利用集成收发器简化AISG控制系统设计

[导读] 　　第三代（3G）无线网络用于提供数据密集型智能手机所需的高速数据服务，而部署这样的基础架构成本非常昂贵，而且部分地区的覆盖率存在明显不足。为了解决这两个问题，天线接口标准组织（AISG）制定了

　　第三代（3G）无线网络用于提供数据密集型智能手机所需的高速数据服务，而部署这样的基础架构成本非常昂贵，而且部分地区的覆盖率存在明显不足。为了解决这两个问题，天线接口标准组织（AISG）制定了开放式接口协议，用于支持智能天线系统。AISG规范允许以数字方式远程控制、监测无线基础架构，根据不断变化的覆盖范围要求动态优化网络，尤其是，借助这一协议可以实现天线的远程遥控（RET）。因为该开放式标准把电信公司从专有方案中解放出来，并可保护其基础设施的投资，很快被电信公司广泛采用。进而，基站和天线制造商也受益于标准化技术，大大提高了生产规划的效率。

　　基站系统和AISG

　　典型的基站系统（图1所示）中，天线塔台顶部的设备和地面控制设备之间通过同轴电缆进行RF数据通信。塔台放大器（TMA）为低噪声前置放大器，安装在塔顶天线的后方，位于RF数据接收通路，其主要功能是提高接收信号的信噪比。地面设备包括双工器滤波器（用来分离发送和接收通路的两个不同频率）、发送功率放大器和接收器放大器。为了监测塔台设备工作是否正常，需要一套报警系统，并通过单独的电缆将报警信息从塔台发送到地面控制设备。

　　图1.AISG之前的基站系统架构。

　　2004年之后，3G无线网络标准规定必须动态控制天线的倾角并调节其位置，以优化信号的发射。调节设备称为RET，被增加到塔台设备。随后很快推出了AISG标准协议，主要目的是采用标准通信协议从地面远程控制RET装置。

　　图2所示系统为符合AISG标准协议的基站系统架构，也可按照该协议传输报警信息。由于AISG数据为低频调制，可利用相同电缆来传输射频数据，处理AISG信号。这种多功能性降低了布线要求。此外，利用T型网络装置，还可能在同一同轴电缆上同时承载地面到塔台设备的供电电源（典型值为30V）。

　　图2.采用AISG标准的基站系统架构。

　　AISG应用基础

　　AISG定义了基站和塔台设备之间的通信协议，采用2.176MHz正弦载波，开关键控（OOK）调制。通信为双向、半双工主（基站）从（塔台）架构。来自基站的命令控制改变天线的倾角（RET），同时还可监测塔台设备的状态，例如RET和TMA。

　　可以利用分立元件或方案实现AISG收发器，设计中会用到有源或无源滤波器、不同的OOK调制和解调电路，以及总线仲裁逻辑电路及放大器。通过各种设计渠道实现标准要求，任何推向市场的产品也都需要创建一个透明方案实现AISG。

　　图3给出了一个利用分立元件构建的收发器示例，简单的OOK调制器可由模拟开关实现。但是，考虑到极其严格的AISG辐射要求，对带通滤波器设计提出了相当大的挑战，需要一个5阶或6阶的滤波器。接收器利用相同的选频滤波器、峰值解调器和数据恢复比较器。

　　图3.AISG收发器的分立方案。

　　首款全集成收发器

　　利用集成方案可大幅减少实现AISG通信所需的元件数量，MAX9947是目前市场上唯一一款单芯片AISG收发器。芯片集成了发送器、接收器和有源滤波器，与分立方案相比可有效简化设计、降低费用，有助于缩短AISG方案的实施时间。

　　MAX9947发送器包括OOK调制器、带通滤波器（以满足AISG频谱辐射要求，工作在2.176MHz附近）和输出电平可配置的输出级放大器。接收器包括带通滤波器（工作在2.176MHz中心频率附近，200kHz带宽）、OOK解调器和用于恢复数字信号的比较器。器件支持AISG标准规定的三种数据率：9.6kbps、38.4kbps和115.2kbps。

　　图4和图5给出了MAX9947的功能框图，以及基站（图4）和塔台（图5）的AISG系统方案。TXOUT处的OOK信号和RXOUT恢复的数字信号分别如图6和图7所示。

　　图4.基站AISG功能框图。FPGA将数据发送到MAX9947并从MAX9947接收数据，MAX9947调制/解调同轴电缆的OOK信号。

　　图5.塔台AISG系统框图。AISG收发器连接电缆端的OOK信号和MAX13486E RS-485接口收发器左侧的RS-485数字信号。MAX9947的方向输出（DIR）驱动RS-485收发器的方向控制。

　　自动方向控制

　　塔台上可能有多个天线，带有多个RET和TMA。所有这些设备通过RS-485总线以菊花链方式连接。MAX9947 （用于调制/解调同轴电缆的OOK信号）通过RS-485收发器（例如MAX13486E）连接到RS-485总线（图5）。

　　MAX9947提供自动方向控制输出（DIR），便于塔台设备（从设备）的RS-485总线仲裁，无需微控制器介入。基站（主设备）决定数据流的传输方向，而塔台设备（从设备）对信息进行解码并响应主控制器的命令。收发芯片的方向控制输出省去了微控制器对RS-485总线从设备的仲裁。

　　当数据来自基站并在RXOUT解调输出时，收发芯片的方向控制输出DIR置为高电平，将MAX13486置于有效发送模式，以驱动RS-485总线。最后一个停止位之后，经过16个位时钟周期释放DIR。这一时间间隔符合AISG协议，协议要求总线在20比特周期内释放总线（图8）。

　　图6.MAX9947对TXIN输入数据进行调制，产生OOK信号（TXOUT），数据速率为9.6kbps。

　　图7.MAX9947对RXIN输入的OOK信号进行解调，在RXOUT端恢复出数字数据。数据速率为9.6kbps。

　　图8.RXOUT解调数据输出最后一位之后，经过16个位时钟周期释放MAX9947的方向控制输出（DIR）。数据速率为115.2kbps。

　　默认条件下，数据由RS-485总线传送到MAX9947收发器的TXIN输入。此时，DIR输出为低电平，总线接口芯片MAX13486E处于接收模式。

　　收发器芯片的方向控制输出节省了微控制器驱动接口的使能控制。