秒懂FSK技能及根据CC1000的射频光传输规划

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在本文中,小编将介绍什么是fsk,它的原理又是什么?依据CC1000的射频光传输规划又该怎么完结?下文都有解说,还有相关的规划程序图。

1. 引 言

射频光纤传输模块(也称光端机)与移动通讯直放站设备相配合能够构成移动通讯光纤传输直放站体系。前期射频光纤传输模块仅能完结射频信号到光信号的变换,没有其它功用。

跟着移动运营商要求的进步,光纤直放站都需求有监控功用。因此,模块在原有基础上,增加了FSK通讯功用,可便利直放站体系的监控数据传输。本文叙述了一款依据射频收发芯片CC1000的FSK数据通讯体系的规划和完结。

2. 光模块作业原理

直放站天线收到的上行信号经过放大器将其调整到必定的电平,送入光发送端机,射频光传输模块(以下简称为光模块)把上行信号和经过FSK调制的监控信号一同进行光调制,并经过光纤进行传输。在收端光接纳机将光信号转化成相应的电信号,送至基站。监控信号经过滤波器选频从上行信号中分离出来,再经过FSK解调还原成数字信号;同理,由基站来的下行信号,送至光模块进行光调制,并经过光纤进行传输。在收端光接纳机将光信号转化成相应的电信号,该信号经直放站放大器变为所需的功率电平信号,并经过双工环型器由天线发射出去,然后构成由光纤作为传输介质的直放站体系。其结构如图1所示。

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3. FSK 电路规划

3.1 FSK 技能

FSK即 频移键控 ,它的英译为 Frequency Shift Keying 。二进制移频键控记为2FSK。

它是数据通讯中运用较早的一种通讯办法。因为这种调制解调办法简单完结,抗噪声和抗衰减功能较强,因此在中低速数据传输通讯体系中得到了较为广泛的运用。依据世界电报和电话咨询委员会(ITU-T)的主张传输速率低于1200波特以下的设备一般选用FSK办法传输数据。在式微信道(短波通讯)中传输数据。

FSK调制信号的发生的作业原理是用载波的频率改动来传送数字音讯。在2FSK中载波频率跟着调制信号1和0而改动,1对应f 1,0对应f 2即:

其间: 1 w = 1 2 f , 2 w = 2 2 f 。

二进制里只要两个数0和1,传送1的时分用一种频率,传送0的时分用另一种频率,这就是FSK的本质。

3.2 硬件电路规划

在此规划中选用的是无线FSK收发芯片,但选用光纤传输的办法,因为光纤传输受外界影响小,而且在传输过程中光损小,传输间隔远远大于无线传输间隔。因为无线收发芯片的品种和数量比较多,挑选无线收发芯片时应考虑需求以下几点要素:功耗、发射功率、接纳灵敏度、收发芯片所需的外围元件数量和芯片本钱等。CC1000是依据ChipcON公司的SmartRF技能制作的可编程、半双工超高频单片收发器芯片, 它首要是为315、433、868和915MHz的ISM和SRD设备所规划,能够编程作业在300~1000MHz规模之间的任一频率上。一起其灵敏度可达-109dBm , 可编程输出功率-20 ~10 dBm ,FSK调制数据率最高可达76.8kBaud ,可在2.7~3.3V低电源作业,具有250Hz步长可编程频率才能,适用于跳频协议。首要作业参数都能经过串行总线接口编程改动,运用十分灵敏。

在此规划中在本体系中对CC1000 的功能要求如下:

① 调制速率:9.6Kbps② 编码办法:NRZ 码③ 传输形式:异步传输 UART 形式④ 频率设置:发射中心频率 433.916MHz, 1 433.948MHz 0 433.884MHz接纳本征频率 433.766 MHz⑤ 调制频偏: 32KHz⑥ 载频频率稳定度: 25ppm(即 10KHz)⑦ 接纳灵敏度: -90dBmMCU与CC1000 的硬件接口电路如图2 所示。MCU运用3 个输出管脚用于接口(PDATA、PCLK、PALE),PDATA 有必要是双向管脚用来读回数据,另一个双向管脚用于待发送的数据DIO 和接纳数据,供给数据守时的DCLK 应与微控器输入端相连,本文中CC1000 选用异步传输UART 形式,DIO 用于数据输入与MCU 串口TX 衔接,DCLK 用于数据输出,与MCU 串口RX 衔接。其他管脚能用来监督LOCK 信号在管脚CHP_OUT,当PLL 锁守时该信号为逻辑高电平。当运用一个外接终端电阻时,RSSI(接纳信号强度指示)电压能经过A/D 测量出,能够检测接纳信号强度。在规划印制电路板时应留意:要求运用双面PCB 板,地平面放在底层以削减射频信号的辐射和串扰,接地管脚应运用独自的过孔,尽量接近封装管脚接地,去耦电容也应尽量接近电源脚放置,并经过独自的过孔与接地层相连,外围元件越小越好最好运用外表固定装置。

