CC1000實(shí)現(xiàn)射頻光傳輸模塊FSK通信

　　1. 引 言

　　隨著移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商要求的提高，光纖直放站都需要有監(jiān)控功能。因此，模塊在原有基礎(chǔ)上，增加了FSK通信功能，可方便直放站系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸。本文講述了一款基于射頻收發(fā)芯片CC1000的FSK數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

　　2. 光模塊工作原理

　　直放站天線收到的上行信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器將其調(diào)整到一定的電平，送入光發(fā)送端機(jī)，射頻光傳輸模塊(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為光模塊)把上行信號(hào)和經(jīng)過(guò)FSK調(diào)制的監(jiān)控信號(hào)一起進(jìn)行光調(diào)制，并通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸。在收端光接收機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)，送至基站。監(jiān)控信號(hào)通過(guò)濾波器選頻從上行信號(hào)中分離出來(lái)，再通過(guò)FSK解調(diào)還原成數(shù)字信號(hào);同理，由基站來(lái)的下行信號(hào)，送至光模塊進(jìn)行光調(diào)制，并通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸。在收端光接收機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)直放站放大器變?yōu)樗璧墓β孰娖叫盘?hào)，并通過(guò)雙工環(huán)型器由天線發(fā)射出去，從而構(gòu)成由光纖作為傳輸介質(zhì)的直放站系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　3. FSK 電路設(shè)計(jì)

　　3.1 FSK 技術(shù)

　　FSK即"頻移鍵控"，它的英譯為"Frequency Shift Keying"。二進(jìn)制移頻鍵控記為2FSK。

　　它是數(shù)據(jù)通信中使用較早的一種通信方式。由于這種調(diào)制解調(diào)方式容易實(shí)現(xiàn)，抗噪聲和抗衰減性能較強(qiáng)，因此在中低速數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。根據(jù)國(guó)際電報(bào)和電話(huà)咨詢(xún)委員會(huì)(ITU-T)的建議傳輸速率低于1200波特以下的設(shè)備一般采用FSK方式傳輸數(shù)據(jù)。在衰落信道(短波通信)中傳輸數(shù)據(jù)。

　　FSK調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生的工作原理是用載波的頻率變化來(lái)傳送數(shù)字消息。在2FSK中載波頻率隨著調(diào)制信號(hào)1和0而變化，1對(duì)應(yīng)f 1，0對(duì)應(yīng)f 2即：

　　其中： 1 w = 1 2π f ， 2 w = 2 2π f 。

　　二進(jìn)制里只有兩個(gè)數(shù)0和1，傳送1的時(shí)候用一種頻率，傳送0的時(shí)候用另一種頻率，這就是FSK的實(shí)質(zhì)。

　　3.2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　在此設(shè)計(jì)中采用的是無(wú)線FSK收發(fā)芯片，但采用光纖傳輸?shù)姆绞?，因?yàn)楣饫w傳輸受外界影響小，并且在傳輸過(guò)程中光損小，傳輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無(wú)線傳輸距離。由于無(wú)線收發(fā)芯片的種類(lèi)和數(shù)量比較多，選擇無(wú)線收發(fā)芯片時(shí)應(yīng)考慮需要以下幾點(diǎn)因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量和芯片成本等。CC1000是基于ChipcON公司的SmartRF技術(shù)制造的可編程、半雙工超高頻單片收發(fā)器芯片, 它主要是為315、433、868和915MHz的ISM和SRD設(shè)備所設(shè)計(jì)，可以編程工作在300～1000MHz范圍之間的任一頻率上。同時(shí)其靈敏度可達(dá)-109dBm , 可編程輸出功率-20 ～10 dBm ,FSK調(diào)制數(shù)據(jù)率最高可達(dá)76.8kBaud ,可在2.7～3.3V低電源工作，具有250Hz步長(zhǎng)可編程頻率能力，適用于跳頻協(xié)議。主要工作參數(shù)都能通過(guò)串行總線接口編程改變，使用非常靈活。

　　在此設(shè)計(jì)中在本系統(tǒng)中對(duì)CC1000 的性能要求如下：

　　① 調(diào)制速率：9.6Kbps② 編碼方式：NRZ 碼③ 傳輸模式：異步傳輸 UART 模式④ 頻率設(shè)置：發(fā)射中心頻率 433.916MHz，“1” 433.948MHz “0” 433.884MHz接收本征頻率 433.766 MHz⑤ 調(diào)制頻偏：±32KHz⑥ 載頻頻率穩(wěn)定度：±25ppm(即±10KHz)⑦ 接收靈敏度：≤-90dBmMCU與CC1000 的硬件接口電路如圖2 所示。MCU使用3 個(gè)輸出管腳用于接口(PDATA、PCLK、PALE)，PDATA 必須是雙向管腳用來(lái)讀回?cái)?shù)據(jù)，另一個(gè)雙向管腳用于待發(fā)送的數(shù)據(jù)DIO 和接收數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)定時(shí)的DCLK 應(yīng)與微控器輸入端相連，本文中CC1000 采用異步傳輸U(kuò)ART 模式，DIO 用于數(shù)據(jù)輸入與MCU 串口TX 連接，DCLK 用于數(shù)據(jù)輸出，與MCU 串口RX 連接。其余管腳能用來(lái)監(jiān)視LOCK 信號(hào)在管腳CHP_OUT，當(dāng)PLL 鎖定時(shí)該信號(hào)為邏輯高電平。當(dāng)使用一個(gè)外接終端電阻時(shí)，RSSI(接收信號(hào)強(qiáng)度指示)電壓能通過(guò)A/D 測(cè)量出，可以檢測(cè)接收信號(hào)強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)應(yīng)注意：要求使用雙面PCB 板，地平面放在底層以減少射頻信號(hào)的輻射和串?dāng)_，接地管腳應(yīng)使用單獨(dú)的過(guò)孔，盡量靠近封裝管腳接地，去耦電容也應(yīng)盡量靠近電源腳放置，并通過(guò)單獨(dú)的過(guò)孔與接地層相連，外圍元件越小越好最好使用表面固定裝置。

　　4. 軟件設(shè)計(jì)

　　整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收如框圖 3 所示。MCU 通過(guò)串口0 把上位機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，組幀后，由串口1 傳給CC1000，通過(guò)射頻發(fā)射機(jī)傳出，遠(yuǎn)端MCU 依據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，做出相應(yīng)的處理，并重新組幀，傳給近端的上位機(jī)。