寬帶固定無(wú)線(xiàn)接入指的是從交換節點(diǎn)到固定用戶(hù)終端部分或全部采用了無(wú)線(xiàn)方式。這里僅討論對核心數據網(wǎng)絡(luò )的接入。與有線(xiàn)接入比較，固定無(wú)線(xiàn)接入有如下顯著(zhù)特點(diǎn)：對自然條件適應性強。用戶(hù)只要在覆蓋區內，不需要特別定位和精確規劃。在地形地物不適于架線(xiàn)鋪纜的環(huán)境中，FWA系統顯得尤其適合，建設速度快。用戶(hù)端設備的安裝、調試方便靈活，大大縮短了建設周期。在技術(shù)上甚至可以做到當天申請，當天開(kāi)通數據業(yè)務(wù)。
本文提出了一種工作2.4G ISM頻段的固定寬帶CDMA無(wú)線(xiàn)接入系統，描述了基站系統方案，其具有抗干擾、體積小、低成本、性能良好等優(yōu)點(diǎn)，適合于油田、水力、電力等行業(yè)數據通信專(zhuān)網(wǎng)和農村、城郊區等地區的數據業(yè)務(wù)接入使用。
系統組成及工作原理
1 系統組成
系統由基站、用戶(hù)終端、轉發(fā)器、網(wǎng)管系統和管理計算機五部分組成。在縣城、較大鄉鎮或行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)的本地本地數據交換中心機房?jì)?或其附近)安裝FWA系統的基站。固定終端放在戶(hù)分布區(如較小鄉鎮、行政村中心地帶)或用戶(hù)室內，以無(wú)線(xiàn)方式與基站通信。用戶(hù)的數據通信設備直接與固定終端的10Base-T接口連接?；就ㄟ^(guò)RS232接口同操作維護中心的網(wǎng)管PC連接。固定寬帶CDMA無(wú)線(xiàn)按入系統的基本配置如圖1所示。
2 工作原理
系統是一個(gè)點(diǎn)對多點(diǎn)微波通信系統，為用戶(hù)提供低延遲的數據傳輸通道。系統采用TDD雙工方式，CDMA多址方式，BPSK調制，工作在2.4～2.4835GHz頻段。每個(gè)載波的寬度為40MHz，總共可以有兩個(gè)載波?；静捎萌葏^結構，每個(gè)扇區提供4個(gè)碼信道。三個(gè)扇區共用同一載波，每個(gè)載波可以提供12個(gè)碼信道，各碼信道采用不同的擴頻碼。擴頻碼采用m序列或GOLD碼。信道可以采用固定分配方式。
基站是無(wú)線(xiàn)鏈路的中心節點(diǎn)，通過(guò)10/100Base T接口與數據交換機或路由器相聯(lián)。用戶(hù)終端是無(wú)線(xiàn)鏈路的遠端節點(diǎn)，通過(guò)10Base T接口與用戶(hù)設備相連。用戶(hù)終端的無(wú)線(xiàn)信道速率可以設置為B、2B、2B+D、6B、6B+D、8B。轉發(fā)器用于延長(cháng)通信距離或者繞過(guò)障礙，它相當干兩個(gè)背靠背的用戶(hù)終端，分別工作在主從模式下，各種特性均與用戶(hù)終端相同。網(wǎng)管系統通過(guò)RS-422接口與基站相連。網(wǎng)管軟件運行在Windows環(huán)境下，以圖形界面的方式提供系統參數設置、系統測試、工作狀態(tài)監視、故障報警等功能。管理計算機是一臺筆記本電腦，運行一個(gè)終端管理軟件，通過(guò)RS 232接口與用戶(hù)終端相連。終端管理軟件同樣運行在Windows環(huán)境下，以圖形界面的方式提供用戶(hù)終端或轉發(fā)器的工作參數設置、工作狀態(tài)監視、故障診斷等功能。管理計算機只在對用戶(hù)終端或轉發(fā)器進(jìn)行開(kāi)通或維修時(shí)使用。
基站設計
1 總體設計
基站主要由以太網(wǎng)交換及接口轉換模塊、主控模塊、CDMA基帶處理模塊、RF模塊、網(wǎng)管系統和電源組成，總體框圖如圖2所示。
