淺析智能光模塊設計

本文將討論如何使光模塊實現智能化，以此來高效實現數據傳輸處理和一些參數監控功能。光模塊是直放站的核心部件之一，其性能好壞往往決定了直放站的整體性能和穩定性。智能光模塊的設計是基于射頻收發芯片CC1000上的無線通信，以實時監測收發模塊的溫度、射頻輸入輸出功率供電電壓、激光偏電流以及發射和接收光功率等，功能比較完善，提高光纖直放站可控性。這些參量的測量，可以幫助管理單元找出光纖鏈路中發生故障的位置，簡化維護工作，提高系統的可靠性。

一、引言

隨著網絡信息時代的到來，光纖通信已構成強大的網狀信息大通道，將全世界聯系在一起，并逐步向千家萬戶延伸。光收發模塊作為光纖接入網的核心器件推動了干線光傳輸系統向低成本方向發展，使得光網絡的配置更加完備合理。由于光模塊是直放站的核心部件之一，其性能好壞往往決定了直放站的整體性能和穩定性。光收發模塊由光電子器件、功能電路和光接口等結構件組成，光電子器件包括發射和接收兩部分，發射部分包括LED、VCSEL、FPLD、DFB LD等幾種光源；接收部分包括PIN型和APD型兩種光探測器。由于光纖直放站系統使用的特點，其安裝調試工作麻煩，維護工作開銷巨大。所以，為了增加系統的可靠性并降低系統安裝調試的復雜性，越來越多的直放站生產商都要求光模塊具有智能化功能。

1．光纖直放站的特點

(1)工作穩定，覆蓋效果好。光纖直放站通過光纖傳輸信號。不受地理環境，天氣變化或施主基站覆蓋范圍調整的影響，因此工作穩定，覆蓋效果好。

(2)設計和施工更為靈活

(3)避免了同頻干擾，可全向覆蓋，干擾少

(4)單級傳輸距離長達50Km以上，擴大覆蓋范圍；

(5)可提高增益而不會自激，有利于加大下行信號發射功率；

(6)信號傳輸不受地理條件限制，特別適合邊遠城鎮或地形復雜的山區。

2．光纖直放站的工作原理

光纖直放站主要有光近端機、光纖、廣遠端機(覆蓋單元)幾個部分組成。光近端機和光遠端機都包括射頻單元(RF單元)和光單元。無線信號從基站中耦合出來后，進入光近端機，通過電光轉換，電信號轉換為光信號，進入RF單元進行放大，信號進行放大后送入發射天線，覆蓋目標區域。上行線路的工作原理一樣，手機發射的信號通過天線至廣遠端機，再到近端機，回到基站，光纖直放站近端機的定向天線收到基站的下行信號(935MHz-960MHz)送至近端主機，放大后送到光端機內進行電／光轉換，發射1.55l-31μm波長的光信號，再送到光波復用器，同原傳輸鏈路的光信號(波長1.31μm)合在一起經光纜傳到遠端；遠端光波波分器將1.31μm和1.551μm波長的光信號分開后，讓1.55μm波長的光信號輸入光端機進行光，電轉換，還原成下行信號(935MHz-960MHz)，，再經遠端主機內部功放放大，由全向天線發射出去送給移動臺，移動臺的上行信號(890MHz—915MHz)逆向送到基站，這樣就完成了基站與移動臺的信號聯系，建立通話。

光纖直放站通過近端機將射頻信號轉變為光信號傳送到遠端機，再由遠端機將光信號轉變為射頻信號發射到覆蓋區。它通過光纖傳輸和射頻覆蓋相結合的方式雙向放大基站上、下行鏈路信號，有效擴展基站覆蓋范圍，提供靈活的室外覆蓋解決方案，提高話音質量，改善通信網絡覆蓋效果。

