论文部分内容阅读
本文将讨论如何使光模块实现智能化，以此来高效实现数据传输处理和一些参数监控功能。光模块是直放站的核心部件之一，其性能好坏往往决定了直放站的整体性能和稳定性。智能光模块的设计是基于射频收发芯片CC1000上的无线通信，以实时监测收发模块的温度、射频输入输出功率供电电压、激光偏电流以及发射和接收光功率等，功能比较完善，提高光纤直放站可控性。这些参量的测量，可以帮助管理单元找出光纤链路中发生故障的位置，简化维护工作，提高系统的可靠性。
一、引言
随着网络信息时代的到来，光纤通信已构成强大的网状信息大通道，将全世界联系在一起，并逐步向千家万户延伸。光收发模块作为光纤接入网的核心器件推动了干线光传输系统向低成本方向发展，使得光网络的配置更加完备合理。由于光模块是直放站的核心部件之一，其性能好坏往往决定了直放站的整体性能和稳定性。光收发模块由光电子器件、功能电路和光接口等结构件组成，光电子器件包括发射和接收两部分，发射部分包括LED、VCSEL、FPLD、DFB LD等几种光源；接收部分包括PIN型和APD型两种光探测器。由于光纤直放站系统使用的特点，其安装调试工作麻烦，维护工作开销巨大。所以，为了增加系统的可靠性并降低系统安装调试的复杂性，越来越多的直放站生产商都要求光模块具有智能化功能。
1．光纤直放站的特点
(1)工作稳定，覆盖效果好。光纤直放站通过光纤传输信号。不受地理环境，天气变化或施主基站覆盖范围调整的影响，因此工作稳定，覆盖效果好。
(2)设计和施工更为灵活
(3)避免了同频干扰，可全向覆盖，干扰少
(4)单级传输距离长达50Km以上，扩大覆盖范围；
(5)可提高增益而不会自激，有利于加大下行信号发射功率；
(6)信号传输不受地理条件限制，特别适合边远城镇或地形复杂的山区。
2．光纤直放站的工作原理
光纤直放站主要有光近端机、光纤、广远端机(覆盖单元)几个部分组成。光近端机和光远端机都包括射频单元(RF单元)和光单元。无线信号从基站中耦合出来后，进入光近端机，通过电光转换，电信号转换为光信号，进入RF单元进行放大，信号进行放大后送入发射天线，覆盖目标区域。上行线路的工作原理一样，手机发射的信号通过天线至广远端机，再到近端机，回到基站，光纤直放站近端机的定向天线收到基站的下行信号(935MHz-960MHz)送至近端主机，放大后送到光端机内进行电／光转换，发射1.55&l-31μm波长的光信号，再送到光波复用器，同原传输链路的光信号(波长1.31μm)合在一起经光缆传到远端；远端光波波分器将1.31μm和1.551μm波长的光信号分开后，让1.55μm波长的光信号输入光端机进行光，电转换，还原成下行信号(935MHz-960MHz)，，再经远端主机内部功放放大，由全向天线发射出去送给移动台，移动台的上行信号(890MHz—915MHz)逆向送到基站，这样就完成了基站与移动台的信号联系，建立通话。
光纤直放站通过近端机将射频信号转变为光信号传送到远端机，再由远端机将光信号转变为射频信号发射到覆盖区。它通过光纤传输和射频覆盖相结合的方式双向放大基站上、下行链路信号，有效扩展基站覆盖范围，提供灵活的室外覆盖解决方案，提高话音质量，改善通信网络覆盖效果。
三、光纤直放站硬件设计
该设计是基于射频收发芯片CC1000上的无线通信，以实时监测收发模块的温度、射频输入输出功率供电电压、激光偏置电流以及发射和接收光功率等，功能比较完善，提高光纤直放站可控性。
CC1000是根据Chipeon公司的SmartRF技术。在0.35μmCMOS工艺下制造的一种理想的超高频单片收发通信芯片。它的工作频带在315、868及915MHz的ISM方面(工业，科学与医疗)和SDR(短距离通信)方面，可在300-1000MHZ范围内通过编程工作。其主要工作参数能通过串行总线接口编程改变，这样使CC1000使用更方便更灵活，CC1000可通过简单的三线串行接口(PDATA、PCLK和PALE)进行编程，能够与多种单片机直接兼容连接。此设计采用射频收发芯片CC1000作为数传芯片。通过光纤进行传输。因为光纤传输受外界影响小，传输距离远远大于无线传输距离。
