摘要：文章設(shè)計(jì)了一種衛(wèi)星移動(dòng)通信終端的一線通射頻接口方案，支持低功耗聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)。本方案是在一線通射頻接口中增加控制單元，結(jié)合基于衛(wèi)星移動(dòng)通信終端基帶處理單元的工作狀態(tài)共同完成。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整射頻前端和外圍組件，來(lái)帶動(dòng)整機(jī)聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)降低功耗。該設(shè)計(jì)幫助終端在待機(jī)和工作狀態(tài)下，可以將射頻和主機(jī)的功耗關(guān)聯(lián)，提高續(xù)航能力。在衛(wèi)星信道使用情況下，為低功耗小型化衛(wèi)星終端開(kāi)發(fā)提供幫助。

關(guān)鍵詞：一線通射頻接口；射頻前端；聯(lián)動(dòng)控制；低功耗

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.06.012

中圖分類(lèi)號(hào)：TN 927.2" " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）06-00-03

Abstract： The article designs a one line RF interface scheme for satellite mobile communication terminals， which supports low-power linkage control design. This plan is to add a control unit to the first line communication RF interface， combined with the working status of the baseband processing unit based on satellite mobile communication terminals. By dynamically adjusting the RF front-end and peripheral components， the entire machine is driven to achieve linkage control and reduce power consumption. This design helps terminals associate the power consumption of RF and the host in standby and working states， improving their battery life. Provide assistance for the development of low-power miniaturized satellite terminals in the use of satellite channels.

Key words： 1-wire radio frequency interface; RF front-end; linkage control; low power consumption

衛(wèi)星移動(dòng)通信終端通常能夠提供話音、傳真、數(shù)據(jù)、短消息、視頻等業(yè)務(wù)，需要具備大功率通信收發(fā)能力。一般能力的便攜、背負(fù)類(lèi)設(shè)備，EIRP值不低于20 dBW，G/T值不低于-16 dB/K。這樣的設(shè)計(jì)，射頻部分需要10 W以上功率輸出，考慮到設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題，一般將功放、低噪放與天線部分放在同一個(gè)單元，組成一個(gè)天線前端[1]。該天線前端與主機(jī)板之間需要進(jìn)行通信射頻信號(hào)傳輸、北斗/GPS信號(hào)傳輸、控制信號(hào)傳輸及電源供電等，單一的射頻接口很難勝任此功能，而分別通過(guò)多個(gè)接口完成又過(guò)于繁復(fù)。為方便攜帶和天線拉遠(yuǎn)考慮，信號(hào)可采用一線通方式，將射頻信號(hào)、控制信號(hào)、供電集成，功放是移動(dòng)通信終端最主要的能耗部件。因此降低功放的工作功耗和待機(jī)功耗對(duì)整機(jī)低功耗的控制具有非常重要的意義。

目前，在衛(wèi)星移動(dòng)通信地面便攜終端、背負(fù)終端的日常使用中，為了保證通信速率和帶寬的要求，將收發(fā)通道保持常開(kāi)，發(fā)射功率盡可能增大。在達(dá)到能力上限范圍后，全靠基帶的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)功率控制，通過(guò)回退的方式，降低功放的發(fā)送功率[2]。這種射頻接口的設(shè)計(jì)，無(wú)法很好地設(shè)置檢波策略，達(dá)不到調(diào)整發(fā)送開(kāi)關(guān)的目的，功耗較高。在不具備充電條件下的野外使用，衛(wèi)星移動(dòng)通信終端功耗控制很重要，因此對(duì)射頻的控制非常必要。

1" 一線通射頻接口組成原理

一線通射頻接口一般包括通信射頻信號(hào)傳輸、北斗/GPS信號(hào)傳輸、控制信號(hào)傳輸及電源供電等。

天線單元包括功放單元、低噪放單元與天線三部分，組成一個(gè)天線前端，天線前端與主控板之間采用一線通射頻接口進(jìn)行射頻信號(hào)的傳輸、控制信號(hào)的傳輸以及電源供電；基帶處理單元增加收發(fā)控制使能信號(hào)，功放增加開(kāi)關(guān)使能控制信號(hào)，同時(shí)在主控板側(cè)設(shè)置第一單片機(jī)、在天線側(cè)設(shè)置第二單片機(jī)，兩個(gè)單片機(jī)用于衛(wèi)星移動(dòng)通信工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)，根據(jù)基帶處理單元的工作狀態(tài)，按照占空比進(jìn)行天線開(kāi)關(guān)控制工作。

2" 一線通射頻接口方案" "設(shè)計(jì)

