浅谈CPRI原理及测试解决方案（转）

分布式基站结构的核心概念就是把传统宏基站基带处理单元（BBU）和射频处理单元（RRU）分离，二者通过光纤相连。在网络部署时，将基带处理单元与核心网、无线网络控制设备集中在机房内，通过光纤与规划站点上部署的射频拉远单元进行连接，完成网络覆盖，从而降低建设维护成本、提高效率。 R&S公司基于其强大的技术实力，于业界首先推出了基于CPRI接口的RRU和BBU测试解决方案，进一步完善了基站领域的测试需求，可以更好地为运营商、基站设备商、直放站厂商和检测机构提供相应的测试服务。

　　1  引言

　　一个完整的基站收发台包括无线发射/接收设备、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。基站收发台可看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收、发送处理。一般情况下在某个区域内，多个子基站和收发台相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台与收发台之间的信号相互传送和接收来达到移动通信信号的传送，这个范围内的地区也就是我们常说的网络覆盖面。这是由于传统基站的各个模块通常是集成在一起的，例如基带单元和射频单元通常是无法完全分离的，如果在基带单元资源紧张的情况下，需要进行扩容，这将无法避免地导致射频部分的浪费。而如果基站可以实现基站内的单元模块化，各模块之间各自独立，在上述情况下，就可以根据实际需要，实现只增加基带资源不增加射频资源的灵活配置，从而节省大量的设备成本。

　　现在新的3G/4G基站采用了开放架构，主要就是指基站的基带部分和射频部分之间采用了开放式的接口和标准协议，可分开放置；模块化则是开放架构概念的一种延伸，主要指基站的基带部分和射频部分无论从硬件还是软件上都自成一体，具有自己的功能，基带部分和射频部分相互独立。图1所示为新一代开放式基站框图。

　　远程射频单元上电并和基站保持同步后，远端射频单元和基站机房之间的所有传输通道的时延都必须被整定，以符合空中接口的定时规定。远程射频单元和基站之间的互连整定，一般通过利用帧同步技术测定时延值进行。接口上包括三种不同的信息流（用户层数据流、控制管理层数据流、同步数据流）。协议包含两层：L1：物理层。L2:：数据连接层。通过L1、L2层协议，IQ数据、控制和管理、同步信号能在REC和REC之间交换。所有的信号能够在数字连续交流线上交换。

　　图1  开放式基站框图

　　2003年6月，爱立信，华为，NEC，西门子和北电共同发起成立了通用公共无线接口，通用公共无线接口（CPRI）联盟是一个工业合作组织，致力于从事无线基站内部无线设备控制中心（简称REC）及无线设备（简称RE）之间主要接口规范的制定工作。发起成立CPRI 组织的公司包括：爱立信、华为、NEC、北电网络及西门子公司，CPRI对其它组织和厂家开放。

　　新一代基站可以把宏基站的部分载波通过标准的CPRI接口拉远实现分布式组网。同时，新一代基站出现了一种崭新的基站形态——分布式基站，基带处理部分（BBU）和射频收发信机部分（RRU）设计成单独的模块，分布式基站不仅带来了快速、便捷的网络部署，而且有利于大幅降低运营商建网的成本，逐步成为运营商关注的焦点。基于CPRI的广泛发展，如何进行CPRI接口测试已成为业界关注的焦点。

　　2  CPRI基本原理

　　2.1  CPRI的物理层定义

　　CPRI定义物理层（Layer 1）和数据链路层（Layer 2）协议，服务于用户、控制和管理以及同步平台信息在REC和RE之间或两个RE之间的传输。图2所示为CPRI的结构。

　　图2  CPRI的结构

　　CPRI接口支持以下类型的信息流：

　　（1）IQ数据

　　用户平台信息所用的同相和正交调制下的数据（数字基带信号）格式。

　　（2）同步

　　用于帧和时间调整的同步数据。

　　（3）层1带内协议

　　与链路有关且直接被物理层传送的信号传输信息。用于系统启动、物理层链路维护和与物理层用户数据密切联系的时间关键信息的传输。

　　（4）厂商特定信息

　　这种信息流是为厂商特定信息保留的。

　　用户平台信息以IQ数据模式传送。不同的天线载波的IQ数据在电或光传输线上被时分复用方案传输。C&M数据被作为频带协议或层3协议传送。CPRl支持两种不同的用于C&M数据传送的数据链路层协议——HDLC的子集和以太网。一些附加的C&M数据与IQ数据一起定时多路传输。最后，另外的时段可以用于传送任何类型的厂商特定信息。

　　目前，新一代基站中的基站基带单元和射频单元之间采用标准CPRI接口，通过光纤将基带单元和射频单元相连，使系统具有开放式的架构。由于射频和基带模块间的独立性，这两个模块的增加是完全可以分开进行的，不必涉及到另一个模块，从根本上节约了成本。过去一直让运营商头疼的扩容问题，就这样简单地被解决了。

　　2.2  CPRI的基本帧结构

　　CPRI的链路层定义了一个同步的帧结构。帧结构中最重要的概念是基本帧和超帧。基本帧的频率是3.84MHz，每个基本帧包含16个时隙，根据线路速率的不同，时隙的大小分别是1B，2B，4B。用户平台IQ数据所要求的采样宽度依赖于应用层面。该规范提供了通用的映射机制来实现所需采样宽度，上行链路数据宽度在4~l0b间可选，下行链路数据宽度在8~20b间可选。

　　定义超帧的目的是为CPRI协议增加控制和同步功能。每256个基本帧构成一个超帧。这个控制结构中，逐级嵌套的256个控制字按每4个字一组编为64个子信道。子信道序号Ns=0～63，每个子信道里的控制字序号Xs=0～3，一个嵌套里的控制字序号X=Ns+64×Xs，即每个子通道内的相邻时隙，相互间隔是64个基本帧长度。

　　同步字节是固定的控制字符k28.5，在8b，10b编解码中作为超帧和基本帧的定位字符。一旦解码模块发现了同步字节，可以根据基本帧与超帧的固定关系推导出时隙结构。超帧号和基站帧号用于与基站的同步。

　　CPRl支持两种不同类型的C&M信道：

　　C&M信道选项1：慢速C&M信道，基于高速数据链路控制（HDLC）。

　　C&M信道选项2：快速C&M信道，基于以太网（Ethernet）。

　　慢速C&M子通道用于传送控制和管理类的HDLC帧。CPRI规范定义的HDLC的链路速率最低达240kbit/s，最高达1920kbit/s。线路告警字节主要发送远端告警、信号丢失、帧丢失等物理层的告警信息。CPRI规范中同时定义了快速C&M通道，快速C&M通道的起始子通道由以太网指针P字节来定义。

　　2.3  CPRI工作流程

　　从整个CPRI的工作过程而言，最重要的是如图3所示启动状态机的启动过程，不仅需要硬件支持，而且还要有软件的参与才能完成整个状态机的迁移过程。

　　图3  CPRI的启动过程