一個(gè)基站由3個(gè)扇區組成。每個(gè)扇區使用獨立的收發(fā)信機(射頻模塊)，可配置3個(gè)基帶模塊，每個(gè)基帶模塊支持4個(gè)信道。射頻模塊的控制和監檢由第一個(gè)基帶模塊卡負責。主控模塊控制3個(gè)基帶模塊，基帶模塊完成CDMA的基帶處理任務(wù)。
CDMA采用如表1所示的專(zhuān)用CDMA多址方案，擴頻碼碼型采用m序列或GOLD碼，周期最長(cháng)為232-1(m)或216-1(GOLD)。
系統采用Mitel公司定義的STBUS總線(xiàn)作為基站基帶電路數據總線(xiàn)，該總線(xiàn)主要是針對2.048Mbps碼速率信號定義的，規定了類(lèi)似E1的幀結構、幀同步時(shí)鐘及其命名方法、時(shí)鐘與輸入輸出數據的時(shí)序關(guān)系等?；鶐K和主控模塊的用戶(hù)數據連在ST—BUS上，接至ST-BUS接口轉換電路，在那里進(jìn)行ST—BUS信號與以太網(wǎng)橋輸入信號的轉換。ST-BUS接口轉換電路由FPGA實(shí)現，完成時(shí)序轉換功能。
射頻模塊工作在TDD方式。在接收狀態(tài)下，天線(xiàn)收到的基站信號經(jīng)過(guò)帶通濾波器和收發(fā)切換開(kāi)關(guān)后送到低噪聲放大器放大。系統采用一次變頻的方法，射頻信號經(jīng)過(guò)一次下變頻直接變成零中頻。I、Q兩路零中頻信號分別經(jīng)過(guò)低通濾波和緩沖放大后，送給基帶模塊。在發(fā)射狀態(tài)下，基帶處理模塊送來(lái)的基帶擴頻信號由線(xiàn)性相加器合成為一路，再經(jīng)過(guò)低通濾波器進(jìn)行成形濾波，送到調制器對載波進(jìn)行調制。系統采用直接調制載波的方法?；鶐K根據網(wǎng)管命令輸出功率控制信號(APC)，控制激勵級和末級的增益，以控制發(fā)射功率。
2 基帶電路設計
如圖3所示，基帶電路由3個(gè)基帶模塊構成，每個(gè)基帶模塊支持4個(gè)信道，每個(gè)信道使用一片GBTl000，主GBTl000對12個(gè)信道進(jìn)行集中控制。主GBT通過(guò)雙端口RAM對從GBT進(jìn)行控制，包括下載從GBT的程序、發(fā)送控制指令、讀取工作參數和狀態(tài)等。主GBT可以單獨對一片從GBT進(jìn)行操作，也可以同時(shí)對多片從GBT進(jìn)行相同的操作。主GBT和從GBT程序存儲在一片Flash RAM中，可以是寫(xiě)死的，也可以由主控制器通過(guò)串行控制總線(xiàn)下載新程序進(jìn)行修改。三個(gè)基帶模塊的從GBT輸出的基帶擴頻信號由數字合成器合成后再由3片D/A變換后，分別送給3個(gè)射頻模塊。在數字合成器中，每路輸入信號首先根據其信道速率乘以相應的功率系數，然后再進(jìn)行線(xiàn)性相加。主GBT負責向射頻模塊提供各種控制信號，并通過(guò)A/D檢測射頻模塊送回來(lái)的直流指示信號。主GBT通過(guò)串行控制總線(xiàn)接受網(wǎng)管計算機的指令，并向網(wǎng)管計算機報告各種工作參數和狀態(tài)。數字合成器由FPGA3完成，STBUS接口轉換電路由FPGA 2完成，FPGAl、2、3均選用現場(chǎng)可編程芯片ALTERA EPM7512AE-144實(shí)現，雙口RAM選用IDT70V06芯片。D/A選用AD9708現。
3 射頻模塊設計
射頻模塊原理框圖如圖4所示，工作在TDD方式。在接收狀態(tài)下，天線(xiàn)收到的基站信號經(jīng)過(guò)帶通濾波器和收發(fā)切換開(kāi)關(guān)后送到低噪聲放大器放大。再經(jīng)過(guò)一次濾波后由第二級射頻放大器(AGC放大器)進(jìn)一步放大。AGC信號由基帶卡提供?；祛l器對射頻信號進(jìn)行正交下變頻，輸出I、Q兩路信號。射頻信號經(jīng)過(guò)一次下變頻直接變成零中頻。I、Q兩路零中頻信號分別經(jīng)過(guò)低通濾波和緩沖放大后，送給基帶模塊。GBTl000輸出FLL信號，控制基準頻率源的頻率，使頻率綜合器產(chǎn)生的本振信號鎖定在接收載頻上。在發(fā)射狀態(tài)下，基帶模塊送來(lái)的基帶擴頻信號，經(jīng)過(guò)低通濾波器進(jìn)行成形濾波，送到調制
