《電子技術(shù)應(yīng)用》
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GSM 900 MHz手機(jī)信號強(qiáng)度檢測系統(tǒng)設(shè)計
來源:微型機(jī)與應(yīng)用2014年第1期
姚達(dá)雯,,周國平,封維忠,,王鑫鑫,,黃 峰
(南京林業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京 210037)
摘要: 設(shè)計了用于檢測我國蜂窩數(shù)字移動通信網(wǎng)GSM通信采用的900 MHz頻段的信號功率強(qiáng)度,,以STC12C5A60S2微處理器為核心,,設(shè)計制作了信號強(qiáng)度檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包括小信號放大模塊,、可調(diào)衰減器,、0900BL18B200射頻變壓器,、AD8362功率電壓轉(zhuǎn)換電路和LCD1602顯示模塊等,。在用ZY12RFSys32BB1射頻訓(xùn)練系統(tǒng)模擬900 MHz手機(jī)信號進(jìn)行測試并確定相關(guān)參數(shù)后,,通過天線收集GSM 900 MHz信號進(jìn)行了實際測試。測量結(jié)果表明,,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,,達(dá)到了設(shè)計要求。
Abstract:
Key words :

摘  要: 設(shè)計了用于檢測我國蜂窩數(shù)字移動通信網(wǎng)GSM通信采用的900 MHz頻段的信號功率強(qiáng)度,,以STC12C5A60S2微處理器為核心,,設(shè)計制作了信號強(qiáng)度檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包括小信號放大模塊,、可調(diào)衰減器,、0900BL18B200射頻變壓器、AD8362功率電壓轉(zhuǎn)換電路和LCD1602顯示模塊等,。在用ZY12RFSys32BB1射頻訓(xùn)練系統(tǒng)模擬900 MHz手機(jī)信號進(jìn)行測試并確定相關(guān)參數(shù)后,,通過天線收集GSM 900 MHz信號進(jìn)行了實際測試。測量結(jié)果表明,,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,,達(dá)到了設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞: 信號強(qiáng)度檢測,;GSM 900 MHz,;STC12C5A60S2;AD8362

 手機(jī)信號的強(qiáng)度與手機(jī)終端,、SIM卡,、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、終端與基站之間的路徑,、阻隔介質(zhì)等有關(guān),。中國移動規(guī)定,手機(jī)接收電平大于等于-90 dB(城市)或-94 dB(鄉(xiāng)村),,則滿足覆蓋要求,。手機(jī)屏幕上的信號格數(shù)就是工程師根據(jù)接收電平數(shù)值進(jìn)行劃分的,將比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)以信號格數(shù)直觀地表達(dá)在我們眼前,。手機(jī)信號強(qiáng)度直接影響到電話接通的成功率和通話的話音質(zhì)量,。手機(jī)信號強(qiáng)度越大,則通話質(zhì)量越好,;強(qiáng)度越小,,不僅影響通話質(zhì)量,更加耗電,,還加大手機(jī)的輻射,,影響人體健康,。因此,手機(jī)信號強(qiáng)度的檢測是很必要的,。
在通信系統(tǒng)中,,功率電平用dBm表示。被測功率電平可表示為:P[dBm]=10 lg[P(mW)/1 mW]=10 lg[(U2RMS/R)/1 mW],,其中URMS是有效值電壓,。
 一般情況下,城市中手機(jī)信號的動態(tài)范圍是-90 dBm~  -40 dBm,,在-50 dBm~-40 dBm范圍內(nèi),,說明在基站附近;在-70 dBm~-50 dBm范圍內(nèi),,說明信號良好,;在 -90 dBm~-70 dBm范圍內(nèi),說明信號較弱[1-2],。本設(shè)計以簡單的電路提供了GSM 900 MHz手機(jī)信號強(qiáng)度的測量方案,,并通過程序補(bǔ)償了由于器件插入損耗和噪聲干擾等導(dǎo)致的測量誤差。實驗室模擬測試和室內(nèi)外實際測試表明,,測量結(jié)果較穩(wěn)定,。
1 方案設(shè)計
 本設(shè)計主要完成GSM 900 MHz手機(jī)信號強(qiáng)度的檢測。首先需要將收集到的手機(jī)信號進(jìn)行放大,,使信號強(qiáng)度保持在AD8362線性范圍內(nèi),,接著通過可調(diào)衰減器使功率信號在一定范圍內(nèi)變化,衰減后的900 MHz信號再經(jīng)過射頻變壓器由單端輸入轉(zhuǎn)化為差分輸入,,AD8362接收到差分輸入信號后,,將信號轉(zhuǎn)換為一定大小的直流電平輸出[3]。STC12C5A60S2微處理器利用其內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換完成電平信號的采集[4],,并通過LCD1602顯示輸出電平和對應(yīng)的信號功率大小[5],。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.3 射頻變壓器
 射頻變壓器廣泛應(yīng)用于小功率電子線路中,,用于實現(xiàn)阻抗匹配,、直流隔離、共態(tài)抑制和平衡與不平衡變換等,,可分為磁耦合變壓器和傳輸線變壓器,。實驗中采用的是美國Johanson Technology公司推出的針對GSM 900 MHz頻段,阻抗比為50:200的射頻變壓器0900BL18B200[10],。其適用信號頻率為800 MHz~1 000 MHz,,覆蓋了GSM 900 MHz的上下行頻段。使用射頻變壓器做前端,,將單端輸入轉(zhuǎn)化為差分輸入,,提高了傳輸信號的抗干擾能力,,而且使電路測量的精度和穩(wěn)定性也得到提高。
2.4 AD8362轉(zhuǎn)換電路
 功率-電壓轉(zhuǎn)換電路由AD8362型單片高精度射頻真有效值功率檢測芯片為核心[11],。AD8362能在50 Hz~2.7 GHz的寬頻帶范圍內(nèi)準(zhǔn)確測量真有效值功率,,在50 Ω系統(tǒng)中測量功率的范圍為-50 dBm~+10 dBm,動態(tài)范圍為60 dBm,,輸出電壓靈敏度為50 mV/dBm,,測量誤差為±0.5 dBm[1],。
 由AD8362構(gòu)成的功率-電壓轉(zhuǎn)換電路如圖5所示,,信號由INHI、INLO口差分輸入,。AD8362的輸出電壓是以分貝來度量的,,功率-電壓關(guān)系曲線如圖6所示,有公式:Uo=kS(PIN-PZ),。式中,,Uo的變化范圍為0.5 V~3.5 V,kS為輸出電壓靈敏度,,PIN為輸入功率,,PZ為輸出電壓的線性方程式中功率的截距。通過實驗室模擬實驗確定PZ和kS的大小,。