三、光纖直放站硬件設計

該設計是基于射頻收發芯片CC1000上的無線通信，以實時監測收發模塊的溫度、射頻輸入輸出功率供電電壓、激光偏置電流以及發射和接收光功率等，功能比較完善，提高光纖直放站可控性。

CC1000是根據Chipeon公司的SmartRF技術。在0.35μmCMOS工藝下制造的一種理想的超高頻單片收發通信芯片。它的工作頻帶在315、868及915MHz的ISM方面(工業，科學與醫療)和SDR(短距離通信)方面，可在300-1000MHZ范圍內通過編程工作。其主要工作參數能通過串行總線接口編程改變，這樣使CC1000使用更方便更靈活，CC1000可通過簡單的三線串行接口(PDATA、PCLK和PALE)進行編程，能夠與多種單片機直接兼容連接。此設計采用射頻收發芯片CC1000作為數傳芯片。通過光纖進行傳輸。因為光纖傳輸受外界影響小，傳輸距離遠遠大于無線傳輸距離。

此設計需要單片機，因為單片機具有AD采集功能，而各項參數監控都是通過AD轉換采集得到的，如光收發功率等，都是通過電壓與功率的線性關系而采集得出的。另外，由于設計需要監測模塊的實時溫度，需加一個熱敏電阻，根據電壓與溫度值的關系曲線圖，通過熱敏電阻的電壓值變化而采集出溫度值的變化情況。設計中選用精度為10位的單片機最大采集電壓可達3.3V。監控電路是光模塊實現智能的核心部分，采用RS485接口可以實現電對多點的通信，滿足直放站要求一拖多的需求。

四、光纖直放站軟件設計

1．CC1000設置。CC1000采用曼徹斯特編碼方式，進行數據譯碼和同步工作。因為在同步編碼方式中，曼徹斯特編碼不需要鎖定平均值濾波器，使用起來較為方便，設計中要求CC1000的接收本振頻率是433.766MHZ，發射中心頻率為433.916MHZ(連發“1”)，433.948MHZ(連發“0”)，采用11.0592MHZ的晶振。通過對配置寄存器的頻率字編程設置。該軟件提供輸入／輸出匹配電路和VCO電感所需的元件參數值。

2．FSK通信。通過數據由近端機發出，采用曼徹斯特編碼同步模式進行數據的同步接收和發送。在發射模式下，PCLK提供時鐘信號，DIO用于數據輸入。數據用曼徹斯特編碼在RF口上調制，譯碼由CC1000完成，在接收模式下，CC1000達到同步并在PLCK提供接收數據時鐘，在DIO上提供數據。

3．數據監控。所有需要監控的數據都是通過單片機的AD采集來實現的，將所要監控的模擬量通過數字量得到。顯示在設計中的是模擬量與電壓的曲線關系，電壓值的改變引起所需要的模擬量的改變。所有的監控都是通過上位機界面來實現的。當模塊在工作中時，如果發生對應的相關量的改變，就會出現不同的界面，以此來達到監控的目的，同時也方便使用和維護模塊。

五、結束語

該設計實現模塊的遠程光纖通信，同時也可以用具有20dB光衰的光纖進行無誤碼通信。由于數據傳輸為中斷方式且選用曼徹斯特編碼，其傳輸誤碼率可以小于0.1％，保證了直放站的可靠性。

通過此模塊的設計，筆者遇到了一些問題。在調試過程中，發送和接送數據發生了沖突，通過不斷調節它的中斷發送和接收延時來達到較好的通信質量。設計中采用熱敏電阻進行溫度測試，如需要還可以解決CC1000本振頻率偏移的問題。測試發現，CC1000本征頻率在溫度改變的情況下會有所偏移，從而可能導致不能正常通信。因為直放站一般是置放在高山且工作溫度較高，由于環境的改變，溫度會有所不同，從而引起CC1000頻偏。我們可以自動調整其溫度值相關的量來校準頻率，該功能還有待于解決。

(作者單位：商丘科技職業學院)