiàn)在市場上STM32系列的CPU應(yīng)用范圍越來越廣，性價比較高，外設(shè)資源豐富，功能強大，內(nèi)部集成2個12位的ADC，采樣時間最短為1us，可實時采集AD8362輸出的電壓值，完成功率計算。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計的軟件主要包括各功能初始化模塊、AD中斷檢測模塊、功率測量模塊、數(shù)字衰減模塊、指示燈控制模塊。AD中斷檢測模塊主要用來對AD8362輸出的電壓值實時檢測，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便單片機計算電壓值。功率測量模塊的作用是單片機根據(jù)AD轉(zhuǎn)換后的電壓值計算出輸出功率值。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)生過功率，如果發(fā)生過功率，進行光告警。

4 結(jié)論

本文對GSM時隙信號的功率檢測及放大系統(tǒng)進行了研究和設(shè)計，硬件設(shè)計基于STM32為CPU的控制平臺，軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，提高了系統(tǒng)的可靠性和維護性。該系統(tǒng)已應(yīng)用于運營商的GSM信號盲區(qū)覆蓋，通過模擬和實際測試表明，系統(tǒng)測試結(jié)果準(zhǔn)確，性能較好，帶內(nèi)增益平坦度小于3dB，符合設(shè)計要求。

參考文獻：

[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.