通過集成硬件分立式收發(fā)器簡化AISG控制系統(tǒng)

本文介紹了電信領(lǐng)域的天線接口標(biāo)準(zhǔn)組織 （AISG） 標(biāo)準(zhǔn)，并詳細(xì)介紹了其硬件實(shí)現(xiàn)。它解釋了完全集成的收發(fā)器（如MAX9947）如何幫助減少空間和成本，并解決基站塔設(shè)備中的總線仲裁問題。

介紹

最新一代的無線網(wǎng)絡(luò)已被開發(fā)出來，以提供數(shù)據(jù)密集型智能手機(jī)應(yīng)用所需的高速數(shù)據(jù)服務(wù)。然而，這種基礎(chǔ)設(shè)施的部署成本很高，而且某些地區(qū)的覆蓋面明顯不足。

為了解決這兩個(gè)問題，天線接口標(biāo)準(zhǔn)組織（AISG）開發(fā)了一種開放接口協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)智能天線系統(tǒng)。AISG規(guī)范允許對無線基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行數(shù)字遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控，以根據(jù)不斷變化的覆蓋要求動(dòng)態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。特別是，該協(xié)議允許為天線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電動(dòng)傾斜（RET）設(shè)備。

這種開放標(biāo)準(zhǔn)已迅速被電信公司采用，因?yàn)樗鼘⑺麄儚膶Ｓ薪鉀Q方案中解放出來，同時(shí)保護(hù)了他們的基礎(chǔ)設(shè)施投資。反過來，基站和天線制造商也受益于標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)路線圖，從而提高了產(chǎn)品規(guī)劃的效率。

基站系統(tǒng)和 AISG

在典型的基站系統(tǒng)中，例如圖1所示，同軸電纜允許放置在天線塔頂部的設(shè)備與位于其底部的控制設(shè)備之間進(jìn)行RF數(shù)據(jù)通信。塔式放大器（TMA）是一種低噪聲前置放大器，放置在塔上，緊隨天線之后，在RF數(shù)據(jù)接收路徑上。其主要功能是提高接收信號(hào)的信噪比（SNR）。底座上的設(shè)備包括一個(gè)雙工濾波器，用于分離發(fā)射和接收路徑的兩個(gè)不同頻率，一個(gè)發(fā)射功率放大器和一個(gè)接收器放大器。為了監(jiān)控塔設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)施了報(bào)警系統(tǒng)，并使用單獨(dú)的電纜將報(bào)警消息從塔傳輸?shù)降鬃目刂圃O(shè)備。

圖1.AISG 之前的基站系統(tǒng)架構(gòu)。

2004年之后，無線網(wǎng)絡(luò)3G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須控制天線的傾斜度并動(dòng)態(tài)調(diào)整其位置以優(yōu)化輻射信號(hào)。用于該調(diào)整的適當(dāng)設(shè)備是RET，并已添加到塔式設(shè)備中。此后不久，AISG標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議誕生了，其主要目的是通過標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議將RET設(shè)備從基地遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)。

圖2中的系統(tǒng)說明了符合AISG標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基站系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。還采用了該協(xié)議來傳輸報(bào)警信息。由于AISG數(shù)據(jù)的低頻調(diào)制，現(xiàn)在也可以使用相同的同軸電纜來傳輸RF數(shù)據(jù)和處理AISG信號(hào)。這種多功能功能降低了布線要求。此外，通過使用稱為“偏置-T”的設(shè)備，還可以在同一根同軸電纜中將電源電壓（通常為30V）從基座傳輸?shù)剿O(shè)備。

圖2.采用AISG的基站系統(tǒng)架構(gòu)。

AISG 應(yīng)用程序的基礎(chǔ)知識(shí)

AISG定義了基站和塔設(shè)備之間的通信協(xié)議，該協(xié)議使用具有開關(guān)鍵（OOK）調(diào)制的2.176MHz正弦波載波。通信是雙向的，半雙工的，有一個(gè)主站（基站）和一個(gè)從站（塔）。通信通過基站的命令遠(yuǎn)程改變天線 （RET） 的傾斜度。此外，它還監(jiān)控塔中設(shè)備的狀態(tài)，例如RET和TMA。

AISG收發(fā)器可以使用任意數(shù)量的組件和方法離散實(shí)現(xiàn)。它們可能使用有源或無源濾波器、用于OOK調(diào)制和解調(diào)的不同方法，以及用于總線仲裁和放大器的邏輯。對于每種設(shè)計(jì)，都有不同的方法來達(dá)到標(biāo)準(zhǔn);任何推向市場的產(chǎn)品都需要為AISG實(shí)施創(chuàng)建透明的解決方案。

圖3顯示了這種收發(fā)器的可能分立實(shí)現(xiàn)。一個(gè)簡單的OOK調(diào)制器可以通過模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。然而，非常嚴(yán)格的AISG頻譜發(fā)射曲線要求給帶通濾波器設(shè)計(jì)帶來了相當(dāng)大的負(fù)擔(dān)，需要五階或六階實(shí)現(xiàn)。接收器使用相同的選擇性濾波器、峰值解調(diào)器和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的重建比較器。

