CN104301367A - 数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法 - Google Patents

数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法，所述的数字多点分布系统包括依次连接的信源接入单元、扩展单元、远端单元和射频功率放大模块，所述的通信方法具体为：将远端单元和射频功率放大模块采用腔体隔离，在远端单元上连接第一RS-485模块，射频功率放大模块上连接第二RS-485模块，所述的第一RS-485模块和第二RS-485模块间通过RS-485总线连接，所述的远端单元与射频功率放大模块通过RS-485总线以数据包的形式进行通信交互。与现有技术相比，本发明既解决了数字板与射频板之间的高频辐射干扰，又实现了对功率放大器各个参数的有效监控，方便监控项的扩展，提高了系统的可靠性。

Description

数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法
技术领域
本发明涉及数字多点分布系统，尤其是涉及一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法。
背景技术
随着现代数字移动通信技术的蓬勃发展，用户对无线通信设备的性能要求越来越高，实现在各种环境中的稳定、高速的数据传输是移动通信系统研究者的主要目标之一。在数字多点分布系统中，射频功率放大器是发射机的末级，它将已调制的频带信号放大到所需要的功率，保证在覆盖区域内的接收机可以收到满意的信号电平，但不能过于干扰相邻信道的通信，同时又要尽量地保持放大后的大功率信号不失真畸变。这些不同方面的要求使得功率放大器的设计者要面面俱到地考虑到很多指标的平衡，功率放大器的设计也成为无线通信系统设计过程中的关键步骤之一。
其中高频辐射干扰是功放设计中需要考虑的重要因素之一，如果此种干扰太大，则将导致终端信号失真，甚至掉话。目前常用的解决方法是加滤波电容、增加功放接地线路宽度、差分线路传输等，但这些解决方法都只在一定程度上缓解了射频放大电路的高频辐射干扰。如果对干扰抑制要求很高，则这些方法只能作为辅助方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法，所述的数字多点分布系统包括依次连接的信源接入单元、扩展单元、远端单元和射频功率放大模块，所述的通信方法具体为：
将远端单元和射频功率放大模块采用腔体隔离，在远端单元上连接第一RS-485模块，射频功率放大模块上连接第二RS-485模块，所述的第一RS-485模块和第二RS-485模块间通过RS-485总线连接，所述的远端单元与射频功率放大模块通过RS-485总线以数据包的形式进行通信交互。
所述的数据包由起始标志单元、命令单元、校验单元和结束标志单元组成，其中，
所述的起始标志单元和结束标志单元均为1字节长度的固定16进制数；
所述的命令单元包括命令控制头和命令体；
所述的校验单元为2字节长度的CRC检验和。
所述的命令控制头包括功放模块地址、命令编号、应答标志和命令体长度。
该通信方法具体包括远端单元接收数据包部分和射频功率放大模块接收数据包部分，其中，
所述的远端单元接收数据包部分包括以下步骤：
A1)第一RS-485模块接收数据包存储在RS-485缓存中；
A2)远端单元从RS-485缓存读取数据，判断当前读取的数据是否为起始标志单元，若是，则执行步骤A3)，若否，则返回步骤A2)；
A3)远端单元将当前状态从“IDLE”转换为“BUSY”；
A4)远端单元从RS-485缓存读取数据，判断当前读取的数据是否为结束标志单元，若是，则执行步骤A6)，若否，则执行步骤A5)；
A5)判断当前数据是否需要进行转义处理，若是，则对当前数据进行转义处理，若否，则将当前数据保存入有效数据包缓存；
A6)判断当前数据长度是否有效，若是，则将当前数据放入消息队列，并发送，执行步骤A7)，若否，则将数据释放，执行步骤A7)；
A7)远端单元将当前状态从“BUSY”转换为“IDLE”；
所述的射频功率放大模块接收数据包部分包括以下步骤：
B1)初始化第二RS-485模块、AD转换器和保护定时器；
B2)判断第二RS-485模块的RS-485缓存是否接收到有效的数据包，若是，则执行步骤B3)，若否，则返回步骤B2)；
B3)根据协议格式对数据包进行解析，并进行相应处理：
若数据包为查询功能数据包，则从相应任务中所得的数据进行打包，通过RS-485总线返回给远端单元；若数据包为设置功能数据包，则进行相应设置后，将设置结果通过RS-485总线返回给远端单元；
B4)返回步骤B2)。
所述的转义处理指：将命令单元和校验单元中的数据转换为设定的转义字符。
所述的查询功能包括查询温度、查询GSM载波功率和查询WCDMA载波功率；
所述的设置功能包括设置GSM开关、设置WCDMA开关、设置温度标准、设置GSM载波功率校准和设置WCDMA载波功率校准。
所述的保护定时器根据设定的间隔时间启动定时器中断服务程序。
