通过集成硬件分立式收发器简化AISG控制系统

本文介绍了电信领域的天线接口标准组织 （AISG） 标准，并详细介绍了其硬件实现。它解释了完全集成的收发器（如MAX9947）如何帮助减少空间和成本，并解决基站塔设备中的总线仲裁问题。

介绍

最新一代的无线网络已被开发出来，以提供数据密集型智能手机应用所需的高速数据服务。然而，这种基础设施的部署成本很高，而且某些地区的覆盖面明显不足。

为了解决这两个问题，天线接口标准组织（AISG）开发了一种开放接口协议，以实现智能天线系统。AISG规范允许对无线基础设施进行数字远程控制和监控，以根据不断变化的覆盖要求动态优化网络。特别是，该协议允许为天线实现远程电动倾斜（RET）设备。

这种开放标准已迅速被电信公司采用，因为它将他们从专有解决方案中解放出来，同时保护了他们的基础设施投资。反过来，基站和天线制造商也受益于标准化的技术路线图，从而提高了产品规划的效率。

基站系统和 AISG

在典型的基站系统中，例如图1所示，同轴电缆允许放置在天线塔顶部的设备与位于其底部的控制设备之间进行RF数据通信。塔式放大器（TMA）是一种低噪声前置放大器，放置在塔上，紧随天线之后，在RF数据接收路径上。其主要功能是提高接收信号的信噪比（SNR）。底座上的设备包括一个双工滤波器，用于分离发射和接收路径的两个不同频率，一个发射功率放大器和一个接收器放大器。为了监控塔设备的正常运行，实施了报警系统，并使用单独的电缆将报警消息从塔传输到底座的控制设备。

图1.AISG 之前的基站系统架构。

2004年之后，无线网络3G标准规定必须控制天线的倾斜度并动态调整其位置以优化辐射信号。用于该调整的适当设备是RET，并已添加到塔式设备中。此后不久，AISG标准协议诞生了，其主要目的是通过标准化通信协议将RET设备从基地远程驱动。

图2中的系统说明了符合AISG标准协议的基站系统的实现。还采用了该协议来传输报警信息。由于AISG数据的低频调制，现在也可以使用相同的同轴电缆来传输RF数据和处理AISG信号。这种多功能功能降低了布线要求。此外，通过使用称为“偏置-T”的设备，还可以在同一根同轴电缆中将电源电压（通常为30V）从基座传输到塔设备。

图2.采用AISG的基站系统架构。

AISG 应用程序的基础知识

AISG定义了基站和塔设备之间的通信协议，该协议使用具有开关键（OOK）调制的2.176MHz正弦波载波。通信是双向的，半双工的，有一个主站（基站）和一个从站（塔）。通信通过基站的命令远程改变天线 （RET） 的倾斜度。此外，它还监控塔中设备的状态，例如RET和TMA。

AISG收发器可以使用任意数量的组件和方法离散实现。它们可能使用有源或无源滤波器、用于OOK调制和解调的不同方法，以及用于总线仲裁和放大器的逻辑。对于每种设计，都有不同的方法来达到标准;任何推向市场的产品都需要为AISG实施创建透明的解决方案。

图3显示了这种收发器的可能分立实现。一个简单的OOK调制器可以通过模拟开关来实现。然而，非常严格的AISG频谱发射曲线要求给带通滤波器设计带来了相当大的负担，需要五阶或六阶实现。接收器使用相同的选择性滤波器、峰值解调器和数字数据的重建比较器。

图3.AISG 收发器的分立实现。

首款完全集成的收发器

通过集成关键功能，可以进一步减少实现AISG通信所需的组件数量。MAX9947正是这样做的——它是目前唯一符合AISG标准的单芯片收发器。芯片上集成了发射器、接收器和有源滤波器。该解决方案减少了使用分立解决方案的麻烦和费用，并大大减少了实现AISG协议所需的时间。

MAX9947的发送器包括一个OOK调制器;符合AISG频谱发射曲线且工作频率约为2.176MHz的带通滤波器;以及具有可配置输出电平的输出放大器。接收器包括一个带通滤波器，该滤波器工作在2.176MHz中心频率附近，带宽窄至200kHz;它还包括一个OOK解调器和一个重建数字信号的比较器。该器件支持 AISG 标准的所有三种数据速率：9.6kbps、38.4kbps 和 115.2kbps。

图4和图5显示了MAX9947的功能，以及AISG在基站（图4）和塔（图5）的系统级实现。TXOUT上的OOK调制信号和RXOUT上的重建数字信号分别如图6和图7所示。

图4.在基站实现 AISG 功能。FPGA在MAX9947之间发送和解调数字数据，MAX9947对同轴电缆上的OOK信号进行调制和解调。

图5.在塔上实现AISG功能。AISG收发器连接电缆上的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收发器内的数据方向。

图6.MAX9947在TXIN输入端调制数字数据，并产生OOK信号（TXOUT）。数据速率为 9.6kbps。

图7.MAX9947在RXIN输入端解调OOK信号，在RXOUT重建数字数据。数据速率为 9.6kbps。

自动定向输出

塔中可以有多个天线，具有多个 RET 和 TMA。所有这些设备都通过RS-485总线以菊花链方式进行通信。MAX9947（用于通过同轴电缆调制和解调OOK信号）通过RS-485收发器与RS-485总线接口，例如MAX13486E（图5）。

MAX9947提供自动定向输出（DIR），便于在塔式设备（从机）中进行RS-485总线仲裁，无需微控制器。基站（主站）确定数据流的方向，而塔式设备（从站）解码信息并响应来自主站的命令。收发器芯片的方向输出消除了从属微控制器的RS-485总线仲裁负担。

当数据来自基站并在RXOUT上解调时，收发器芯片上的方向输出DIR设置为高电平，使MAX13486E进入驱动模式，驱动RS-485总线。 DIR在最后一个停止位后的16位时间内释放。此间隔符合 AISG 协议，该协议要求在 20 位时间内释放总线（图 8）。

图8.MAX9947的方向输出（DIR）在16位内释放，从最后一位解调RXOUT数据开始。数据速率为115.2kbps。

默认条件是数据从RS-485总线传输到收发器MAX9947的TXIN输入端。在这种情况下，输出DIR为低电平，总线接口芯片MAX13486E处于接收模式。

收发器芯片的方向输出无需从微控制器驱动接口芯片的使能引脚。

结论

AISG已经解决了电信供应商对基站和塔设备之间通信标准协议的需求。集成AISG收发器芯片（如MAX9947）提供完全集成的解决方案，用于调制和解调协议中使用的OOK信号。这些单芯片解决方案节省了设计空间和成本，并简化了塔式设备中数据流的仲裁。

审核编辑：郭婷