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作者：美信（Maxim）公司Maurizio Gavardoni 第三代(3G)無線網(wǎng)絡(luò)用于提供數(shù)據(jù)密集型智能手機所需的高速數(shù)據(jù)服務，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。為了解決這兩個問題，天線接口標準組織(AISG)制定了開放式接口協(xié)議，用于支持智能天線系統(tǒng)。AISG規(guī)范允許以數(shù)字方式遠程控制、監(jiān)測無線基礎(chǔ)架構(gòu)，根據(jù)不斷變化的覆蓋范圍要求動態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，尤其是，借助這一協(xié)議可以實現(xiàn)天線的遠程遙控(RET)。因為該開放式標準把電信公司從專有方案中解放出來，并可保護其基礎(chǔ)設(shè)施的投資，很快被電信公司廣泛采用。進而，基站和天線制造商也受益于標準化技術(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，天線塔臺頂部的設(shè)備和地面控制設(shè)備之間通過同軸電纜進行RF數(shù)據(jù)通信。塔臺放大器(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的信噪比。地面設(shè)備包括雙工器濾波器(用來分離發(fā)送和接收通路的兩個不同頻率)、發(fā)送功率放大器和接收器放大器。為了監(jiān)測塔臺設(shè)備工作是否正常，需要一套報警系統(tǒng)，并通過單獨的電纜將報警信息從塔臺發(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無線網(wǎng)絡(luò)標準規(guī)定必須動態(tài)控制天線的傾角并調(diào)節(jié)其位置，以優(yōu)化信號的發(fā)射。調(diào)節(jié)設(shè)備稱為RET，被增加到塔臺設(shè)備。隨后很快推出了AISG標準協(xié)議，主要目的是采用標準通信協(xié)議從地面遠程控制RET裝置。 圖2所示系統(tǒng)為符合AISG標準協(xié)議的基站系統(tǒng)架構(gòu)，也可按照該協(xié)議傳輸報警信息。由于AISG數(shù)據(jù)為低頻調(diào)制，可利用相同電纜來傳輸射頻數(shù)據(jù)，處理AISG信號。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承載地面到塔臺設(shè)備的供電電源(典型值為30V)。
圖2.采用AISG標準的基站系統(tǒng)架構(gòu)。 AISG應用基礎(chǔ) AISG定義了基站和塔臺設(shè)備之間的通信協(xié)議，采用2.176MHz正弦載波，開關(guān)鍵控(OOK)調(diào)制。通信為雙向、半雙工主(基站)從(塔臺)架構(gòu)。來自基站的命令控制改變天線的傾角(RET)，同時還可監(jiān)測塔臺設(shè)備的狀態(tài)，例如RET和TMA。 可以利用分立元件或方案實現(xiàn)AISG收發(fā)器，設(shè)計中會用到有源或無源濾波器、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。通過各種設(shè)計渠道實現(xiàn)標準要求，任何推向市場的產(chǎn)品也都需要創(chuàng)建一個透明方案實現(xiàn)AISG。 圖3給出了一個利用分立元件構(gòu)建的收發(fā)器示例，簡單的OOK調(diào)制器可由模擬開關(guān)實現(xiàn)。但是，考慮到極其嚴格的AISG輻射要求，對帶通濾波器設(shè)計提出了相當大的挑戰(zhàn)，需要一個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現(xiàn)AISG通信所需的元件數(shù)量，MAX9947是目前市場上唯一一款單芯片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化設(shè)計、降低費用，有助于縮短AISG方案的實施時間。 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)器和用于恢復數(shù)字信號的比較器。器件支持AISG標準規(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(圖5)的AISG系統(tǒng)方案。TXOUT處的OOK信號和RXOUT恢復的數(shù)字信號分別如圖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。
圖5.塔臺AISG系統(tǒng)框圖。AISG收發(fā)器連接電纜端的OOK信號和MAX13486E RS-485接口收發(fā)器左側(cè)的RS-485數(shù)字信號。MAX9947的方向輸出(DIR)驅(qū)動RS-485收發(fā)器的方向控制。 自動方向控制 塔臺上可能有多個天線，帶有多個RET和TMA。所有這些設(shè)備通過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)通過RS-485收發(fā)器(例如MAX13486E)連接到RS-485總線(圖5)。 MAX9947提供自動方向控制輸出(DIR)，便于塔臺設(shè)備(從設(shè)備)的RS-485總線仲裁，無需微控制器介入。基站(主設(shè)備)決定數(shù)據(jù)流的傳輸方向，而塔臺設(shè)備(從設(shè)備)對信息進行解碼并響應主控制器的命令。收發(fā)芯片的方向控制輸出省去了微控制器對RS-485總線從設(shè)備的仲裁。 當數(shù)據(jù)來自基站并在RXOUT解調(diào)輸出時，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RS-485總線。最后一個停止位之后，經(jīng)過16個位時鐘周期釋放DIR。這一時間間隔符合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TXIN輸入數(shù)據(jù)進行調(diào)制，產(chǎn)生OOK信號(TXOUT)，數(shù)據(jù)速率為9.6kbps。
圖7.MAX9947對RXIN輸入的OOK信號進行解調(diào)，在RXOUT端恢復出數(shù)字數(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16個位時鐘周期釋放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，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)動接口的使能控制。 結(jié)論 AISG為電信廠商提供了實現(xiàn)基站和塔臺設(shè)備通信的標準協(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)計空間、成本，簡化塔臺設(shè)備的數(shù)據(jù)流仲裁。 |
