基站內(nèi)置多通道AISG控制單元的應(yīng)用與設(shè)計(jì)?

楊大全

基站內(nèi)置多通道AISG控制單元的應(yīng)用與設(shè)計(jì)?

楊大全

（上海貝爾股份有限公司，上海201206）

為減少外置設(shè)備的使用和網(wǎng)管平臺(tái)的統(tǒng)一，基站需要設(shè)計(jì)內(nèi)置的AISG控制器。給出了基站內(nèi)置多通道AISG控制單元的應(yīng)用模式，分析了AISG接口電路的參數(shù)選擇方法。計(jì)算表明，通過(guò)軟件控制可以降低對(duì)基站電源的容量和過(guò)流門(mén)限的需求。軟件中包括了設(shè)備的快速掃描方法，能夠有效處理雙向和單向會(huì)話，并實(shí)現(xiàn)了協(xié)議的兼容性。

基站；遙控電調(diào)傾角天線；塔放；遠(yuǎn)程控制單元；AISG接口

1 引言

隨著3G及LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，電調(diào)天線設(shè)備，包括遙控電調(diào)傾角（RET）天線和塔頂放大器（TMA）等，得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，電調(diào)天線設(shè)備通常采用天線接口標(biāo)準(zhǔn)化組織（Antenna Interface Standards Group，AISG）定義的設(shè)備控制接口協(xié)議。第三代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP將電調(diào)天線設(shè)備接口定義為Iuant接口，并制定了Iuant協(xié)議。3GPP Iuant協(xié)議與AISG 2.0協(xié)議基本相同，3G／LTE基站系統(tǒng)通過(guò)支持AISG V2.0來(lái)實(shí)現(xiàn)3GPP Iuant接口。

之前，基站通常采用外置AISG控制器的方式來(lái)支持對(duì)電調(diào)天線設(shè)備的控制［1］，但在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)需要考慮為外置AISG控制器提供額外的電源和安裝空間，分布式基站建設(shè)時(shí)還要考慮其環(huán)境防護(hù)的問(wèn)題；另一方面，外置AISG控制器的方式通常需要獨(dú)立的網(wǎng)管平臺(tái)對(duì)電調(diào)天線設(shè)備的控制進(jìn)行管理，不利于網(wǎng)絡(luò)管理的集成統(tǒng)一。因此，在新的基站設(shè)計(jì)時(shí)，內(nèi)部集成AISG控制功能就顯得非常必要。

本文以一個(gè)兩發(fā)四收的分布式基站射頻前端設(shè)備中的內(nèi)置AISG控制單元的實(shí)際設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，闡述基站內(nèi)置AISG控制器的應(yīng)用方法，并從硬件電路參數(shù)設(shè)計(jì)、控制優(yōu)化、軟件調(diào)度等方面討論AISG控制單元的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

2 基站內(nèi)置AISG功能及應(yīng)用

AISG有兩個(gè)可選的物理層模式：使用專用控制線纜的RS485模式和與射頻信號(hào)共用饋線的Modem模式，RET天線的遠(yuǎn)程控制單元（RCU）通常通過(guò)RS485模式進(jìn)行控制，TMA通常通過(guò)Modem模式進(jìn)行控制，幾乎所有的RCU和TMA都有一個(gè)RS485模式輸出口用于支持菊花鏈?zhǔn)郊?jí)聯(lián)。基站作為控制器，需要對(duì)RS485模式和Modem模式都能夠支持。

圖1是基站內(nèi)置AISG功能的單端口應(yīng)用模式。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)不配置TMA時(shí)（見(jiàn)圖1（a）），基站通過(guò)RS485模式連接到天線RCU，其他天線RCU以級(jí)聯(lián)方式連接到該RCU。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)配置TMA時(shí)（見(jiàn)圖1（b）），基站通過(guò)Modem模式連接到TMA，天線RCU以級(jí)聯(lián)方式連接到該TMA。在這種應(yīng)用模式下，基站的2個(gè)AISG端口（RS485模式和Modem模式）中只有一個(gè)端口工作，可以被應(yīng)用在WCDMA系統(tǒng)的單發(fā)雙收模式，也可以被用于LTE系統(tǒng)中的2×2 MIMO模式中。