2.5 微處理器
 本設(shè)計選用的是STC12C5A60S2單片機(jī)[12],,是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期(1 T)的單片機(jī),是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī),,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,,但速度快8~12倍,內(nèi)部集成8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250 kb/s),。本設(shè)計中,,由AD8362的VOUT口輸出的電壓信號輸入到P1.1口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換完成電平采集,單片機(jī)控制LCD1602顯示相應(yīng)的Uo和PIN大小,。
3 軟件設(shè)計
 本設(shè)計的軟件設(shè)計主要包括LCD及ADC寄存器的初始化,、電平信號采集、數(shù)據(jù)運算,、數(shù)據(jù)顯示等,。在實驗室測試階段,利用兩臺ZY12RFSys32BB1射頻訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行模擬實驗,,A設(shè)備發(fā)出900 MHz余弦信號并通過小信號放大模塊和可調(diào)衰減器模擬-90 dBm~-40 dBm變化的手機(jī)信號,。B設(shè)備作為檢驗設(shè)備,顯示A設(shè)備發(fā)出的模擬手機(jī)信號的功率大小,。
 在電平信號采集部分,,為了減小噪聲干擾,,采用30次采樣的均方根值作為輸出電平信號的大小。在數(shù)據(jù)運算部分,,考慮到器件插入損耗及線路損耗的存在,,為了獲得準(zhǔn)確的參數(shù)kS和PZ,將測量的100組數(shù)據(jù)(AD8362輸出電壓值和對應(yīng)的B設(shè)備顯示的功率值)用最小二乘法求得擬合直線并與AD8362參考輸出曲線進(jìn)行了比較,,結(jié)果如圖7所示,。

 

 

 本文基于STC12C5A60S2單片機(jī)對手機(jī)信號強(qiáng)度檢測系統(tǒng)進(jìn)行了研究與設(shè)計,模擬測試和實際測試表明,,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,,性能良好,在AD8362動態(tài)范圍內(nèi)誤差小于0.5%,,符合設(shè)計要求,。本設(shè)計對將來提高移動通信網(wǎng)的覆蓋與檢測技術(shù)具有重要意義。
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[11] ADI. AD8362 datasheet[Z]. 2004.
[12] STC. STC12C5A60S2 datasheet[Z]. 2008.

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