器對載波(即本振)進(jìn)行調制。系統采用直接調制載波的方法。調制信號經(jīng)過(guò)激勵級進(jìn)行預放大、帶通濾波器抑制帶外輻射和末級功率放大器進(jìn)行功率放大后，經(jīng)過(guò)收發(fā)切換開(kāi)關(guān)和帶通濾波器送到天線(xiàn)?；鶐щ娐犯鶕W(wǎng)管命令輸出功率控制信號(APC)，控制激勵級和末級的增益，以控制發(fā)射功率。TX_EN信號控制APC只在數據幀發(fā)送時(shí)才起作用，在其他時(shí)間內，不發(fā)射功率。TX RXb信號為收發(fā)控制信號，它一方面控制射頻切換開(kāi)關(guān)在接收通道和發(fā)射通道之間切換，另一方面控制電源只給正在工作的通道供電，以達到節電的目的。射頻電路主要技術(shù)指標如下：
·輸入調制信號多電平雙極性數字信號，最大幅度為3V，速率為32.768Mcps；
·成形濾波后，99％的信號能量集中在約40MHz帶寬內；
·載波頻率在2.4～2.4835GHz頻段，準確度不低于1×10-6；
·調制信號帶寬約為40MHz；
·功率控制范圍為70dB；
·末級功率1dB壓縮點(diǎn)輸出功率為500roW，最大輸出功率為200mW；
·功率檢測信號與輸出信號幅度成正比。輸出功率為500mw時(shí)，輸出電平為5000mV。輸出功率為0mw時(shí)，輸出電平為0mV；
·天線(xiàn)口的駐波不高于1.3；
·天線(xiàn)口的接收信號電平最小為110dBm，最大為-40dBm；
·從天線(xiàn)口看，接收機的噪聲系數不高于3.0dB；
·AGC范圍不低于70dB；
·零中頻信號的輸出幅度為200mV；
·收發(fā)轉換時(shí)間和電源接通時(shí)間均不超過(guò)10nS；
·電源電壓為48V±20％直流。
4 以太網(wǎng)交換機設計
交換機選用以Galileo
Technology公司ASIC網(wǎng)絡(luò )交換芯
片GT-48212為核心的交換結構，該芯片可工作于非管理模式和管理模式兩種配置方式，且可擴展為分布式結構的兩芯片框架結構。圖5給出了二層以太網(wǎng)交換機模塊原理圖，它包含12個(gè)10Mbps端口和2個(gè)10/100Mbps自適應端口。交換機包括：交換芯片(交換引擎)、SDRAM、物理層芯片、變壓器、晶振、控制邏輯及外圍電路等。SDRAM選用MT41LC256K3204芯片，GT-48212工作于非管理模式。
圖2中的12路以太網(wǎng)橋由12片專(zhuān)用芯片網(wǎng)橋RJ017來(lái)實(shí)現。
5 GBTl000軟件設計
GBT1000含有內置CPU V6502，主、從GBT1000的軟件流程設計如圖6所示。
結束語(yǔ)
本文給出了一個(gè)固定寬帶CDMA無(wú)線(xiàn)接入系統解決方案及基站的設計實(shí)現，簡(jiǎn)要說(shuō)明了系統體系結構和工作原理。重點(diǎn)描述了基站總體設計及各模塊的設計方案。系統經(jīng)過(guò)圖像傳輸測試，具有較好的網(wǎng)絡(luò )速率，可以實(shí)時(shí)的傳送音頻、圖像和數據，具有很好的實(shí)際運用價(jià)值。且其具有抗干擾、體積小、低成本、性能良好等優(yōu)點(diǎn)，為油田、水力、電力等行業(yè)數據通信專(zhuān)網(wǎng)和農村、城郊區等不適合有線(xiàn)數據通信的場(chǎng)合，提供了一種實(shí)用的解決方案。