与现有技术相比，本发明将远端单元和射频功率放大模块通过RS-485模块连接，并通过自定义的RS485通信协议进行串口通信，既解决了数字板与射频板之间的高频辐射干扰，又实现了对功率放大器各个参数的有效监控。本发明具有以下优点：
1)本发明对远端单元和射频功率放大模块进行腔体隔离，有效抑制引线电感及走线电感等引起高频辐射干扰的影响；
2)本发明通过RS-485总线连接远端单元和射频功率放大模块，保证了通信速度，所采用的RS-485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，抗噪声干扰性好，方便监控项的扩展；
3)远端单元和射频功率放大模块的功能采用独立模块化设计，远端单元和射频功率放大模块只需要统一通信协议格式，大大减轻了远端单元的设计压力，降低了设计的难度，提高了整个系统的可靠性。
附图说明
图1为移动通信覆盖微功率数字多点系统；
图2为远端单元与功率放大器的RS-485连接示意图；
图3为RS485接口芯片MAX3485的原理图；
图4为远端单元接收数据包任务程序框图；
图5为功率放大器工作流程图；
图6为功率放大器中定时器中断服务程序框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法，如图1所示，所述的数字多点分布系统包括依次连接的信源接入单元MAU、扩展单元EU、远端单元RU和射频功率放大模块PA，实现移动通信的室内覆盖，信源接入单元MAU连接有多个基站，包括GSM基站、WCDMA基站、LTEMIMO基站等。如图2所示，所述的通信方法具体为：
将远端单元RU和射频功率放大模块PA采用腔体隔离，在远端单元RU上连接第一RS-485模块1，射频功率放大模块PA上连接第二RS-485模块2，所述的第一RS-485模块1和第二RS-485模块2间通过RS-485总线连接，所述的远端单元RU与射频功率放大模块PA通过RS-485总线以数据包的形式进行通信交互。
一、硬件设计
为了保证射频与控制之间不产生互相干扰，对PCB的布局布线进行优化，射频链路与控制部分用腔体隔离。同时，为了保证良好的射频指标，放大器与放大器之间也用单独的隔离腔进行隔离。设计时，保证隔离腔体与PCB之间具有良好的接触。
第一RS-485模块1和第二RS-485模块2中的RS485接口芯片为MAX3485，如图3所示，采用半双工通信，速率可到12Mbps。其中，RO表示MAX3485的接收输出；DI表示MAX3485的发送输入；RE表示MAX3485的收发使能，低电平接收有效／高电平发送有效。RS485接口芯片的初始状态为接收状态。
射频功率放大器模块与远端设备之间采用RS-485串行总线通信，可以满足系统抗干扰性强、传输速度快、灵敏度高等性能要求，RS-485具有以下特点：
1、RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(02-6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.2-6)V表示。接口信号电平比RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接；
2、RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复；
3、RS-485最大的通信距离约为1219米，最大传输速率为10Mb／S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb／S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。
二、协议设计
关于RS-485模块的通信协议，不同厂商有不同的通信协议，没有标准的通信协议格式，这里给出了一套较为完善的协议格式。协议中涵盖了CRC校验位、特殊字符转义、定时器保护等功能，能够保证数据的可靠性。
下面是对协议的重点说明：
●起始标识、结束标识不进行区分，固定为16进制数0x7E。
●引入转义字符，ASCII字符‘^’(0x5E)。范围：对除起始标志和结束标志外的所有数据。转义规则：用0x5E，0x5D来代替0x5E；用0x5E，0x7D来代替0x7E。
●CRC的数据不包含起始标识和结束标志，采用CCITT推荐的16位的x16+x12+x5+1(0x1021)，如果接收方CRC校验和与发送方的校验相等则表明该数据包有效，否则应返回CRC错误代码。
●发送数据包之前，先生成CRC校验值，再进行转义处理；接收到数据包后，先进行转义处理，再进行CRC校验。
2.1基本格式
远端单元RU与射频功率放大器模块间通过RS-485总线以数据包的形式进行交互，一个完整的数据包由起始标志单元、命令单元、校验单元、结束标志单元4部分组成，如表1所示，对于命令单元和校验单元中的特殊数据需要进行转义处理。
表1
起始标志单元 命令单元 校验单元 结束标志单元
上表各单元详细说明如下：
●起始／结束标志单元：1字节长度，表示一个完整命令包的开始／结束，固定为16进制数0x7E；