兩發(fā)四收基站的AISG控制單元是一個(gè)多通道的AISG控制單元，設(shè)備有2個(gè)天線端口支持Modem模式的AISG功能，除了能支持圖1所示的應(yīng)用外，還能夠支持有多個(gè)AISG端口同時(shí)工作的場(chǎng)景，見(jiàn)圖2。圖2（a）中，在兩收模式下，每路接收使用獨(dú)立的TMA（一些歐美的電信運(yùn)營(yíng)商經(jīng)常會(huì)有類似需求），TMA連接到支持AISG功能的基站天線端口，天線RCU以級(jí)聯(lián)方式連接到各自對(duì)應(yīng)的TMA。圖2（b）中，系統(tǒng)配置成兩發(fā)四收模式（可以支持2個(gè)WCDMA的單發(fā)雙收扇區(qū)），基站通過(guò)2個(gè)支持AISG功能的天線端口連接到2個(gè)雙路TMA，天線RCU以級(jí)聯(lián)方式連接到對(duì)應(yīng)的TMA。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 接口電路

基站內(nèi)置AISG控制單元的硬件電路主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的物理層轉(zhuǎn)換和電源的控制，圖3是系統(tǒng)AISG控制相關(guān)的硬件電路功能框圖，包括1個(gè)專用的RS485接口和2個(gè)支持Modem模式的天線接口。RS485模式的專用線纜上包括一對(duì)RS485總線以及電源和地；Modem模式的天線接口由OOK信號(hào)、基站射頻信號(hào)以及電源一起經(jīng)過(guò)BiasT電路合并來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的處理器通過(guò)FPGA擴(kuò)展UART控制器，UART控制器的3組收發(fā)信號(hào)線分別連接到1個(gè)RS485收發(fā)器和2個(gè)OOK收發(fā)器，用于實(shí)現(xiàn)AISG的雙向通信；處理器通過(guò)FPGA擴(kuò)展I／O接口，連接到各個(gè)通道的電源開(kāi)關(guān)，用于控制電源的通斷。AISG設(shè)備的管理可以通過(guò)本地網(wǎng)口進(jìn)行，也可以通過(guò)系統(tǒng)與基站基帶單元之間的CPRI接口的管理通道實(shí)現(xiàn)。

基站作為AISG主控制器，其RS485接口必須有ISB功能，即在總線空閑時(shí)，總線電平必須保持在有效的“1”狀態(tài)［2］。RS485的邏輯門(mén)限為200 mV，考慮到電調(diào)天線設(shè)備的RS485接口上通常沒(méi)有RS485總線端接電阻［3］，基站AISG控制器的RS485總線上拉電阻的計(jì)算公式可以表示為

式中，Ra、Rb為總線的上／拉電阻，Rs為總線端接電阻，n為基站RS485接口支持的級(jí)聯(lián)設(shè)備數(shù)量，Vcc是RS485接口電路的工作電壓。當(dāng)系統(tǒng)需要支持6個(gè)從設(shè)備的級(jí)聯(lián)，RS485接口電路的工作電壓設(shè)計(jì)為3.3 V時(shí)，如果使用端接電阻（Rs=120Ω），那么Ra和Rb需要小于877Ω；如果不使用端接電阻（Rs=∞），那么Ra和Rb只要按照小于15.5 kΩ進(jìn)行選擇即可滿足要求。

3.2 電源的控制

在設(shè)計(jì)電源時(shí)，需要根據(jù)負(fù)載的功耗計(jì)算電源容量，根據(jù)負(fù)載的上電沖擊電流設(shè)計(jì)電源的過(guò)流保護(hù)門(mén)限。按照3GPP的定義，AISG負(fù)載的電源特性為：?jiǎn)温稵MA的最大功耗為7.5 W，上電時(shí)的沖擊電流為1 A；RET靜止態(tài)最大功耗為2 W，電動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)最大功耗為13 W，上電時(shí)的沖擊電流為0.4 A［2］。

為減小對(duì)基站內(nèi)置的多路AISG控制單元的電源容量的需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)軟件來(lái)控制各個(gè)AISG端口依次上電，以保證同時(shí)只有一個(gè)端口出現(xiàn)上電沖擊電流；同樣通過(guò)軟件控制，保證同一時(shí)刻只有一個(gè)RET處于高功耗的電動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)。以圖1（b）為例，基站支持兩路TMA（一個(gè)雙路塔放）和2個(gè)RET天線，通過(guò)軟件控制，電源的容量需要大于2× 7.5 W+1×2 W+1×13 W=30 W，而電源的過(guò)流保護(hù)門(mén)限需要大于2×1 A+2×0.4 A=2.8 A。

