楊大全

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

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)管平臺的統(tǒng)一，基站需要設(shè)計內(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。計算表明，通過軟件控制可以降低對基站電源的容量和過流門限的需求。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話，并實現(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)通過支持AISG V2.0來實現(xiàn)3GPP Iuant接口。

之前，基站通常采用外置AISG控制器的方式來支持對電調(diào)天線設(shè)備的控制［1］，但在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時需要考慮為外置AISG控制器提供額外的電源和安裝空間，分布式基站建設(shè)時還要考慮其環(huán)境防護(hù)的問題；另一方面，外置AISG控制器的方式通常需要獨立的網(wǎng)管平臺對電調(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)計時，內(nèi)部集成AISG控制功能就顯得非常必要。

本文以一個兩發(fā)四收的分布式基站射頻前端設(shè)備中的內(nèi)置AISG控制單元的實際設(shè)計為基礎(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、控制優(yōu)化、軟件調(diào)度等方面討論AISG控制單元的設(shè)計與開發(fā)。

2 基站內(nèi)置AISG功能及應(yīng)用

AISG有兩個可選的物理層模式：使用專用控制線纜的RS485模式和與射頻信號共用饋線的Modem模式，RET天線的遠(yuǎn)程控制單元（RCU）通常通過RS485模式進(jìn)行控制，TMA通常通過Modem模式進(jìn)行控制，幾乎所有的RCU和TMA都有一個RS485模式輸出口用于支持菊花鏈?zhǔn)郊壜?lián)?；咀鳛榭刂破?，需要對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)場不配置TMA時（見圖1（a）），基站通過RS485模式連接到天線RCU，其他天線RCU以級聯(lián)方式連接到該RCU。當(dāng)現(xiàn)場配置TMA時（見圖1（b）），基站通過Modem模式連接到TMA，天線RCU以級聯(lián)方式連接到該TMA。在這種應(yīng)用模式下，基站的2個AISG端口（RS485模式和Modem模式）中只有一個端口工作，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控制單元是一個多通道的AISG控制單元，設(shè)備有2個天線端口支持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AISG端口同時工作的場景，見圖2。圖2（a）中，在兩收模式下，每路接收使用獨立的TMA（一些歐美的電信運營商經(jīng)常會有類似需求），TMA連接到支持AISG功能的基站天線端口，天線RCU以級聯(lián)方式連接到各自對應(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WCDMA的單發(fā)雙收扇區(qū)），基站通過2個支持AISG功能的天線端口連接到2個雙路TMA，天線RCU以級聯(lián)方式連接到對應(yīng)的TMA。

3 硬件電路設(shè)計

3.1 接口電路

基站內(nèi)置AISG控制單元的硬件電路主要實現(xiàn)信號的物理層轉(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個專用的RS485接口和2個支持Modem模式的天線接口。RS485模式的專用線纜上包括一對RS485總線以及電源和地；Modem模式的天線接口由OOK信號、基站射頻信號以及電源一起經(jīng)過BiasT電路合并來實現(xiàn)。系統(tǒng)的處理器通過FPGA擴(kuò)展UART控制器，UART控制器的3組收發(fā)信號線分別連接到1個RS485收發(fā)器和2個OOK收發(fā)器，用于實現(xiàn)AISG的雙向通信；處理器通過FPGA擴(kuò)展I／O接口，連接到各個通道的電源開關(guān)，用于控制電源的通斷。AISG設(shè)備的管理可以通過本地網(wǎng)口進(jìn)行，也可以通過系統(tǒng)與基站基帶單元之間的CPRI接口的管理通道實現(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，總線電平必須保持在有效的“1”狀態(tài)［2］。RS485的邏輯門限為200 mV，考慮到電調(diào)天線設(shè)備的RS485接口上通常沒有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個從設(shè)備的級聯(lián)，RS485接口電路的工作電壓設(shè)計為3.3 V時，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)計電源時，需要根據(jù)負(fù)載的功耗計算電源容量，根據(jù)負(fù)載的上電沖擊電流設(shè)計電源的過流保護(hù)門限。按照3GPP的定義，AISG負(fù)載的電源特性為：單路TMA的最大功耗為7.5 W，上電時的沖擊電流為1 A；RET靜止態(tài)最大功耗為2 W，電動調(diào)節(jié)時最大功耗為13 W，上電時的沖擊電流為0.4 A［2］。

