GSM時隙信號功率檢測及放大系統設計

王澤強

摘 要：為有效解決GSM手機信號盲區覆蓋問題，改善室內手機通信質量，提出了一種GSM時隙信號功率檢測及放大系統設計方案，并完成系統的軟硬件設計。該系統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。實際應用表明，該系統具有操作簡便、測試準確、工作穩定的特點，達到了設計要求。

關鍵詞：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

隨著移動通信網絡的快速發展，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。而室內信號分布系統將室外GSM通信信號引入室內并進行功率放大，有效的解決了信號延伸和盲區覆蓋，改善了室內通信質量[1]。

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

本設計在做了需求分析的基礎上，提出并設計了一種GSM時隙信號功率檢測及放大系統解決方案。實驗室模擬測試和室內外實際測試表明，測試結果準確穩定。

1 總體設計

本設計主要完成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，經過濾波電路將頻段外的干擾信號濾除，放大后的信號經過數字衰減器電路、功率放大器電路、濾波電路，調整信號的增益在合適范圍內，作為室內輸出信號進行輸出。

在系統工作過程中，將室內輸出信號的耦合信號傳送給AD8362檢波電路，將功率值成比例轉換為電壓值。STM32通過內部A/D轉換電路實時檢測AD8362輸出的電壓值，根據AD8362的輸入功率和輸出電壓的比例關系計算出當前功率值，再根據耦合電路的耦合度，計算出系統的室內輸出信號的功率值。

STM32實時判斷當前輸出功率值是否超出設備允許輸出的最大發射功率，如果發生了過功率輸出，則控制指示燈進行告警指示，同時控制數字衰減器增加鏈路的信號功率衰減幅度，降低增益，實現增益自動控制的目的，保證室內輸出信號功率值在合適的范圍內。

2 系統硬件設計

（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，主要用于通訊系統中將接收自天線的首級信號放大，以便于后級的數據處理。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常靠近天線的部位，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接收信號的質量，一個好的低噪音放大器需要在放大信號的同時產生盡可能低的噪音以及失真，本設計中采用韓國BEREX公司的BL022芯片，在900MHz頻段的增益為22dB，噪聲系數為0.9dB。（2）數字衰減電路。數字衰減電路的作用是當系統輸出功率過大時對鏈路進行功率衰減，保證室內輸出信號功率在合適范圍內。本設計采用5位數字衰減芯片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實現GSM信號放大的核心，本設計中采用韓國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，工作頻率50Hz到3.8GHz，具有平坦的輸入、輸出響應。在50Ω系統中輸入功率范圍為-52dBm～+8dBm，動態范圍為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系公式為：Vout= 0.05 * （RFin + 60）。（5）CPU控制電路。本設計采用的CPU型號是STM32F103C8T6，屬于ARM系列32位單片機，現在市場上STM32系列的CPU應用范圍越來越廣，性價比較高，外設資源豐富，功能強大，內部集成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 系統軟件設計

本設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，將模擬量轉換為數字量，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AD轉換后的電壓值計算出輸出功率值。數字衰減模塊的作用是根據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輸出功率值的大小判斷是否發生過功率，如果發生過功率，進行光告警。

4 結論

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

參考文獻：

[1]張玉興.射頻模擬電路[J].北京：電子工業出版社，2002.

[2]陳邦媛.射頻通信電路[J].北京科學出版社，2002.

[3]ADI.AD8362 datasheet.2004.