表1給出了圖1、圖2各種配置模式下不進(jìn)行軟件控制和進(jìn)行軟件控制時(shí)的電源容量和過(guò)流保護(hù)門(mén)限的最小值的計(jì)算結(jié)果，可以看出，通過(guò)軟件控制可以大量節(jié)省基站電源的設(shè)計(jì)容量，降低過(guò)流保護(hù)門(mén)限。圖2（a）和圖1（b）相比，負(fù)載不變，使用獨(dú)立的塔放，總的電源功耗需求沒(méi)有變化，但通過(guò)軟件控制，單個(gè)端口的電源容量和過(guò)流保護(hù)門(mén)限都降低了，總的電源過(guò)流保護(hù)門(mén)限也降低了。圖2（b）和圖1（b）相比，負(fù)載翻倍了，通過(guò)軟件控制，單個(gè)端口的電源容量和過(guò)流保護(hù)門(mén)限沒(méi)有變化，但總的電源功耗需求和電源過(guò)流保護(hù)門(mén)限并不需要翻倍。圖2（b）和圖2（a）相比，負(fù)載翻倍了，電源過(guò)流保護(hù)門(mén)限翻倍了，但通過(guò)軟件控制，總的電源功耗并不需要翻倍。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

4.1 軟件的體系結(jié)構(gòu)

基站軟件采用多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，與AISG控制功能相關(guān)部分的框圖見(jiàn)圖4，包括多個(gè)軟件模塊，其中：硬件驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)如RS485收發(fā)器、OOK收發(fā)器、電源開(kāi)關(guān)，以及CPRI接口的等硬件電路的支持；硬件管理模塊實(shí)現(xiàn)上文中所描述的電源的開(kāi)關(guān)順序控制；AISG驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)AISG協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層即HDLC幀的處理；AISG應(yīng)用模塊實(shí)現(xiàn)AISG協(xié)議的的應(yīng)用層即協(xié)議消息處理。系統(tǒng)的OAM處理模塊負(fù)責(zé)將AISG消息信息通過(guò)系統(tǒng)的OAM傳輸通道連接到本地管理網(wǎng)口，或者經(jīng)過(guò)CPRI接口連接到網(wǎng)管中心。

AISG協(xié)議里對(duì)物理層及應(yīng)用層的數(shù)據(jù)消息和消息格式定義得非常清晰［4-5］，軟件的AISG驅(qū)動(dòng)模塊和應(yīng)用模塊按照協(xié)議的定義實(shí)現(xiàn)即可，這里不作過(guò)多描述，主要介紹AISG驅(qū)動(dòng)模塊的快速設(shè)備掃描方法和AISG應(yīng)用模塊的流程分支設(shè)計(jì)。

4.2 快速設(shè)備掃描

每個(gè)電調(diào)天線設(shè)備只有在分配到地址后，才能進(jìn)行有效的控制。地址分配是在設(shè)備掃描的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，設(shè)備掃描消息由控制器以廣播形式發(fā)送，在處于無(wú)地址狀態(tài)的電調(diào)天線設(shè)備收到后發(fā)送響應(yīng)消息。由于AISG是共享總線的鏈型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)總線上有多個(gè)電調(diào)天線設(shè)備時(shí)，可能會(huì)由于同時(shí)響應(yīng)設(shè)備掃描命令而發(fā)生總線沖突的情況，造成接收的數(shù)據(jù)混亂，從而延長(zhǎng)設(shè)備掃描時(shí)間，在多通道同時(shí)工作時(shí)這種情況將會(huì)更加嚴(yán)重，為此，需要設(shè)計(jì)快速掃描機(jī)制。實(shí)現(xiàn)快速掃描的方法是，在設(shè)備掃描過(guò)程中，如果檢測(cè)到頻繁的總線沖突，則控制器軟件將設(shè)備掃描消息由廣播包轉(zhuǎn)換為“組播”包，利用掃描命令字中的屏蔽位，將從設(shè)備的ID范圍劃分出若干段，依次進(jìn)行掃描。因?yàn)橹挥蠭D號(hào)落在該段中的從設(shè)備才會(huì)響應(yīng)該掃描命令，這樣可以減小數(shù)據(jù)沖突發(fā)生的可能性，從而更快速地完成對(duì)所有設(shè)備的掃描和地址分配。

4.3 流程分支設(shè)計(jì)