圖3.AISG 收發(fā)器的分立實(shí)現(xiàn)。

首款完全集成的收發(fā)器

通過集成關(guān)鍵功能，可以進(jìn)一步減少實(shí)現(xiàn)AISG通信所需的組件數(shù)量。MAX9947正是這樣做的——它是目前唯一符合AISG標(biāo)準(zhǔn)的單芯片收發(fā)器。芯片上集成了發(fā)射器、接收器和有源濾波器。該解決方案減少了使用分立解決方案的麻煩和費(fèi)用，并大大減少了實(shí)現(xiàn)AISG協(xié)議所需的時(shí)間。

MAX9947的發(fā)送器包括一個(gè)OOK調(diào)制器;符合AISG頻譜發(fā)射曲線且工作頻率約為2.176MHz的帶通濾波器;以及具有可配置輸出電平的輸出放大器。接收器包括一個(gè)帶通濾波器，該濾波器工作在2.176MHz中心頻率附近，帶寬窄至200kHz;它還包括一個(gè)OOK解調(diào)器和一個(gè)重建數(shù)字信號(hào)的比較器。該器件支持 AISG 標(biāo)準(zhǔn)的所有三種數(shù)據(jù)速率：9.6kbps、38.4kbps 和 115.2kbps。

圖4和圖5顯示了MAX9947的功能，以及AISG在基站（圖4）和塔（圖5）的系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)。TXOUT上的OOK調(diào)制信號(hào)和RXOUT上的重建數(shù)字信號(hào)分別如圖6和圖7所示。

圖4.在基站實(shí)現(xiàn) AISG 功能。FPGA在MAX9947之間發(fā)送和解調(diào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，MAX9947對同軸電纜上的OOK信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)。

圖5.在塔上實(shí)現(xiàn)AISG功能。AISG收發(fā)器連接電纜上的OOK信號(hào)和MAX13486E RS-485接口收發(fā)器左側(cè)的RS-485數(shù)字信號(hào)。MAX9947的方向輸出（DIR）驅(qū)動(dòng)RS-485收發(fā)器內(nèi)的數(shù)據(jù)方向。

圖6.MAX9947在TXIN輸入端調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并產(chǎn)生OOK信號(hào)（TXOUT）。數(shù)據(jù)速率為 9.6kbps。

圖7.MAX9947在RXIN輸入端解調(diào)OOK信號(hào)，在RXOUT重建數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)速率為 9.6kbps。

自動(dòng)定向輸出

塔中可以有多個(gè)天線，具有多個(gè) RET 和 TMA。所有這些設(shè)備都通過RS-485總線以菊花鏈方式進(jìn)行通信。MAX9947（用于通過同軸電纜調(diào)制和解調(diào)OOK信號(hào)）通過RS-485收發(fā)器與RS-485總線接口，例如MAX13486E（圖5）。

MAX9947提供自動(dòng)定向輸出（DIR），便于在塔式設(shè)備（從機(jī)）中進(jìn)行RS-485總線仲裁，無需微控制器?；荆ㄖ髡荆┐_定數(shù)據(jù)流的方向，而塔式設(shè)備（從站）解碼信息并響應(yīng)來自主站的命令。收發(fā)器芯片的方向輸出消除了從屬微控制器的RS-485總線仲裁負(fù)擔(dān)。

當(dāng)數(shù)據(jù)來自基站并在RXOUT上解調(diào)時(shí)，收發(fā)器芯片上的方向輸出DIR設(shè)置為高電平，使MAX13486E進(jìn)入驅(qū)動(dòng)模式，驅(qū)動(dòng)RS-485總線。 DIR在最后一個(gè)停止位后的16位時(shí)間內(nèi)釋放。此間隔符合 AISG 協(xié)議，該協(xié)議要求在 20 位時(shí)間內(nèi)釋放總線（圖 8）。

圖8.MAX9947的方向輸出（DIR）在16位內(nèi)釋放，從最后一位解調(diào)RXOUT數(shù)據(jù)開始。數(shù)據(jù)速率為115.2kbps。

默認(rèn)條件是數(shù)據(jù)從RS-485總線傳輸?shù)绞瞻l(fā)器MAX9947的TXIN輸入端。在這種情況下，輸出DIR為低電平，總線接口芯片MAX13486E處于接收模式。

收發(fā)器芯片的方向輸出無需從微控制器驅(qū)動(dòng)接口芯片的使能引腳。

結(jié)論

AISG已經(jīng)解決了電信供應(yīng)商對基站和塔設(shè)備之間通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的需求。集成AISG收發(fā)器芯片（如MAX9947）提供完全集成的解決方案，用于調(diào)制和解調(diào)協(xié)議中使用的OOK信號(hào)。這些單芯片解決方案節(jié)省了設(shè)計(jì)空間和成本，并簡化了塔式設(shè)備中數(shù)據(jù)流的仲裁。

審核編輯：郭婷