此设计需要单片机，因为单片机具有AD采集功能，而各项参数监控都是通过AD转换采集得到的，如光收发功率等，都是通过电压与功率的线性关系而采集得出的。另外，由于设计需要监测模块的实时温度，需加一个热敏电阻，根据电压与温度值的关系曲线图，通过热敏电阻的电压值变化而采集出温度值的变化情况。设计中选用精度为10位的单片机最大采集电压可达3.3V。监控电路是光模块实现智能的核心部分，采用RS485接口可以实现电对多点的通信，满足直放站要求一拖多的需求。
四、光纤直放站软件设计
1．CC1000设置。CC1000采用曼彻斯特编码方式，进行数据译码和同步工作。因为在同步编码方式中，曼彻斯特编码不需要锁定平均值滤波器，使用起来较为方便，设计中要求CC1000的接收本振频率是433.766MHZ，发射中心频率为433.916MHZ(连发“1”)，433.948MHZ(连发“0”)，采用11.0592MHZ的晶振。通过对配置寄存器的频率字编程设置。该软件提供输入／输出匹配电路和VCO电感所需的元件参数值。
2．FSK通信。通过数据由近端机发出，采用曼彻斯特编码同步模式进行数据的同步接收和发送。在发射模式下，PCLK提供时钟信号，DIO用于数据输入。数据用曼彻斯特编码在RF口上调制，译码由CC1000完成，在接收模式下，CC1000达到同步并在PLCK提供接收数据时钟，在DIO上提供数据。
3．数据监控。所有需要监控的数据都是通过单片机的AD采集来实现的，将所要监控的模拟量通过数字量得到。显示在设计中的是模拟量与电压的曲线关系，电压值的改变引起所需要的模拟量的改变。所有的监控都是通过上位机界面来实现的。当模块在工作中时，如果发生对应的相关量的改变，就会出现不同的界面，以此来达到监控的目的，同时也方便使用和维护模块。
五、结束语
该设计实现模块的远程光纤通信，同时也可以用具有20dB光衰的光纤进行无误码通信。由于数据传输为中断方式且选用曼彻斯特编码，其传输误码率可以小于0.1％，保证了直放站的可靠性。
通过此模块的设计，笔者遇到了一些问题。在调试过程中，发送和接送数据发生了冲突，通过不断调节它的中断发送和接收延时来达到较好的通信质量。设计中采用热敏电阻进行温度测试，如需要还可以解决CC1000本振频率偏移的问题。测试发现，CC1000本征頻率在温度改变的情况下会有所偏移，从而可能导致不能正常通信。因为直放站一般是置放在高山且工作温度较高，由于环境的改变，温度会有所不同，从而引起CC1000频偏。我们可以自动调整其温度值相关的量来校准频率，该功能还有待于解决。
(作者单位：商丘科技职业学院)
一、引言
随着网络信息时代的到来，光纤通信已构成强大的网状信息大通道，将全世界联系在一起，并逐步向千家万户延伸。光收发模块作为光纤接入网的核心器件推动了干线光传输系统向低成本方向发展，使得光网络的配置更加完备合理。由于光模块是直放站的核心部件之一，其性能好坏往往决定了直放站的整体性能和稳定性。光收发模块由光电子器件、功能电路和光接口等结构件组成，光电子器件包括发射和接收两部分，发射部分包括LED、VCSEL、FPLD、DFB LD等几种光源；接收部分包括PIN型和APD型两种光探测器。由于光纤直放站系统使用的特点，其安装调试工作麻烦，维护工作开销巨大。所以，为了增加系统的可靠性并降低系统安装调试的复杂性，越来越多的直放站生产商都要求光模块具有智能化功能。
1．光纤直放站的特点
(1)工作稳定，覆盖效果好。光纤直放站通过光纤传输信号。不受地理环境，天气变化或施主基站覆盖范围调整的影响，因此工作稳定，覆盖效果好。
(2)设计和施工更为灵活
(3)避免了同频干扰，可全向覆盖，干扰少
(4)单级传输距离长达50Km以上，扩大覆盖范围；
(5)可提高增益而不会自激，有利于加大下行信号发射功率；
(6)信号传输不受地理条件限制，特别适合边远城镇或地形复杂的山区。
2．光纤直放站的工作原理
光纤直放站主要有光近端机、光纤、广远端机(覆盖单元)几个部分组成。光近端机和光远端机都包括射频单元(RF单元)和光单元。无线信号从基站中耦合出来后，进入光近端机，通过电光转换，电信号转换为光信号，进入RF单元进行放大，信号进行放大后送入发射天线，覆盖目标区域。上行线路的工作原理一样，手机发射的信号通过天线至广远端机，再到近端机，回到基站，光纤直放站近端机的定向天线收到基站的下行信号(935MHz-960MHz)送至近端主机，放大后送到光端机内进行电／光转换，发射1.55&l-31μm波长的光信号，再送到光波复用器，同原传输链路的光信号(波长1.31μm)合在一起经光缆传到远端；远端光波波分器将1.31μm和1.551μm波长的光信号分开后，让1.55μm波长的光信号输入光端机进行光，电转换，还原成下行信号(935MHz-960MHz)，，再经远端主机内部功放放大，由全向天线发射出去送给移动台，移动台的上行信号(890MHz—915MHz)逆向送到基站，这样就完成了基站与移动台的信号联系，建立通话。
