基站內置多通道AISG控制單元的應用與設計?

楊大全

基站內置多通道AISG控制單元的應用與設計?

楊大全

（上海貝爾股份有限公司，上海201206）

為減少外置設備的使用和網管平臺的統一，基站需要設計內置的AISG控制器。給出了基站內置多通道AISG控制單元的應用模式，分析了AISG接口電路的參數選擇方法。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。軟件中包括了設備的快速掃描方法，能夠有效處理雙向和單向會話，并實現了協議的兼容性。

基站；遙控電調傾角天線；塔放；遠程控制單元；AISG接口

1 引言

隨著3G及LTE無線網絡的大規模建設，電調天線設備，包括遙控電調傾角（RET）天線和塔頂放大器（TMA）等，得到了越來越多的應用，電調天線設備通常采用天線接口標準化組織（Antenna Interface Standards Group，AISG）定義的設備控制接口協議。第三代移動通信的標準化組織3GPP將電調天線設備接口定義為Iuant接口，并制定了Iuant協議。3GPP Iuant協議與AISG 2.0協議基本相同，3G／LTE基站系統通過支持AISG V2.0來實現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天線設備的控制［1］，但在網絡建設時需要考慮為外置AISG控制器提供額外的電源和安裝空間，分布式基站建設時還要考慮其環境防護的問題；另一方面，外置AISG控制器的方式通常需要獨立的網管平臺對電調天線設備的控制進行管理，不利于網絡管理的集成統一。因此，在新的基站設計時，內部集成AISG控制功能就顯得非常必要。

本文以一個兩發四收的分布式基站射頻前端設備中的內置AISG控制單元的實際設計為基礎，闡述基站內置AISG控制器的應用方法，并從硬件電路參數設計、控制優化、軟件調度等方面討論AISG控制單元的設計與開發。

2 基站內置AISG功能及應用

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天線的遠程控制單元（RCU）通常通過RS485模式進行控制，TMA通常通過Modem模式進行控制，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式級聯。基站作為控制器，需要對RS485模式和Modem模式都能夠支持。

圖1是基站內置AISG功能的單端口應用模式。當現場不配置TMA時（見圖1（a）），基站通過RS485模式連接到天線RCU，其他天線RCU以級聯方式連接到該RCU。當現場配置TMA時（見圖1（b）），基站通過Modem模式連接到TMA，天線RCU以級聯方式連接到該TMA。在這種應用模式下，基站的2個AISG端口（RS485模式和Modem模式）中只有一個端口工作，可以被應用在WCDMA系統的單發雙收模式，也可以被用于LTE系統中的2×2 MIMO模式中。

兩發四收基站的AISG控制單元是一個多通道的AISG控制單元，設備有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以級聯方式連接到各自對應的TMA。圖2（b）中，系統配置成兩發四收模式（可以支持2個WCDMA的單發雙收扇區），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以級聯方式連接到對應的TMA。

3 硬件電路設計

3.1 接口電路

基站內置AISG控制單元的硬件電路主要實現信號的物理層轉換和電源的控制，圖3是系統AISG控制相關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過BiasT電路合并來實現。系統的處理器通過FPGA擴展UART控制器，UART控制器的3組收發信號線分別連接到1個RS485收發器和2個OOK收發器，用于實現AISG的雙向通信；處理器通過FPGA擴展I／O接口，連接到各個通道的電源開關，用于控制電源的通斷。AISG設備的管理可以通過本地網口進行，也可以通過系統與基站基帶單元之間的CPRI接口的管理通道實現。

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［2］。RS485的邏輯門限為200 mV，考慮到電調天線設備的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接口支持的級聯設備數量，Vcc是RS485接口電路的工作電壓。當系統需要支持6個從設備的級聯，RS485接口電路的工作電壓設計為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進行選擇即可滿足要求。

3.2 電源的控制

在設計電源時，需要根據負載的功耗計算電源容量，根據負載的上電沖擊電流設計電源的過流保護門限。按照3GPP的定義，AISG負載的電源特性為：單路TMA的最大功耗為7.5 W，上電時的沖擊電流為1 A；RET靜止態最大功耗為2 W，電動調節時最大功耗為13 W，上電時的沖擊電流為0.4 A［2］。

