利用集成收發(fā)器簡(jiǎn)化AISG控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　第三代（3G）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用于提供數(shù)據(jù)密集型智能手機(jī)所需的高速數(shù)據(jù)服務(wù)，而部署這樣的基礎(chǔ)架構(gòu)成本非常昂貴，而且部分地區(qū)的覆蓋率存在明顯不足。為了解決這兩個(gè)問(wèn)題，天線接口標(biāo)準(zhǔn)組織（AISG）制定了開(kāi)放式接口協(xié)議，用于支持智能天線系統(tǒng)。AISG規(guī)范允許以數(shù)字方式遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)無(wú)線基礎(chǔ)架構(gòu)，根據(jù)不斷變化的覆蓋范圍要求動(dòng)態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，尤其是，借助這一協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)天線的遠(yuǎn)程遙控（RET）。因?yàn)樵撻_(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)把電信公司從專有方案中解放出來(lái)，并可保護(hù)其基礎(chǔ)設(shè)施的投資，很快被電信公司廣泛采用。進(jìn)而，基站和天線制造商也受益于標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，大大提高了生產(chǎn)規(guī)劃的效率。

　　基站系統(tǒng)和AISG

　　典型的基站系統(tǒng)（圖1所示）中，天線塔臺(tái)頂部的設(shè)備和地面控制設(shè)備之間通過(guò)同軸電纜進(jìn)行RF數(shù)據(jù)通信。塔臺(tái)放大器（TMA）為低噪聲前置放大器，安裝在塔頂天線的后方，位于RF數(shù)據(jù)接收通路，其主要功能是提高接收信號(hào)的信噪比。地面設(shè)備包括雙工器濾波器（用來(lái)分離發(fā)送和接收通路的兩個(gè)不同頻率）、發(fā)送功率放大器和接收器放大器。為了監(jiān)測(cè)塔臺(tái)設(shè)備工作是否正常，需要一套報(bào)警系統(tǒng)，并通過(guò)單獨(dú)的電纜將報(bào)警信息從塔臺(tái)發(fā)送到地面控制設(shè)備。

　　圖1.AISG之前的基站系統(tǒng)架構(gòu)。

　　2004年之后，3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須動(dòng)態(tài)控制天線的傾角并調(diào)節(jié)其位置，以優(yōu)化信號(hào)的發(fā)射。調(diào)節(jié)設(shè)備稱為RET，被增加到塔臺(tái)設(shè)備。隨后很快推出了AISG標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，主要目的是采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議從地面遠(yuǎn)程控制RET裝置。

　　圖2所示系統(tǒng)為符合AISG標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基站系統(tǒng)架構(gòu)，也可按照該協(xié)議傳輸報(bào)警信息。由于AISG數(shù)據(jù)為低頻調(diào)制，可利用相同電纜來(lái)傳輸射頻數(shù)據(jù)，處理AISG信號(hào)。這種多功能性降低了布線要求。此外，利用T型網(wǎng)絡(luò)裝置，還可能在同一同軸電纜上同時(shí)承載地面到塔臺(tái)設(shè)備的供電電源（典型值為30V）。

　　圖2.采用AISG標(biāo)準(zhǔn)的基站系統(tǒng)架構(gòu)。

　　AISG應(yīng)用基礎(chǔ)

　　AISG定義了基站和塔臺(tái)設(shè)備之間的通信協(xié)議，采用2.176MHz正弦載波，開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制。通信為雙向、半雙工主（基站）從（塔臺(tái)）架構(gòu)。來(lái)自基站的命令控制改變天線的傾角（RET），同時(shí)還可監(jiān)測(cè)塔臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)，例如RET和TMA。

　　可以利用分立元件或方案實(shí)現(xiàn)AISG收發(fā)器，設(shè)計(jì)中會(huì)用到有源或無(wú)源濾波器、不同的OOK調(diào)制和解調(diào)電路，以及總線仲裁邏輯電路及放大器。通過(guò)各種設(shè)計(jì)渠道實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，任何推向市場(chǎng)的產(chǎn)品也都需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)透明方案實(shí)現(xiàn)AISG。

　　圖3給出了一個(gè)利用分立元件構(gòu)建的收發(fā)器示例，簡(jiǎn)單的OOK調(diào)制器可由模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。但是，考慮到極其嚴(yán)格的AISG輻射要求，對(duì)帶通濾波器設(shè)計(jì)提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，需要一個(gè)5階或6階的濾波器。接收器利用相同的選頻濾波器、峰值解調(diào)器和數(shù)據(jù)恢復(fù)比較器。

