王泽强

摘 要：为有效解决GSM手机信号盲区覆盖问题，改善室内手机通信质量，提出了一种GSM时隙信号功率检测及放大系统设计方案，并完成系统的软硬件设计。该系统的硬件部分主要用来放大GSM时隙信号及增益自动控制，软件部分基于STM32单片机进行编程，完成对手机信号的功率检测及指示灯控制。实际应用表明，该系统具有操作简便、测试准确、工作稳定的特点，达到了设计要求。

关键词：GSM时隙信号；功率检测；增益自动控制；STM32

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

0 引言

随着移动通信网络的快速发展，移动信号的覆盖范围正在不断扩大，但受地理位置、地形、各种建筑物的影响，使得室内仍然存在通信信号弱的问题，影响用户的移动通信需求。而室内信号分布系统将室外GSM通信信号引入室内并进行功率放大，有效的解决了信号延伸和盲区覆盖，改善了室内通信质量[1]。

对于室内信号分布系统的有源设备，如果输出的GSM信号功率过大，超出设备允许的发射功率范围，会对施主基站或其他信号源产生干扰，影响设备的正常工作，因此需要对室内信号分布系统有源设备输出的功率进行实时检测，当超出发射功率最大值時，通过自动增益控制电路将功率自动限制在一定范围内，保证设备的正常运行[2]。

本设计在做了需求分析的基础上，提出并设计了一种GSM时隙信号功率检测及放大系统解决方案。实验室模拟测试和室内外实际测试表明，测试结果准确稳定。

1 总体设计

本设计主要完成GSM时隙信号功率检测及放大，首先室外天线从空中接收施主基站传送来的微弱的GSM时隙信号，通过低噪声放大电路将信号进行放大并减小噪声干扰，经过滤波电路将频段外的干扰信号滤除，放大后的信号经过数字衰减器电路、功率放大器电路、滤波电路，调整信号的增益在合适范围内，作为室内输出信号进行输出。

在系统工作过程中，将室内输出信号的耦合信号传送给AD8362检波电路，将功率值成比例转换为电压值。STM32通过内部A/D转换电路实时检测AD8362输出的电压值，根据AD8362的输入功率和输出电压的比例关系计算出当前功率值，再根据耦合电路的耦合度，计算出系统的室内输出信号的功率值。

STM32实时判断当前输出功率值是否超出设备允许输出的最大发射功率，如果发生了过功率输出，则控制指示灯进行告警指示，同时控制数字衰减器增加链路的信号功率衰减幅度，降低增益，实现增益自动控制的目的，保证室内输出信号功率值在合适的范围内。

2 系统硬件设计

（1）低噪声放大电路。低噪声放大电路是一类特殊的电子放大电路，主要用于通讯系统中将接收自天线的首级信号放大，以便于后级的数据处理。由于来自天线的信号一般都非常微弱，低噪声放大器一般情况下均位于非常靠近天线的部位，以减小信号通过传输线的损耗。低噪声放大器的特性直接影响着整个系统接收信号的质量，一个好的低噪音放大器需要在放大信号的同时产生尽可能低的噪音以及失真，本设计中采用韩国BEREX公司的BL022芯片，在900MHz频段的增益为22dB，噪声系数为0.9dB。（2）数字衰减电路。数字衰减电路的作用是当系统输出功率过大时对链路进行功率衰减，保证室内输出信号功率在合适范围内。本设计采用5位数字衰减芯片HMC273，工作频率范围是0.7-3.7GHz，典型插入损耗小于2.5dB，其衰减范围是1dB～31dB，步进值为1dB。（3）功率放大电路。功率放大电路是本系统实现GSM信号放大的核心，本设计中采用韩国BEREX公司的BG18C芯片，在900MHz频段的增益为22.2dB。（4）AD8362检波电路。检波电路由高精度射频真有效值功率检测芯片AD8362实现，工作频率50Hz到3.8GHz，具有平坦的输入、输出响应。在50Ω系统中输入功率范围为-52dBm～+8dBm，动态范围为60dB，能提供精确的以分贝（dB）为单位的线形输出电压，灵敏度为50mV/dBm[3]。射频信号由AD8362芯片的INHI、INLO管脚差分输入，转换成的电压值从VOUT管脚输出。输入功率与输出电压之间的线形关系公式为：Vout= 0.05 * （RFin + 60）。（5）CPU控制电路。本设计采用的CPU型号是STM32F103C8T6，属于ARM系列32位单片机，现在市场上STM32系列的CPU应用范围越来越广，性价比较高，外设资源丰富，功能强大，内部集成2个12位的ADC，采样时间最短为1us，可实时采集AD8362输出的电压值，完成功率计算。

3 系统软件设计

本设计的软件主要包括各功能初始化模块、AD中断检测模块、功率测量模块、数字衰减模块、指示灯控制模块。AD中断检测模块主要用来对AD8362输出的电压值实时检测，将模拟量转换为数字量，以便单片机计算电压值。功率测量模块的作用是单片机根据AD转换后的电压值计算出输出功率值。数字衰减模块的作用是根据输出功率值的大小控制衰减芯片进行功率衰减，衰减范围为1～31dB。指示灯控制模块的作用是根据输出功率值的大小判断是否发生过功率，如果发生过功率，进行光告警。

4 结论

本文对GSM时隙信号的功率检测及放大系统进行了研究和设计，硬件设计基于STM32为CPU的控制平台，软件设计采用模块化设计思想，提高了系统的可靠性和维护性。该系统已应用于运营商的GSM信号盲区覆盖，通过模拟和实际测试表明，系统测试结果准确，性能较好，带内增益平坦度小于3dB，符合设计要求。

参考文献：

[1]张玉兴.射频模拟电路[J].北京：电子工业出版社，2002.

[2]陈邦媛.射频通信电路[J].北京科学出版社，2002.

[3]ADI.AD8362 datasheet.2004.