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4. 软件规划

全体体系数据的发射和接纳如框图 3 所示。MCU 经过串口0 把上位机的数据存储,组帧后,由串口1 传给CC1000,经过射频发射机传出,远端MCU 依据接纳到的数据,做出相应的处理,并从头组帧,传给近端的上位机。

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4.1 数据帧结构

为了区别噪声和确保数据的可靠性,数据帧的格局如下:

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① 同步码:这是一个接连的 0 和 1 (二进制)替换信号(按字节,0x55),比特数由CC1000 中寄存器MODEM1 中的SETTLING[1:0]来设置,其对应联系如下:

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这个信号的作用在于削减与实在的载波信号相似的信号的搅扰,并完结接纳端和发送端帧同步,CC1000 接纳端只要正确接纳到这个信号,并确定均值滤波器(LOCK_AVG_IN=1),后续信号才会有用。在此规划中SETTLING[1:0]为00,即11bit。

②前导码:0xFF(即 1 继续高电平)。

③有用数据:需求传送的监控数据。

④完毕码:0xFF(即 1 继续高电平)。

4.2 数据收发程序规划

在通讯过程中 CC1000 具有3 种状况:IDLE(闲暇)、RX(接纳数据)、TX(发送数据)。全体上看,这是个具有3 种状况的状况机模型,状况之间的彼此变换见图4。因为CC1000 为半双工通讯形式,因此RX 和TX 两个状况具有互斥性。

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串口数据的接纳由中止完结,串口0 收到数据触发接纳中止,并将接纳数据缓存到缓冲区Buffer0。串口1 接纳中止依据同步码,前导码和完毕码来判别并缓存有用数据,其流程见图5。只要当接纳端收到5 个同步码之后,才可将接纳数据保存到缓冲区内。为了防止突发的乱码,当接纳的有用数据超越900 时,仍为收到完毕码,则断定此帧数据无效,因此在运用中应当防止数据帧长度过长。

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数据的发送分为两部分:CC1000 发送数据和向上位机发送数据。CC1000 发送数据的过程中应该考虑CC1000 收发的互斥性以及前导码和完毕码的发送时刻。CC1000 发送数据流程图见图6。程序中设置为每次发送三次前导码和完毕码,因此在向上位机发送数据的过程中要剔除去缓冲区中剩余的前导码和完毕码,完结数据的通明传输。

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4.3 数据环形缓冲区

MCU 程序的重要部分为数据的存储和转发。缓冲区数据行列示意图如图7 所示,能够把数组幻想为一个环形,而不是直线形,选用这种办法,当从行列中增加或删去记载项时,对首将继续沿着数组追逐到队尾,因此能够无限制的前行,可是仍呆在一个限制的圆圈内。

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在不同的时刻,行列将占用数组的不同部分,但永久都不必忧虑会超越这个空间之外,除非数组被完全的占满,在这种情况下,称为溢出。在本规划中选用*BufferHead 和*BufferTail盯梢出队(即数据的发送)和入队(即数据的接纳)的数据,当两个指针指向同一方位时,表明缓冲区空,即数据已发送完。

5. 结 论

FSK 通讯的稳定性是射频光模块的一个重要的功能指标,它直接影响到直放站作业的可靠性。此体系的测验办法如下图8 和图9 所示。测验中所用的光衰作用是模仿实践工程中,光纤的长度所发生的光损。测验办法1 要凭借PC 机的两个串口COM1 和COM2,经过PC机上的COM1 接连发送有规则的数据包,在另一端COM2 接纳;一起COM2 发送数据包,COM1 接纳。核算发送数据包和丢掉数据包的数量,测验数据量不小于1000 帧,即可核算误帧率。

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测验办法2 和测验办法1 有所不同,办法2 只需求1 个PC 机串口,直接把光模块2 的串口0 的RXD 和TXD 短接。这种办法比较简单,而且具有更高的可靠性。

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本体系能够完结在18dB光衰时,误码率 10的负3次方,通讯效率高和可靠性高的特色,而且已在实践中运用,取得了令人满意的作用。

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