為減小對基站內(nèi)置的多路AISG控制單元的電源容量的需求，系統(tǒng)設(shè)計通過軟件來控制各個AISG端口依次上電，以保證同時只有一個端口出現(xiàn)上電沖擊電流；同樣通過軟件控制，保證同一時刻只有一個RET處于高功耗的電動調(diào)節(jié)狀態(tài)。以圖1（b）為例，基站支持兩路TMA（一個雙路塔放）和2個RET天線，通過軟件控制，電源的容量需要大于2× 7.5 W+1×2 W+1×13 W=30 W，而電源的過流保護(hù)門限需要大于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)行軟件控制時的電源容量和過流保護(hù)門限的最小值的計算結(jié)果，可以看出，通過軟件控制可以大量節(jié)省基站電源的設(shè)計容量，降低過流保護(hù)門限。圖2（a）和圖1（b）相比，負(fù)載不變，使用獨立的塔放，總的電源功耗需求沒有變化，但通過軟件控制，單個端口的電源容量和過流保護(hù)門限都降低了，總的電源過流保護(hù)門限也降低了。圖2（b）和圖1（b）相比，負(fù)載翻倍了，通過軟件控制，單個端口的電源容量和過流保護(hù)門限沒有變化，但總的電源功耗需求和電源過流保護(hù)門限并不需要翻倍。圖2（b）和圖2（a）相比，負(fù)載翻倍了，電源過流保護(hù)門限翻倍了，但通過軟件控制，總的電源功耗并不需要翻倍。

4 軟件實現(xiàn)

4.1 軟件的體系結(jié)構(gòu)

基站軟件采用多任務(wù)實時操作系統(tǒng)，與AISG控制功能相關(guān)部分的框圖見圖4，包括多個軟件模塊，其中：硬件驅(qū)動模塊實現(xiàn)對如RS485收發(fā)器、OOK收發(fā)器、電源開關(guān)，以及CPRI接口的等硬件電路的支持；硬件管理模塊實現(xiàn)上文中所描述的電源的開關(guān)順序控制；AISG驅(qū)動模塊實現(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消息信息通過系統(tǒng)的OAM傳輸通道連接到本地管理網(wǎng)口，或者經(jīng)過CPRI接口連接到網(wǎng)管中心。

AISG協(xié)議里對物理層及應(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)動模塊和應(yīng)用模塊按照協(xié)議的定義實現(xiàn)即可，這里不作過多描述，主要介紹AISG驅(qū)動模塊的快速設(shè)備掃描方法和AISG應(yīng)用模塊的流程分支設(shè)計。

4.2 快速設(shè)備掃描

每個電調(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)總線上有多個電調(diào)天線設(shè)備時，可能會由于同時響應(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，從而延長設(shè)備掃描時間，在多通道同時工作時這種情況將會更加嚴(yán)重，為此，需要設(shè)計快速掃描機(jī)制。實現(xiàn)快速掃描的方法是，在設(shè)備掃描過程中，如果檢測到頻繁的總線沖突，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。因為只有ID號落在該段中的從設(shè)備才會響應(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所有設(shè)備的掃描和地址分配。

4.3 流程分支設(shè)計

軟件應(yīng)用層處理消息時的主要分支包括協(xié)議兼容性判斷分支和單向會話處理分支。應(yīng)用層在處理接收到的消息時首先根據(jù)電調(diào)天線設(shè)備類型選擇消息命令碼集，這是因為AISG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話：基站發(fā)送消息，等待電調(diào)天線設(shè)備對該消息的響應(yīng)，此時，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)的單向會話消息。單向會話消息是電調(diào)天線設(shè)備主動發(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話消息時需要觸發(fā)告警處理進(jìn)程，然后繼續(xù)等待電調(diào)天線設(shè)備對之前雙向會話的響應(yīng)。

5 結(jié)束語

本文討論了基站中內(nèi)置實現(xiàn)多通道的AISG控制單元的應(yīng)用模式以及設(shè)計方案，與用于電調(diào)天線遠(yuǎn)程控制單元的設(shè)計［8］相比，基站的控制單元硬件上要考慮匹配和驅(qū)動問題，軟件上需要考慮容錯以及兼容性。通過在基站中實現(xiàn)內(nèi)置AISG控制單元，使得基站可以在脫離外置AISG控制器的情況對電調(diào)天線設(shè)備進(jìn)行控制，而多通道功能的設(shè)計，還可以使基站有能力在多個天線端口上支持連接塔放等AISG設(shè)備。設(shè)計結(jié)果表明，需要根據(jù)應(yīng)用拓?fù)溆嬎鉇ISG控制單元接口的電路參數(shù)，通過合理的軟件控制，可以減小對硬件能力的需求，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?；局袃?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。希望本文的內(nèi)容能夠?qū)ο嚓P(guān)的設(shè)計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)計與實現(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)計實現(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

國家科技重大專項（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)為高級工程師，主要從事通信產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計工作。

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

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