軟件應(yīng)用層處理消息時(shí)的主要分支包括協(xié)議兼容性判斷分支和單向會(huì)話處理分支。應(yīng)用層在處理接收到的消息時(shí)首先根據(jù)電調(diào)天線設(shè)備類型選擇消息命令碼集，這是因?yàn)锳ISG擴(kuò)展版本V2.1.0設(shè)備使用的消息命令碼字和V2.0的消息命令碼字是重疊相同的［6-7］，首先判斷設(shè)備類型可以確保兼容AISG V2.1.0。軟件的另一個(gè)重要分支用于支持告警指示消息。軟件的正常流程為雙向會(huì)話：基站發(fā)送消息，等待電調(diào)天線設(shè)備對(duì)該消息的響應(yīng)，此時(shí)，如果接收到的消息不是正常的應(yīng)答消息，則可能是出現(xiàn)的單向會(huì)話消息。單向會(huì)話消息是電調(diào)天線設(shè)備主動(dòng)發(fā)送的告警指示消息。基于多任務(wù)處理的機(jī)制，處于等待狀態(tài)的軟件在判斷收到的是單向會(huì)話消息時(shí)需要觸發(fā)告警處理進(jìn)程，然后繼續(xù)等待電調(diào)天線設(shè)備對(duì)之前雙向會(huì)話的響應(yīng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文討論了基站中內(nèi)置實(shí)現(xiàn)多通道的AISG控制單元的應(yīng)用模式以及設(shè)計(jì)方案，與用于電調(diào)天線遠(yuǎn)程控制單元的設(shè)計(jì)［8］相比，基站的控制單元硬件上要考慮匹配和驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，軟件上需要考慮容錯(cuò)以及兼容性。通過(guò)在基站中實(shí)現(xiàn)內(nèi)置AISG控制單元，使得基站可以在脫離外置AISG控制器的情況對(duì)電調(diào)天線設(shè)備進(jìn)行控制，而多通道功能的設(shè)計(jì)，還可以使基站有能力在多個(gè)天線端口上支持連接塔放等AISG設(shè)備。設(shè)計(jì)結(jié)果表明，需要根據(jù)應(yīng)用拓?fù)溆?jì)算AISG控制單元接口的電路參數(shù)，通過(guò)合理的軟件控制，可以減小對(duì)硬件能力的需求，也可以提高與天線設(shè)備之間的通信效率，并提高控制的可靠性和兼容性。基站中內(nèi)置AISG控制單元可以更好地將AISG控制功能融合進(jìn)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理框架中，這將是下一步工作的研究重點(diǎn)。希望本文的內(nèi)容能夠?qū)ο嚓P(guān)的設(shè)計(jì)工作有一定的借鑒和促進(jìn)作用。

［1］李文生，羅仁澤，呂炎炎，等.電調(diào)天線設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電訊技術(shù)，2011，51（1）：68-73.

LI Wen-sheng，LUO Ren-ze，LV Yi，et al.Design and Implementation of an Antenna Line Device Control System［J］. Telecommunication Engineering，2011（1）：68-73.（in Chinese）

［2］3GPP TS 25.461 V9.3.0，UTRAN Iuant Interface：Layer 1［S］.

［3］Antenna Interface Standards Group Standard No.v2.0，Control Interface for Antenna Line Devices［S］.

［4］3GPP TS 25.462 V9.0.0，UTRAN Iuant Interface：Signalling Transport［S］.

［5］3GPP TS 25.466 V9.2.0，UTRAN Iuant interface：Application Part［S］.

［6］AISG-ES-RAB v2.1.0，Remote Azimuth Beamwidth Extension to the Control Interface for Antenna Line Devices［S］.

［7］AISG-ES-RAS v2.1.0，Remote Azimuth Steering Extension to the炎 炎Control Interface for Antenna Line Devices［S］.

［8］呂，劉偉.基于AISG2.0協(xié)議的電調(diào)天線遠(yuǎn)程控制單元的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2009（11）：33-35.

LV Yi，LIU Wei.The realizalion of RET control unit based on AISG2.0［J］.Application of Electronic Technique，2009（11）：33-35.（in Chinese）

Application and Design of Base Station Built-in Multi-port AISG Control Unit

YANG Da-quan
（Alcatel-Lucent Shanghai Bell Co.，Ltd.，Shanghai 201206，China）

Base stations with built-in AISG control function need replace the use of external independent control device and make better OAM integration.The application scenarios for base stations with built-in multi-port AISG control unit are given.The parameter selection method for AISG hardware interface circuits is analysed.Computation result shows the requirement of power supply capacity and over current protection threshold will be reduced through software control.Software also realizes multi-port multi-device fast scan method and can support two-way conversations together with one-way conversations，and is compatible and interoperable with 3GPP protocol.

base station；RET antenna；TMA；remote control unit；AISG interface

The National Science and Technology Major Project（2011ZX03001-006）

the M.S.degree from Tsinghua University in 1998.He is now a senior engineer.His research concerns system design of telecommunication product.

1001-893X（2012）09-1518-04

2012-02-20；

2012-05-04

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2011ZX03001-006）

TN929.5

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.09.020

楊大全（1973—），男，遼寧鞍山人，1998年于清華大學(xué)獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為高級(jí)工程師，主要從事通信產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

Email：daquan.yang＠alcatel-sbell.com.cn

YANG Da-quan was born in Anshan，Liaoning Province，in 1973.He