　　圖3.AISG收發(fā)器的分立方案。

　　首款全集成收發(fā)器

　　利用集成方案可大幅減少實(shí)現(xiàn)AISG通信所需的元件數(shù)量，MAX9947是目前市場(chǎng)上唯一一款單芯片AISG收發(fā)器。芯片集成了發(fā)送器、接收器和有源濾波器，與分立方案相比可有效簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降低費(fèi)用，有助于縮短AISG方案的實(shí)施時(shí)間。

　　MAX9947發(fā)送器包括OOK調(diào)制器、帶通濾波器（以滿足AISG頻譜輻射要求，工作在2.176MHz附近）和輸出電平可配置的輸出級(jí)放大器。接收器包括帶通濾波器（工作在2.176MHz中心頻率附近，200kHz帶寬）、OOK解調(diào)器和用于恢復(fù)數(shù)字信號(hào)的比較器。器件支持AISG標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三種數(shù)據(jù)率：9.6kbps、38.4kbps和115.2kbps。

　　圖4和圖5給出了MAX9947的功能框圖，以及基站（圖4）和塔臺(tái)（圖5）的AISG系統(tǒng)方案。TXOUT處的OOK信號(hào)和RXOUT恢復(fù)的數(shù)字信號(hào)分別如圖6和圖7所示。

　　圖4.基站AISG功能框圖。FPGA將數(shù)據(jù)發(fā)送到MAX9947并從MAX9947接收數(shù)據(jù)，MAX9947調(diào)制/解調(diào)同軸電纜的OOK信號(hào)。

　　圖5.塔臺(tái)AISG系統(tǒng)框圖。AISG收發(fā)器連接電纜端的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)器的方向控制。

　　自動(dòng)方向控制

　　塔臺(tái)上可能有多個(gè)天線，帶有多個(gè)RET和TMA。所有這些設(shè)備通過(guò)RS-485總線以菊花鏈方式連接。MAX9947 （用于調(diào)制/解調(diào)同軸電纜的OOK信號(hào)）通過(guò)RS-485收發(fā)器（例如MAX13486E）連接到RS-485總線（圖5）。

　　MAX9947提供自動(dòng)方向控制輸出（DIR），便于塔臺(tái)設(shè)備（從設(shè)備）的RS-485總線仲裁，無(wú)需微控制器介入?；荆ㄖ髟O(shè)備）決定數(shù)據(jù)流的傳輸方向，而塔臺(tái)設(shè)備（從設(shè)備）對(duì)信息進(jìn)行解碼并響應(yīng)主控制器的命令。收發(fā)芯片的方向控制輸出省去了微控制器對(duì)RS-485總線從設(shè)備的仲裁。

　　當(dāng)數(shù)據(jù)來(lái)自基站并在RXOUT解調(diào)輸出時(shí)，收發(fā)芯片的方向控制輸出DIR置為高電平，將MAX13486置于有效發(fā)送模式，以驅(qū)動(dòng)RS-485總線。最后一個(gè)停止位之后，經(jīng)過(guò)16個(gè)位時(shí)鐘周期釋放DIR。這一時(shí)間間隔符合AISG協(xié)議，協(xié)議要求總線在20比特周期內(nèi)釋放總線（圖8）。

　　圖6.MAX9947對(duì)TXIN輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生OOK信號(hào)（TXOUT），數(shù)據(jù)速率為9.6kbps。

　　圖7.MAX9947對(duì)RXIN輸入的OOK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，在RXOUT端恢復(fù)出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)速率為9.6kbps。

　　圖8.RXOUT解調(diào)數(shù)據(jù)輸出最后一位之后，經(jīng)過(guò)16個(gè)位時(shí)鐘周期釋放MAX9947的方向控制輸出（DIR）。數(shù)據(jù)速率為115.2kbps。

　　默認(rèn)條件下，數(shù)據(jù)由RS-485總線傳送到MAX9947收發(fā)器的TXIN輸入。此時(shí)，DIR輸出為低電平，總線接口芯片MAX13486E處于接收模式。

　　收發(fā)器芯片的方向控制輸出節(jié)省了微控制器驅(qū)動(dòng)接口的使能控制。

　　結(jié)論

　　AISG為電信廠商提供了實(shí)現(xiàn)基站和塔臺(tái)設(shè)備通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。集成AISG收發(fā)器芯片，例如MAX9947，是AISG關(guān)于OOK調(diào)制、解調(diào)協(xié)議的全集成方案，利用單芯片解決方案可有效節(jié)省設(shè)計(jì)空間、成本，簡(jiǎn)化塔臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)流仲裁。