●命令单元：由命令控制头和命令体两部分组成。命令控制头包括：功放模块地址、命令编号、应答标志、命令体长度4个字段组成，共5字节长度。命令体的解析方法和实际长度由控制部分的“功放模块地址”、‘‘命令编号”和“命令体长度”共同确定。命令单元的组成格式见表2；
●校验单元：针对协议中的“命令单元”进行校验(从“命令单元，的第一.个字节计算到最后一个字节)，采用CCITT推荐的16位的x16+x12+x5+1(0x1021)。生成2字节的CRC校验和(低字节在前，高字节在后)。发送方必须根据“命令单元”生成2字节的CRC检验和，接收方收到完整的数据包后，根据“命令单元，”生成新的CRC检验和，如果新的CRC校验和与收到的校验和相等则表明该数据包有效。
●转义处理：由于使用16进制方式传输数据，为防止数据中出现与通信包起始标志、结束标志相同的数据而影响这两个标志的判断。在发送和接收时必须进行数据的转义，使用的转义字符是ASCII字符‘^’(0x5E)。范围：对除起始标志和结束标志外的所有数据。转义规则：用0x5E，0x5D来代替0x5E；用0x5E，0x7D来代替0x7E。对于需要进行转义后发送的情况，要按照如下的顺序进行操作：发送数据包之前，先生成CRC校验值，再进行转义处理；接收到数据包后，先进行转义处理，再进行CRC校验。
2.2.命令单元
命令单元由命令控制头和命令体组成，详见表2。
表2
2.2.1功放模块地址
功放模块地址：远端设备与功率放大器模块间采用总线形式连接。功率放大器模块只解析模块地址与自身地址相同的命令，对命令数据的解释需参照模块地址中的模块功能编码。
●用2个字节表示功放模块地址，如0x0008。
2.2.2命令编号
●命令编号：命令的唯一标识，命令响应中的命令编号同接收命令中的命令编号，见表3。
表3
命令编号 含义
0x81 查询温度
0x82 查询GSM载波功率
0x83 查询WCDMA载波功率
0x84 设置GSM开关
0x85 设置WCDMA开关
0x86 设置温度校准
0x87 设置GSM载波功率校准
0x88 设置WCDMA载波功率校准
2.2.3应答标志
●应答标志：作为命令的主动发起方，该字段写0。如果作为应答消息，该字段作为应答标志。如果该字段非0x01，则表明最近收到的命令无法处理或出错。主发起方收到对方应答标志非0x01的应答后，对“命令体”不解析、不处理。只有应答标志为0x01，“命令体长度”和“命令体”才有意义。应答标志编码详细见表4。
表4
2.2.4命令体长度
●命令体长度：命令数据的实际长度，以字节为单位。
2.2.5命令数据
●命令数据：对应不同的命令编号，所对应的数据类型和长度有所不同。数据长度与命令体长度相同，详见表5。
表5
2.3字符格式传送要求
采用异步半双工通信方式，8个数据位、1个停止位、无校验位、波特率为19.2Kbps。
2.4有符号数据规定
有符号数的符号位统一采用补码表示法。
25保护定时器
采用保护定时器的目的是在时序上保证消息或命令的可靠到达。设备监控软件在向模块发送命令后设置了保护定时器，定时器超时之前收到的应答为有效应答；否则为无效应答，此时，远端机设备监控软件认为该功率放大器模块有故障。其中查询命令的保护时间为65ms；设置命令的保护时间为130ms。
本发明数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法具体包括远端单元接收数据包部分和射频功率放大模块接收数据包部分。
远端单元的处理器采用VxWorks操作系统，将RS-485串口设备添加到TTY虚拟设备中，初始化串口工作模式、波特率等参数，通过设备读写函数(read()／write())进行读写。建立RS-485读任务，在缺省状态下，RS-485半双工串口工作在只读状态，当串口接收到有效数据后，根据协议格式进行解析，获取查询数据或设置结果；对功放模块进行发送时，调用发送函数，发送函数根据需求进行组包，组包完成后，将RE收发使能置高进行发送，发送缓冲队列为空后，利用信号量，将RE收发使能拉低，返回初始状态。
如图4所示，远端单元接收数据包的过程包括以下步骤：
A1)第一RS-485模块接收数据包存储在RS-485缓存中；
A2)远端单元从RS-485缓存读取数据，判断当前读取的数据是否为起始标志单元，若是，则执行步骤A3)，若否，则返回步骤A2)；
A3)远端单元将当前状态从“IDLE”转换为“BUSY”；
A4)远端单元从RS-485缓存读取数据，判断当前读取的数据是否为结束标志单元，若是，则执行步骤A6)，若否，则执行步骤A5)；
A5)判断当前数据是否需要进行转义处理，若是，则对当前数据进行转义处理，若否，则将当前数据保存入有效数据包缓存；
A6)判断当前数据长度是否有效，若是，则将前数据放入消息队列，并发送到函数处理任务进行处理；
A7)远端单元将当前状态从“BUSY”转换为“IDLE”：
