嵌入式智能射頻光傳輸模塊設(shè)計

1.引言

在移動通信迅速發(fā)展的今天，無論何種無線通信的覆蓋區(qū)域都將產(chǎn)生弱信號區(qū)和盲區(qū)，而對一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和用戶數(shù)不多的盲區(qū)，要架設(shè)模擬或數(shù)字基站成本太高，基礎(chǔ)設(shè)施也較復(fù)雜，在這種情況下，提供一種成本低、架設(shè)簡單，卻具有小型基站功能的經(jīng)濟有效的設(shè)備――直放站是很有必要的。因此，移動通信服務(wù)商們開始在基地之外的建筑物內(nèi)部及地下等電波盲區(qū)設(shè)置直放站，以最大限度地滿足用戶對于通話服務(wù)的要求。

光纖直放站主要由光近端機、光纖、光遠(yuǎn)端機幾個部分組成。光近端機和光遠(yuǎn)端機都包括射頻單元和光單元。信號的傳輸分下行鏈路和上行鏈路。在下行鏈路中，光近端機接收來自基站的無線信號，通過電光轉(zhuǎn)換，電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?，從光近端機輸入至光纖，經(jīng)過光纖傳輸到光遠(yuǎn)端機，光遠(yuǎn)端機把光信號轉(zhuǎn)為電信號，進(jìn)入射頻單元進(jìn)行放大，信號經(jīng)過放大后送入遠(yuǎn)端天線發(fā)送出去，覆蓋目標(biāo)區(qū)域。上行鏈路的工作原理與下行鏈路類似，手機發(fā)射的信號通過遠(yuǎn)端天線至光遠(yuǎn)端機，再到近端機，回到基站。光纖直放站近端機的定向天線收到基站的下行信號(以GSM信號為例，頻段為935MHz-960M Hz)送至近端主機，放大后送到光端機內(nèi)進(jìn)行電／光轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生波長為1550nm的光信號。因為光纖中傳輸有波長為1310nm的上行光信號，所以下行的1550nm的光信號要通過光波分復(fù)用器耦合到光纖中，最后經(jīng)光纖傳到遠(yuǎn)端機；遠(yuǎn)端光波分復(fù)用器將1550nm和1310nm波長的光信號分開后，讓1550nm波長的光信號輸入光端機進(jìn)行光／電轉(zhuǎn)換，還原成下行射頻信號，再經(jīng)遠(yuǎn)端主機內(nèi)部功放放大，由全向天線發(fā)射出去送給移動臺。移動臺的上行信號(頻段為890MHz-915M Hz)逆向送到基站，這樣就完成了基站與移動臺的信號聯(lián)系，建立通話。其原理如圖1 所示。

由于光纖直放站系統(tǒng)使用的特點，其安裝調(diào)試工作麻煩，維護(hù)工作開銷巨大。為了增加系統(tǒng)的可靠性并降低系統(tǒng)安裝調(diào)試的復(fù)雜性，越來越多的直放站生產(chǎn)商都要求光模塊具有智能化功能，以實現(xiàn)對直放站的實時監(jiān)控，從而方便工作人員的調(diào)試、維護(hù)和管理。本文討論了在傳統(tǒng)光模塊基礎(chǔ)上通過增加嵌入式單元，以實現(xiàn)光模塊的智能化。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 監(jiān)控電路設(shè)計

監(jiān)控電路是光模塊實現(xiàn)智能化的核心部分，圖2 是本設(shè)計中光模塊的監(jiān)控系統(tǒng)框圖。該部分完成各監(jiān)控量的采集、控制等工作。本設(shè)計采用C8051F023型單片機實現(xiàn)對光模塊的嵌入式控制，C8051F023內(nèi)部集成了一個8位8輸入的ADC、一個10位8輸入的ADC和兩個12位DAC，非常方便對參數(shù)的采集和對壓控器件的控制[1][2]。

在射頻信號的輸入和輸出端，功率檢測電路將耦合進(jìn)來的射頻能量進(jìn)行放大，并實現(xiàn)功率/電壓轉(zhuǎn)換，再對產(chǎn)生的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在程序中采用查找表的方法，即能得到輸入/輸出的功率值。C8051F023根據(jù)檢測到的功率值，調(diào)整鏈路中的衰減值。在射頻信號輸入端，單片機通過D/A轉(zhuǎn)換，控制壓控衰減器；而在輸出端，則通過程控衰減器控制信號增益。偏置電路為激光器（LD）的工作提供合適的驅(qū)動電流。單片機通過A/D轉(zhuǎn)換采集到激光器的偏置電壓，在程序中光功率與電壓同樣采用查找表的方法直接轉(zhuǎn)換，而偏置電流則通過電壓與電流的線性關(guān)系轉(zhuǎn)換得到。當(dāng)某些因素導(dǎo)致激光器驅(qū)動電流過大或過小時，單片機通過改變D/A輸出電壓，來調(diào)整偏置電路的輸出電流，使激光器的發(fā)光功率維持在正常水平。另外，由于設(shè)計需要監(jiān)測模塊的實時溫度，需加一個熱敏電阻，根據(jù)電壓與溫度值的關(guān)系曲線圖，通過熱敏電阻的電壓值變化而采集出溫度值的變化情況。

2.2 數(shù)據(jù)傳送電路設(shè)計[3][4]

linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）

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