為減小對基站內置的多路AISG控制單元的電源容量的需求，系統設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節狀態。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行軟件控制和進行軟件控制時的電源容量和過流保護門限的最小值的計算結果，可以看出，通過軟件控制可以大量節省基站電源的設計容量，降低過流保護門限。圖2（a）和圖1（b）相比，負載不變，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門限都降低了，總的電源過流保護門限也降低了。圖2（b）和圖1（b）相比，負載翻倍了，通過軟件控制，單個端口的電源容量和過流保護門限沒有變化，但總的電源功耗需求和電源過流保護門限并不需要翻倍。圖2（b）和圖2（a）相比，負載翻倍了，電源過流保護門限翻倍了，但通過軟件控制，總的電源功耗并不需要翻倍。

4 軟件實現

4.1 軟件的體系結構

基站軟件采用多任務實時操作系統，與AISG控制功能相關部分的框圖見圖4，包括多個軟件模塊，其中：硬件驅動模塊實現對如RS485收發器、OOK收發器、電源開關，以及CPRI接口的等硬件電路的支持；硬件管理模塊實現上文中所描述的電源的開關順序控制；AISG驅動模塊實現AISG協議的數據鏈路層即HDLC幀的處理；AISG應用模塊實現AISG協議的的應用層即協議消息處理。系統的OAM處理模塊負責將AISG消息信息通過系統的OAM傳輸通道連接到本地管理網口，或者經過CPRI接口連接到網管中心。

AISG協議里對物理層及應用層的數據消息和消息格式定義得非常清晰［4-5］，軟件的AISG驅動模塊和應用模塊按照協議的定義實現即可，這里不作過多描述，主要介紹AISG驅動模塊的快速設備掃描方法和AISG應用模塊的流程分支設計。

4.2 快速設備掃描

每個電調天線設備只有在分配到地址后，才能進行有效的控制。地址分配是在設備掃描的基礎上進行的，設備掃描消息由控制器以廣播形式發送，在處于無地址狀態的電調天線設備收到后發送響應消息。由于AISG是共享總線的鏈型拓撲結構，當總線上有多個電調天線設備時，可能會由于同時響應設備掃描命令而發生總線沖突的情況，造成接收的數據混亂，從而延長設備掃描時間，在多通道同時工作時這種情況將會更加嚴重，為此，需要設計快速掃描機制。實現快速掃描的方法是，在設備掃描過程中，如果檢測到頻繁的總線沖突，則控制器軟件將設備掃描消息由廣播包轉換為“組播”包，利用掃描命令字中的屏蔽位，將從設備的ID范圍劃分出若干段，依次進行掃描。因為只有ID號落在該段中的從設備才會響應該掃描命令，這樣可以減小數據沖突發生的可能性，從而更快速地完成對所有設備的掃描和地址分配。

4.3 流程分支設計

軟件應用層處理消息時的主要分支包括協議兼容性判斷分支和單向會話處理分支。應用層在處理接收到的消息時首先根據電調天線設備類型選擇消息命令碼集，這是因為AISG擴展版本V2.1.0設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：基站發送消息，等待電調天線設備對該消息的響應，此時，如果接收到的消息不是正常的應答消息，則可能是出現的單向會話消息。單向會話消息是電調天線設備主動發送的告警指示消息。基于多任務處理的機制，處于等待狀態的軟件在判斷收到的是單向會話消息時需要觸發告警處理進程，然后繼續等待電調天線設備對之前雙向會話的響應。

5 結束語

本文討論了基站中內置實現多通道的AISG控制單元的應用模式以及設計方案，與用于電調天線遠程控制單元的設計［8］相比，基站的控制單元硬件上要考慮匹配和驅動問題，軟件上需要考慮容錯以及兼容性。通過在基站中實現內置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天線設備進行控制，而多通道功能的設計，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設備。設計結果表明，需要根據應用拓撲計算AISG控制單元接口的電路參數，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。基站中內置AISG控制單元可以更好地將AISG控制功能融合進系統的統一管理框架中，這將是下一步工作的研究重點。希望本文的內容能夠對相關的設計工作有一定的借鑒和促進作用。

［1］李文生，羅仁澤，呂炎炎，等.電調天線設備控制系統的設計與實現［J］.電訊技術，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協議的電調天線遠程控制單元的設計實現［J］.電子技術應用，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年于清華大學獲碩士學位，現為高級工程師，主要從事通信產品的系統設計工作。

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

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