射频功率放大模块的处理器采用AVR单片机，通过AD转换器定时采集多制式功率电平、功放工作温度，通过通用IO端口控制功放开关。总的来说，当远端设备发送有关查询的命令包时，功放模块单片机返回查询结果，通过查询通过射频功率放大模块的状态进行监控；当远端设备发送有关设置的命令包时，功放模块单片机返回设置成功与否的结果。如图5所示，射频功率放大模块接收数据包部分包括以下步骤：
B1)初始化第二RS-485模块、AD转换器和保护定时器；
B2)判断第二RS-485模块的RS-485缓存是否接收到有效的数据包，若是，则执行步骤B3)，若否，则返回步骤B2)；
B3)根据协议格式对数据包进行解析，并进行相应处理：
若数据包为查询功能数据包，则从相应任务中所得的数据进行打包，通过RS-485总线返回给远端单元，通过查询功能对射频功率放大模块进行监控；若数据包为设置功能数据包，则进行相应设置后，将设置结果通过RS-485总线返回给远端单元；
B4)返回步骤B2)。
如图6所示，射频功率放大模块还包括定时器中断服务程序：关中断；启动多通道AD转换器；获取转换结果进行保存；打开中断。定时器中断服务程序用于AD采集，每过一定的时间(间隔时间由定时器初始化而定，一般在ms级)就会执行，中断服务程序只进行数据保存，不进行数据处理。

Claims (7)

1.一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法，所述的数字多点分布系统包括依次连接的信源接入单元、扩展单元、远端单元和射频功率放大模块，其特征在于，所述的通信方法具体为：
将远端单元和射频功率放大模块采用腔体隔离，在远端单元上连接第一RS-485模块，射频功率放大模块上连接第二RS-485模块，所述的第一RS-485模块和第二RS-485模块间通过RS-485总线连接，所述的远端单元与射频功率放大模块通过RS-485总线以数据包的形式进行通信交互。
2.根据权利要求1所述的一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法，其特征在于，所述的数据包由起始标志单元、命令单元、校验单元和结束标志单元组成，其中，
所述的起始标志单元和结束标志单元均为1字节长度的固定16进制数；
所述的命令单元包括命令控制头和命令体；
所述的校验单元为2字节长度的CRC检验和。
3.根据权利要求2所述的一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法，其特征在于，所述的命令控制头包括功放模块地址、命令编号、应答标志和命令体长度。
4.根据权利要求2所述的一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法，其特征在于，该通信方法具体包括远端单元接收数据包部分和射频功率放大模块接收数据包部分，其中，
所述的远端单元接收数据包部分包括以下步骤：
A1)第一RS-485模块接收数据包存储在RS-485缓存中；
A2)远端单元从RS-485缓存读取数据，判断当前读取的数据是否为起始标志单元，若是，则执行步骤A3)，若否，则返回步骤A2)；
A3)远端单元将当前状态从“IDLE”转换为“BUSY”：
A4)远端单元从RS-485缓存读取数据，判断当前读取的数据是否为结束标志单元，若是，则执行步骤A6)，若否，则执行步骤A5)；
A5)判断当前数据是否需要进行转义处理，若是，则对当前数据进行转义处理，若否，则将当前数据保存入有效数据包缓存；
A6)判断当前数据长度是否行效，若是，则将当前数据放入消息队列，并发送，执行步骤A7)，若否，则将数据释放，执行步骤A7)；
A7)远端单元将当前状态从“BUSY”转换为“IDLE”：
所述的射频功率率放大模块接收数据包部分包括以下步骤：
B1)初始化第二RS-485模块、AD转换器和保护定时器；
B2)判断第二RS-485模块的RS-485缓存是否接收到有效的数据包，若是，则执行步骤B3)，若否，则返回步骤B2)；
B3)根据协议格式对数据包进行解析，并进行相应处理：
若数据包为查询功能数据包，则从相应任务中所得的数据进行打包，通过RS-485总线返回给远端单元；若数据包为设置功能数据包，则进行相应设置后，将设置结果通过RS-485总线返回给远端单元；
B4)返回步骤B2)。
5.根据权利要求4所述的一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法，其特征在于，所述的转义处理指：将命令单元和校验单元中的数据转换为设定的转义字符。
6.根据权利要求4所述的一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法，其特征在于，所述的查询功能包括查询温度、查询GSM载波功率和查询WCDMA载波功率；
所述的设置功能包括设置GSM开关、设置WCDMA开关、设置温度标准、设置GSM载波功率校准和设置WCDMA载波功率校准。
7.根据权利要求4所述的一种数字多点分布系统远端单元与功率放大器间的通信方法，其特征在于，所述的保护定时器根据设定的间隔时间启动定时器中断服务程序。
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