2.1 接口設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)電源為直流電，控制信號(hào)在2 MHz頻段，射頻信號(hào)3路（射頻數(shù)據(jù)TX、射頻數(shù)據(jù)RX、北斗/GPS的RX），通過(guò)合理的硬件電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在終端主機(jī)板和天線前端進(jìn)行合路和分路，同時(shí)在軟件上保證主控板對(duì)天線前端的控制。首先通過(guò)三工器將通信/北斗（GPS）射頻信號(hào)合為一路，再與天線前端電源供電和天線前端控制信號(hào)合為一路，通過(guò)傳輸電纜傳輸?shù)教炀€端；在天線前端采用相同的合分路架構(gòu)方案，滿(mǎn)足使用要求。射頻電纜中傳輸?shù)囊还灿?個(gè)信號(hào)：通信射頻TX信號(hào)、通信射頻RX信號(hào)、北斗/GPS射頻RX信號(hào)、OOK（2 MHz）控制信號(hào)、直流電36 V（給天線端PA以及其他電路供電）。在主控板上的電路，將5路信號(hào)合為一路信號(hào)，通過(guò)射頻線纜進(jìn)行傳輸，在天線端通過(guò)板子上的電路將射頻線纜上一路信號(hào)，再分開(kāi)成5路信號(hào)，每一路信號(hào)各自再對(duì)信號(hào)處理。具體說(shuō)明如下。

控制信號(hào)由OOK芯片產(chǎn)生[3]，TX、RX采用共端口設(shè)計(jì)，采用不同的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行收發(fā)信號(hào)的區(qū)分；在TX/RX公共端串聯(lián)一個(gè)高容值的電容，該電容起隔離高頻信號(hào)和直流電的作用，防止高頻信號(hào)從該點(diǎn)泄漏到OOK芯片，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要是AP對(duì)天線端的控制，如打開(kāi)天線的功放，設(shè)置增益等控制指令和參數(shù)。

電源部分串聯(lián)一個(gè)高功率大感值的扼流電感，對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行抑制，防止頻率信號(hào)泄漏到直流通路。目的是給天線端的PA、LNA、北斗、單片機(jī)等供電。衛(wèi)星通信/BD（GPS）射頻信號(hào)的三工器公共端串聯(lián)一個(gè)低容值電容，該電容可對(duì)直流電進(jìn)行隔直，并抑制2 MHz低頻信號(hào)泄漏到三工器公共端，保證射頻TX、RX、BD信號(hào)的傳輸。

2.2 物理層

2.3 通信格式

3" 處理流程設(shè)計(jì)

3.1 收發(fā)使能信號(hào)

基帶處理單元增加收發(fā)控制使能信號(hào)，功放增加開(kāi)關(guān)使能控制信號(hào)，同時(shí)在主控板側(cè)設(shè)置第一單片機(jī)、在天線側(cè)設(shè)置第二單片機(jī)，兩個(gè)單片機(jī)用于衛(wèi)星移動(dòng)通信工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)，根據(jù)基帶處理單元的工作狀態(tài)，按照占空比進(jìn)行天線開(kāi)關(guān)控制。

所述控制信號(hào)用于實(shí)現(xiàn)主控板對(duì)天線的控制，包括利用外部PA使能控制信號(hào)CP2RF_TT1_PA_EN打開(kāi)天線的功放單元、利用外部LNA使能控制信號(hào)CP2RF_TT1_LNA_EN打開(kāi)天線的低噪放單元，設(shè)置控制指令和參數(shù)。

3.2 工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)

第一單片機(jī)檢測(cè)基帶處理單元的工作狀態(tài)，然后把監(jiān)測(cè)到的電平狀態(tài)發(fā)送至天線側(cè)的第二單片機(jī)，由第二單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功放收發(fā)通道的控制，使第一單片機(jī)、第二單片機(jī)處于正常工作狀態(tài)，其余功能器件在非工作狀態(tài)下處于休眠狀態(tài)。主控板根據(jù)定義的狀態(tài)監(jiān)測(cè)命令以及睡眠喚醒策略，獲取基帶處理單元的工作狀況，包括當(dāng)前基帶處理單元的工作頻率、信號(hào)質(zhì)量、衛(wèi)星點(diǎn)波束信息、空閑/工作狀態(tài)、DRX狀態(tài)等。

