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頻段的信號功率強度,，以STC12C5A60S2微處理器為核心，設(shè)計制作了信號強度檢測系統(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手機信號進行測試并確定相關(guān)參數(shù)后，通過天線收集GSM 900 MHz信號進行了實際測試,。測量結(jié)果表明,，系統(tǒng)工作穩(wěn)定,，達到了設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞： 信號強度檢測,；GSM 900 MHz,；STC12C5A60S2；AD8362
手機信號的強度與手機終端,、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)直觀地表達在我們眼前,。手機信號強度直接影響到電話接通的成功率和通話的話音質(zhì)量。手機信號強度越大,，則通話質(zhì)量越好,；強度越小，不僅影響通話質(zhì)量,，更加耗電,，還加大手機的輻射，影響人體健康,。因此,，手機信號強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手機信號強度的測量方案,，并通過程序補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手機信號強度的檢測,。首先需要將收集到的手機信號進行放大,，使信號強度保持在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[12],，是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1 T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機,，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口進行A/D轉(zhuǎn)換完成電平采集，單片機控制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AD8362參考輸出曲線進行了比較，結(jié)果如圖7所示,。
本文基于STC12C5A60S2單片機對手機信號強度檢測系統(tǒng)進行了研究與設(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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