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作者：美信（Maxim）公司Maurizio Gavardoni 第三代(3G)無線網絡用于提供數據密集型智能手機所需的高速數據服務，而部署這樣的基礎架構成本非常昂貴，而且部分地區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議，用于支持智能天線系統。AISG規范允許以數字方式遠程控制、監測無線基礎架構，根據不斷變化的覆蓋范圍要求動態優化網絡，尤其是，借助這一協議可以實現天線的遠程遙控(RET)。因為該開放式標準把電信公司從專有方案中解放出來，并可保護其基礎設施的投資，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，大大提高了生產規劃的效率。 基站系統和AISG 典型的基站系統(圖1所示)中，天線塔臺頂部的設備和地面控制設備之間通過同軸電纜進行RF數據通信。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數據接收通路，其主要功能是提高接收信號的信噪比。地面設備包括雙工器濾波器(用來分離發送和接收通路的兩個不同頻率)、發送功率放大器和接收器放大器。為了監測塔臺設備工作是否正常，需要一套報警系統，并通過單獨的電纜將報警信息從塔臺發送到地面控制設備。 
圖1.AISG之前的基站系統架構。 2004年之后，3G無線網絡標準規定必須動態控制天線的傾角并調節其位置，以優化信號的發射。調節設備稱為RET，被增加到塔臺設備。隨后很快推出了AISG標準協議，主要目的是采用標準通信協議從地面遠程控制RET裝置。 圖2所示系統為符合AISG標準協議的基站系統架構，也可按照該協議傳輸報警信息。由于AISG數據為低頻調制，可利用相同電纜來傳輸射頻數據，處理AISG信號。這種多功能性降低了布線要求。此外，利用T型網絡裝置，還可能在同一同軸電纜上同時承載地面到塔臺設備的供電電源(典型值為30V)。
圖2.采用AISG標準的基站系統架構。 AISG應用基礎 AISG定義了基站和塔臺設備之間的通信協議，采用2.176MHz正弦載波，開關鍵控(OOK)調制。通信為雙向、半雙工主(基站)從(塔臺)架構。來自基站的命令控制改變天線的傾角(RET)，同時還可監測塔臺設備的狀態，例如RET和TMA。 可以利用分立元件或方案實現AISG收發器，設計中會用到有源或無源濾波器、不同的OOK調制和解調電路，以及總線仲裁邏輯電路及放大器。通過各種設計渠道實現標準要求，任何推向市場的產品也都需要創建一個透明方案實現AISG。 圖3給出了一個利用分立元件構建的收發器示例，簡單的OOK調制器可由模擬開關實現。但是，考慮到極其嚴格的AISG輻射要求，對帶通濾波器設計提出了相當大的挑戰，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、峰值解調器和數據恢復比較器。
圖3.AISG收發器的分立方案。 首款全集成收發器 利用集成方案可大幅減少實現AISG通信所需的元件數量，MAX9947是目前市場上唯一一款單芯片AISG收發器。芯片集成了發送器、接收器和有源濾波器，與分立方案相比可有效簡化設計、降低費用，有助于縮短AISG方案的實施時間。 MAX9947發送器包括OOK調制器、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解調器和用于恢復數字信號的比較器。器件支持AISG標準規定的三種數據率：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系統方案。TXOUT處的OOK信號和RXOUT恢復的數字信號分別如圖6和圖7所示。
圖4.基站AISG功能框圖。FPGA將數據發送到MAX9947并從MAX9947接收數據，MAX9947調制/解調同軸電纜的OOK信號。
圖5.塔臺AISG系統框圖。AISG收發器連接電纜端的OOK信號和MAX13486E RS-485接口收發器左側的RS-485數字信號。MAX9947的方向輸出(DIR)驅動RS-485收發器的方向控制。 自動方向控制 塔臺上可能有多個天線，帶有多個RET和TMA。所有這些設備通過RS-485總線以菊花鏈方式連接。MAX9947 (用于調制/解調同軸電纜的OOK信號)通過RS-485收發器(例如MAX13486E)連接到RS-485總線(圖5)。 MAX9947提供自動方向控制輸出(DIR)，便于塔臺設備(從設備)的RS-485總線仲裁，無需微控制器介入。基站(主設備)決定數據流的傳輸方向，而塔臺設備(從設備)對信息進行解碼并響應主控制器的命令。收發芯片的方向控制輸出省去了微控制器對RS-485總線從設備的仲裁。 當數據來自基站并在RXOUT解調輸出時，收發芯片的方向控制輸出DIR置為高電平，將MAX13486置于有效發送模式，以驅動RS-485總線。最后一個停止位之后，經過16個位時鐘周期釋放DIR。這一時間間隔符合AISG協議，協議要求總線在20比特周期內釋放總線(圖8)。
圖6.MAX9947對TXIN輸入數據進行調制，產生OOK信號(TXOUT)，數據速率為9.6kbps。
圖7.MAX9947對RXIN輸入的OOK信號進行解調，在RXOUT端恢復出數字數據。數據速率為9.6kbps。
圖8.RXOUT解調數據輸出最后一位之后，經過16個位時鐘周期釋放MAX9947的方向控制輸出(DIR)。數據速率為115.2kbps。 默認條件下，數據由RS-485總線傳送到MAX9947收發器的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。 收發器芯片的方向控制輸出節省了微控制器驅動接口的使能控制。 結論 AISG為電信廠商提供了實現基站和塔臺設備通信的標準協議。集成AISG收發器芯片，例如MAX9947，是AISG關于OOK調制、解調協議的全集成方案，利用單芯片解決方案可有效節省設計空間、成本，簡化塔臺設備的數據流仲裁。 |
