CC1000实现射频光传输模块FSK通信

　　1. 引 言

　　随着移动运营商要求的提高，光纤直放站都需要有监控功能。因此，模块在原有基础上，增加了FSK通信功能，可方便直放站系统的监控数据传输。本文讲述了一款基于射频收发芯片CC1000的FSK数据通信系统的设计和实现。

　　2. 光模块工作原理

　　直放站天线收到的上行信号经过放大器将其调整到一定的电平，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调制的监控信号一起进行光调制，并通过光纤进行传输。在收端光接收机将光信号转化成相应的电信号，送至基站。监控信号通过滤波器选频从上行信号中分离出来，再通过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，并通过光纤进行传输。在收端光接收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，并通过双工环型器由天线发射出去，从而构成由光纤作为传输介质的直放站系统。其结构如图1所示。

　　3. FSK 电路设计

　　3.1 FSK 技术

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

　　它是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。根据国际电报和电话咨询委员会(ITU-T)的建议传输速率低于1200波特以下的设备一般采用FSK方式传输数据。在衰落信道(短波通信)中传输数据。

　　FSK调制信号的产生的工作原理是用载波的频率变化来传送数字消息。在2FSK中载波频率随着调制信号1和0而变化，1对应f 1，0对应f 2即：

　　其中： 1 w = 1 2π f ， 2 w = 2 2π f 。

　　二进制里只有两个数0和1，传送1的时候用一种频率，传送0的时候用另一种频率，这就是FSK的实质。

　　3.2 硬件电路设计

　　在此设计中采用的是无线FSK收发芯片，但采用光纤传输的方式，因为光纤传输受外界影响小，并且在传输过程中光损小，传输距离远远大于无线传输距离。由于无线收发芯片的种类和数量比较多，选择无线收发芯片时应考虑需要以下几点因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、收发芯片所需的外围元件数量和芯片成本等。CC1000是基于ChipcON公司的SmartRF技术制造的可编程、半双工超高频单片收发器芯片, 它主要是为315、433、868和915MHz的ISM和SRD设备所设计，可以编程工作在300～1000MHz范围之间的任一频率上。同时其灵敏度可达-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低电源工作，具有250Hz步长可编程频率能力，适用于跳频协议。主要工作参数都能通过串行总线接口编程改变，使用非常灵活。

　　在此设计中在本系统中对CC1000 的性能要求如下：

　　① 调制速率：9.6Kbps② 编码方式：NRZ 码③ 传输模式：异步传输 UART 模式④ 频率设置：发射中心频率 433.916MHz，"1" 433.948MHz "0" 433.884MHz接收本征频率 433.766 MHz⑤ 调制频偏：±32KHz⑥ 载频频率稳定度：±25ppm(即±10KHz)⑦ 接收灵敏度：≤-90dBmMCU与CC1000 的硬件接口电路如图2 所示。MCU使用3 个输出管脚用于接口(PDATA、PCLK、PALE)，PDATA 必须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 和接收数据，提供数据定时的DCLK 应与微控器输入端相连，本文中CC1000 采用异步传输UART 模式，DIO 用于数据输入与MCU 串口TX 连接，DCLK 用于数据输出，与MCU 串口RX 连接。其余管脚能用来监视LOCK 信号在管脚CHP_OUT，当PLL 锁定时该信号为逻辑高电平。当使用一个外接终端电阻时，RSSI(接收信号强度指示)电压能通过A/D 测量出，可以检测接收信号强度。在设计印制电路板时应注意：要求使用双面PCB 板，地平面放在底层以减少射频信号的辐射和串扰，接地管脚应使用单独的过孔，尽量靠近封装管脚接地，去耦电容也应尽量靠近电源脚放置，并通过单独的过孔与接地层相连，外围元件越小越好最好使用表面固定装置。

　　4. 软件设计

　　整体系统数据的发射和接收如框图 3 所示。MCU 通过串口0 把上位机的数据存储，组帧后，由串口1 传给CC1000，通过射频发射机传出，远端MCU 依据接收到的数据，做出相应的处理，并重新组帧，传给近端的上位机。

　　 4.1 数据帧结构

　　为了区分噪声和保证数据的可靠性，数据帧的格式如下：

① 同步码：这是一个连续的"0"和"1"(二进制)交替信号(按字节，0x55)，比特数由CC1000 中寄存器MODEM1