摘 要： 设计了用于检测我国蜂窝数字移动通信网GSM通信采用的900 MHz频段的信号功率强度，以STC12C5A60S2微处理器为核心，设计制作了信号强度检测系统，该系统主要包括小信号放大模块、可调衰减器、0900BL18B200射频变压器、AD8362功率电压转换电路和LCD1602显示模块等。在用ZY12RFSys32BB1射频训练系统模拟900 MHz手机信号进行测试并确定相关参数后，通过天线收集GSM 900 MHz信号进行了实际测试。测量结果表明，系统工作稳定，达到了设计要求。
关键词： 信号强度检测；GSM 900 MHz；STC12C5A60S2；AD8362
手机信号的强度与手机终端、SIM卡、网络覆盖、终端与基站之间的路径、阻隔介质等有关。中国移动规定，手机接收电平大于等于-90 dB（城市）或-94 dB（乡村），则满足覆盖要求。手机屏幕上的信号格数就是工程师根据接收电平数值进行划分的，将比较复杂的数据以信号格数直观地表达在我们眼前。手机信号强度直接影响到电话接通的成功率和通话的话音质量。手机信号强度越大，则通话质量越好；强度越小，不仅影响通话质量，更加耗电，还加大手机的辐射，影响人体健康。因此，手机信号强度的检测是很必要的。
在通信系统中，功率电平用dBm表示。被测功率电平可表示为：P[dBm]=10 lg[P（mW）/1 mW]=10 lg[（U2RMS/R）/1 mW]，其中URMS是有效值电压。
一般情况下，城市中手机信号的动态范围是-90 dBm~ -40 dBm，在-50 dBm~-40 dBm范围内，说明在基站附近；在-70 dBm~-50 dBm范围内，说明信号良好；在 -90 dBm~-70 dBm范围内，说明信号较弱[1-2]。本设计以简单的电路提供了GSM 900 MHz手机信号强度的测量方案，并通过程序补偿了由于器件插入损耗和噪声干扰等导致的测量误差。实验室模拟测试和室内外实际测试表明，测量结果较稳定。
1 方案设计
本设计主要完成GSM 900 MHz手机信号强度的检测。首先需要将收集到的手机信号进行放大，使信号强度保持在AD8362线性范围内，接着通过可调衰减器使功率信号在一定范围内变化，衰减后的900 MHz信号再经过射频变压器由单端输入转化为差分输入，AD8362接收到差分输入信号后，将信号转换为一定大小的直流电平输出[3]。STC12C5A60S2微处理器利用其内部A/D转换完成电平信号的采集[4]，并通过LCD1602显示输出电平和对应的信号功率大小[5]。其系统框图如图1所示。
2.3 射频变压器
射频变压器广泛应用于小功率电子线路中，用于实现阻抗匹配、直流隔离、共态抑制和平衡与不平衡变换等，可分为磁耦合变压器和传输线变压器。实验中采用的是美国Johanson Technology公司推出的针对GSM 900 MHz频段，阻抗比为50：200的射频变压器0900BL18B200[10]。其适用信号频率为800 MHz~1 000 MHz，覆盖了GSM 900 MHz的上下行频段。使用射频变压器做前端，将单端输入转化为差分输入，提高了传输信号的抗干扰能力，而且使电路测量的精度和稳定性也得到提高。
2.4 AD8362转换电路
功率-电压转换电路由AD8362型单片高精度射频真有效值功率检测芯片为核心[11]。AD8362能在50 Hz~2.7 GHz的宽频带范围内准确测量真有效值功率，在50 Ω系统中测量功率的范围为-50 dBm~+10 dBm，动态范围为60 dBm，输出电压灵敏度为50 mV/dBm，测量误差为±0.5 dBm[1]。
由AD8362构成的功率-电压转换电路如图5所示，信号由INHI、INLO口差分输入。AD8362的输出电压是以分贝来度量的，功率-电压关系曲线如图6所示，有公式：Uo=kS（PIN-PZ）。式中，Uo的变化范围为0.5 V~3.5 V，kS为输出电压灵敏度，PIN为输入功率，PZ为输出电压的线性方程式中功率的截距。通过实验室模拟实验确定PZ和kS的大小。
2.5 微处理器
本设计选用的是STC12C5A60S2单片机[12]，是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1 T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12倍，内部集成8路高速10位A/D转换（250 kb/s）。本设计中，由AD8362的VOUT口输出的电压信号输入到P1.1口进行A/D转换完成电平采集，单片机控制LCD1602显示相应的Uo和PIN大小。
3 软件设计
本设计的软件设计主要包括LCD及ADC寄存器的初始化、电平信号采集、数据运算、数据显示等。在实验室测试阶段，利用两台ZY12RFSys32BB1射频训练系统进行模拟实验，A设备发出900 MHz余弦信号并通过小信号放大模块和可调衰减器模拟-90 dBm~-40 dBm变化的手机信号。B设备作为检验设备，显示A设备发出的模拟手机信号的功率大小。
在电平信号采集部分，为了减小噪声干扰，采用30次采样的均方根值作为输出电平信号的大小。在数据运算部分，考虑到器件插入损耗及线路损耗的存在，为了获得准确的参数kS和PZ，将测量的100组数据（AD8362输出电压值和对应的B设备显示的功率值）用最小二乘法求得拟合直线并与AD8362参考输出曲线进行了比较，结果如图7所示。
本文基于STC12C5A60S2单片机对手机信号强度检测系统进行了研究与设计，模拟测试和实际测试表明，系统工作稳定，性能良好，在AD8362动态范围内误差小于0.5%，符合设计要求。本设计对将来提高移动通信网的覆盖与检测技术具有重要意义。
参考文献
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