《電子技術(shù)應(yīng)用》
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無線接入網(wǎng)技術(shù)USB接口設(shè)計(jì)詳解
通信產(chǎn)業(yè)網(wǎng)
摘要:    目前,用于室內(nèi)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信的無線接入網(wǎng)技術(shù)主要有藍(lán)牙,、紅外和HomeRF等,。從傳輸速率來看,藍(lán)牙為1Mbps,,F(xiàn)IR標(biāo)準(zhǔn)的紅外線可以達(dá)到4Mbps (未來的VFIR標(biāo)準(zhǔn)紅外線將達(dá)到16Mbps);HomeRF的傳輸速率只有1Mbps~2Mbps(FCC建議增加到8Mbps~11Mbps),。而且,它們的實(shí)際測試速度都與理論值之間有不小的差距,,僅可以滿足對速度要求不高的無線接入網(wǎng)技術(shù),。然而,實(shí)際應(yīng)用對速度的要求越來越高,,為了適應(yīng)高速無線接入網(wǎng)技術(shù),,滿足大容量的高速數(shù)據(jù)傳輸要求,專家學(xué)者們正在...
Abstract:
Key words :

     引言

    目前,用于室內(nèi)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信的無線接入網(wǎng)技術(shù)主要有藍(lán)牙,、紅外和HomeRF等,。從傳輸速率來看,藍(lán)牙為1Mbps,,F(xiàn)IR標(biāo)準(zhǔn)的紅外線可以達(dá)到4Mbps (未來的VFIR標(biāo)準(zhǔn)紅外線將達(dá)到16Mbps);HomeRF的傳輸速率只有1Mbps~2Mbps(FCC建議增加到8Mbps~11Mbps),。而且,它們的實(shí)際測試速度都與理論值之間有不小的差距,,僅可以滿足對速度要求不高的無線接入網(wǎng)技術(shù),。然而,實(shí)際應(yīng)用對速度的要求越來越高,,為了適應(yīng)高速無線接入網(wǎng)技術(shù),,滿足大容量的高速數(shù)據(jù)傳輸要求,專家學(xué)者們正在研究更高傳輸速率的無線接入網(wǎng)技術(shù),。計(jì)算機(jī)USB接口和無線光通信技術(shù)的結(jié)合將為計(jì)算機(jī)提供高速的無線接入,。

    可見光無線接入系統(tǒng)

    無線光通信是在無線電通信基礎(chǔ)上向更高射頻頻率的延伸,與無線電通信相比,,無線光通信有著更加明顯的優(yōu)點(diǎn),,如帶寬更寬、容量更大,、安全保密性更高,、不受無線電頻段電磁波的干擾等,而且頻譜資源無需頻率使用許可證,。由于具有以上優(yōu)勢,,再加上實(shí)現(xiàn)高速無線網(wǎng)絡(luò)的要求,無線光通信越來越受到關(guān)注和重視,。由于USB快速,、方便、簡單,,將外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連時(shí),,USB接口已經(jīng)成為最優(yōu)先的選擇。通過USB接口,,利用無線光通信可實(shí)現(xiàn)高速的無線接入網(wǎng)技術(shù),。基于USB接口的可見光無線通信系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,,系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成:

    1.接口電路,,連接計(jì)算機(jī)和光收發(fā)機(jī),將來自計(jì)算機(jī)USB的信號變換成適合發(fā)射電路調(diào)制的信號,,同時(shí)將接收電路送來的信號變換成USB信號送給計(jì)算機(jī),,實(shí)現(xiàn)高速率的無線雙工通信,。

    2.光發(fā)射電路,將經(jīng)過USB接口電路處理過的信號進(jìn)行編碼調(diào)制,,調(diào)制過的信號再經(jīng)放大后送入調(diào)制光源——可見光激光器(LD),,使其發(fā)出被編碼電信號調(diào)制的可見光光脈沖信號(這個過程稱之為電光轉(zhuǎn)換,即E/O轉(zhuǎn)換),,最后經(jīng)光學(xué)天線發(fā)射到大氣信道中,。

    3.光接收電路,通過光學(xué)天線把發(fā)送端發(fā)送來的光脈沖信號會聚到光電檢測器(APD),,將接收的光信號轉(zhuǎn)換成電信號(這個過程稱之為光電轉(zhuǎn)換,,即O/E轉(zhuǎn)換),轉(zhuǎn)換過來的微弱電信號經(jīng)過放大解調(diào)后送給USB接口電路,。

    電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    橋接電路

    橋接電路的作用是使計(jì)算機(jī)和后面的收發(fā)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作,。在圖1中,脈碼調(diào)制/解調(diào)電路和接口電路可以集成在一個稱為橋接器的芯片里面,。USB接口信號屬于總線型信號,,這種數(shù)據(jù)電平不是通信中所要求的脈沖波形,即不是通信中的基帶信號,,所以,,必須把它轉(zhuǎn)換成諸如 TTL電平形式的基帶信號后才可以作為調(diào)制信號。橋接電路的主要任務(wù)就是完成這種轉(zhuǎn)換;當(dāng)計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí),,橋接器的主要功能與發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)相反,。

    計(jì)算機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí),其傳輸速率的高低與橋接器的轉(zhuǎn)換速率息息相關(guān),,所以,,選擇并設(shè)計(jì)好橋接器及其外圍電路至關(guān)重要,通過軟硬件的控制去配合USB的不同速率形式(USB2.0有低速,、全速和高速三種速率形式),。這里,選用了STIR4220橋接芯片,,其轉(zhuǎn)換速率可達(dá)16Mbps,。它是一個低成本、低功耗,、USB到紅外光(完全可以用于可見光信號)傳輸?shù)臉蚪涌刂破骷K瓿蒔C USB接口數(shù)據(jù)與光信號之間的轉(zhuǎn)換,,令光調(diào)制信號通過USB口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信,,主要解決以下三方面的問題:信號形式的轉(zhuǎn)換——差分信號/TTL 電平信號的轉(zhuǎn)換;編碼方式的轉(zhuǎn)換——PPM編碼/USB的反向NRZI差分碼的轉(zhuǎn)換;傳輸速率的轉(zhuǎn)換——USB相應(yīng)速率/16Mbps速率的轉(zhuǎn)換,這些是高速無線光通信實(shí)現(xiàn)的橋梁,。

    發(fā)射電路

    發(fā)射機(jī)是無線接入網(wǎng)技術(shù)通信的重要組成部分,,它的功能是將電信號轉(zhuǎn)換成光信號發(fā)送出去,,主要由光源和驅(qū)動電路組成。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用的驅(qū)動器為Maxim公司的MAX3905光通信驅(qū)動芯片,,其傳輸速率為8Mbps~150Mbps,。它有兩個輸入緩沖器電路,一個是為差分?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)的輸入端(IN+和IN-),,另一個是為TTL電平信號單端輸入的緩沖器,。二者受DIFF端電平的控制,當(dāng)DIFF端懸空(高電平)時(shí),,選擇 TTL單端輸入;當(dāng)DIFF端接地(低電平)時(shí),,選擇的是差分輸入,在本設(shè)計(jì)中選用TTL單端輸入,。該芯片還包含輸入緩沖器,、緩沖輸入控制器、信號檢測器,、溫控器,、調(diào)制電流發(fā)生器、偏置電流發(fā)生器,、輸出驅(qū)動器等電路,。MAX3905在電路設(shè)計(jì)、布局,、尺寸(小),、性能、功能等方面是目前相關(guān)器件中比較優(yōu)良的一種,。

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