3.3 開(kāi)關(guān)信號(hào)判定

主控板狀態(tài)監(jiān)測(cè)命令歸納為RSSI：v1、v2；B：v3、v4；T：v5、v6、v7、v8、v9。其中，RSSI代表接收信號(hào)的強(qiáng)度指示；B代表波束特征；T代表狀態(tài)特征。各參數(shù)含義如下：v1為接收信號(hào)強(qiáng)度指示；v2為接收信號(hào)信噪比；v3為便攜站終端當(dāng)前所在信道號(hào)，空閑時(shí)顯示廣播信道號(hào)，做業(yè)務(wù)時(shí)顯示業(yè)務(wù)信道號(hào)；v4為便攜站終端當(dāng)前駐留衛(wèi)星波束號(hào)，按地理位置劃分；v5為基帶處理單元當(dāng)前RRC層狀態(tài)；v6為基帶處理單元當(dāng)前MM層狀態(tài)；v7為基帶處理單元當(dāng)前GMM層狀態(tài)；v8為基帶處理單元當(dāng)前L1狀態(tài)（根據(jù)物理層功耗等級(jí)，劃分為DRX狀態(tài)，IDLE狀態(tài)、業(yè)務(wù)收發(fā)狀態(tài)和搜星狀態(tài)）；v9為當(dāng)前接收廣播情況。

信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算值：-167+v1×3，單位為dBm。v1的取值范圍為0～32，v2的取值范圍為0～255，v1和v2各用1個(gè)字節(jié)表示。終端根據(jù)v1計(jì)算信號(hào)強(qiáng)度選擇波束，根據(jù)v2計(jì)算信號(hào)質(zhì)量來(lái)判斷波束是否可用。v1有效位的低3 bit全為1，是信號(hào)強(qiáng)度滿(mǎn)足駐留的基本條件；v2有效位的低3 bit全為1，是當(dāng)前信噪比7 dB的工作條件。主控板根據(jù)val=v1amp;v2表示的掩碼計(jì)算判斷信號(hào)質(zhì)量，低3 bit是否全為1，判斷當(dāng)前衛(wèi)星波束是否滿(mǎn)足使用。不滿(mǎn)足則喚醒基帶處理單元，進(jìn)行搜星并開(kāi)啟射頻通道。

當(dāng)前駐留或者工作的頻率是否有效，是否能夠獲取衛(wèi)星波束號(hào)，能夠判斷當(dāng)前衛(wèi)星波束是否滿(mǎn)足使用，根據(jù)val=v3amp;v4表示的掩碼計(jì)算，判斷是否喚醒基帶處理單元，切換點(diǎn)波束和重新入網(wǎng)。

v5、v6、v7、v8低3 bit用來(lái)表示每一層的連接態(tài)、空閑態(tài)、DRX態(tài)，根據(jù)val=v5amp;v6amp;v7amp;v8表示的掩碼計(jì)算，判斷基帶處理單元當(dāng)前的工作情況，必須全部進(jìn)入DRX狀態(tài)，使能射頻通道的開(kāi)關(guān)才有效。

根據(jù)v9，主控板使能整機(jī)的不連續(xù)接收狀態(tài)，是整機(jī)深睡和淺睡的分界線。

主控板分析完上述信息后，通過(guò)OOK控制信號(hào)承載。通知天線單元的狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要為開(kāi)和關(guān)，射頻前端能夠分清這兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)終端的功耗控制至關(guān)重要。

3.4 星歷下發(fā)

衛(wèi)星終端開(kāi)機(jī)后，終端主控板跟天線單元之間會(huì)同步查詢(xún)內(nèi)部的星歷信息，如果天線單元星歷信息較舊，會(huì)通過(guò)OOK控制信號(hào)承載，啟動(dòng)更新裝訂星歷信息模式，進(jìn)行前端星歷的更新。這個(gè)過(guò)程的長(zhǎng)短，直接決定了終端開(kāi)機(jī)進(jìn)入波束搜索模式，驅(qū)動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置的時(shí)間，一線通射頻接口控制信號(hào)能夠及時(shí)完成此過(guò)程。

4" 結(jié)束語(yǔ)

衛(wèi)星移動(dòng)通信終端正在應(yīng)用于各行各業(yè)，小型化、便利化設(shè)計(jì)是應(yīng)用推廣的關(guān)鍵。降低終端的工作功耗和待機(jī)功耗，提高集成方便度，直接關(guān)系衛(wèi)星終端在野外的使用能力，對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信整機(jī)低功耗的控制具有非常重要的意義。本文提出了一種衛(wèi)星移動(dòng)通信終端一線通射頻接口方案，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的射頻接口設(shè)計(jì)，集成通信射頻信號(hào)傳輸、北斗/GPS信號(hào)傳輸、控制信號(hào)傳輸及電源供電等。引入的開(kāi)關(guān)信號(hào)判定和星歷信息傳輸，提升了一線通射頻接口的集成度，直接影響開(kāi)發(fā)效率和衛(wèi)星終端產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

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