光纤直放站通过近端机将射频信号转变为光信号传送到远端机，再由远端机将光信号转变为射频信号发射到覆盖区。它通过光纤传输和射频覆盖相结合的方式双向放大基站上、下行链路信号，有效扩展基站覆盖范围，提供灵活的室外覆盖解决方案，提高话音质量，改善通信网络覆盖效果。
三、光纤直放站硬件设计
该设计是基于射频收发芯片CC1000上的无线通信，以实时监测收发模块的温度、射频输入输出功率供电电压、激光偏置电流以及发射和接收光功率等，功能比较完善，提高光纤直放站可控性。
CC1000是根据Chipeon公司的SmartRF技术。在0.35μmCMOS工艺下制造的一种理想的超高频单片收发通信芯片。它的工作频带在315、868及915MHz的ISM方面(工业，科学与医疗)和SDR(短距离通信)方面，可在300-1000MHZ范围内通过编程工作。其主要工作参数能通过串行总线接口编程改变，这样使CC1000使用更方便更灵活，CC1000可通过简单的三线串行接口(PDATA、PCLK和PALE)进行编程，能够与多种单片机直接兼容连接。此设计采用射频收发芯片CC1000作为数传芯片。通过光纤进行传输。因为光纤传输受外界影响小，传输距离远远大于无线传输距离。
此设计需要单片机，因为单片机具有AD采集功能，而各项参数监控都是通过AD转换采集得到的，如光收发功率等，都是通过电压与功率的线性关系而采集得出的。另外，由于设计需要监测模块的实时温度，需加一个热敏电阻，根据电压与温度值的关系曲线图，通过热敏电阻的电压值变化而采集出温度值的变化情况。设计中选用精度为10位的单片机最大采集电压可达3.3V。监控电路是光模块实现智能的核心部分，采用RS485接口可以实现电对多点的通信，满足直放站要求一拖多的需求。
四、光纤直放站软件设计
1．CC1000设置。CC1000采用曼彻斯特编码方式，进行数据译码和同步工作。因为在同步编码方式中，曼彻斯特编码不需要锁定平均值滤波器，使用起来较为方便，设计中要求CC1000的接收本振频率是433.766MHZ，发射中心频率为433.916MHZ(连发“1”)，433.948MHZ(连发“0”)，采用11.0592MHZ的晶振。通过对配置寄存器的频率字编程设置。该软件提供输入／输出匹配电路和VCO电感所需的元件参数值。
2．FSK通信。通过数据由近端机发出，采用曼彻斯特编码同步模式进行数据的同步接收和发送。在发射模式下，PCLK提供时钟信号，DIO用于数据输入。数据用曼彻斯特编码在RF口上调制，译码由CC1000完成，在接收模式下，CC1000达到同步并在PLCK提供接收数据时钟，在DIO上提供数据。
3．数据监控。所有需要监控的数据都是通过单片机的AD采集来实现的，将所要监控的模拟量通过数字量得到。显示在设计中的是模拟量与电压的曲线关系，电压值的改变引起所需要的模拟量的改变。所有的监控都是通过上位机界面来实现的。当模块在工作中时，如果发生对应的相关量的改变，就会出现不同的界面，以此来达到监控的目的，同时也方便使用和维护模块。
五、结束语
该设计实现模块的远程光纤通信，同时也可以用具有20dB光衰的光纤进行无误码通信。由于数据传输为中断方式且选用曼彻斯特编码，其传输误码率可以小于0.1％，保证了直放站的可靠性。
通过此模块的设计，笔者遇到了一些问题。在调试过程中，发送和接送数据发生了冲突，通过不断调节它的中断发送和接收延时来达到较好的通信质量。设计中采用热敏电阻进行温度测试，如需要还可以解决CC1000本振频率偏移的问题。测试发现，CC1000本征頻率在温度改变的情况下会有所偏移，从而可能导致不能正常通信。因为直放站一般是置放在高山且工作温度较高，由于环境的改变，温度会有所不同，从而引起CC1000频偏。我们可以自动调整其温度值相关的量来校准频率，该功能还有待于解决。
(作者单位：商丘科技职业学院)