1、CPRI原理及測試解決方案(一)(2010/6/13 14:29 )摘要分布式基站的基本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)一體化基站有很大的不同，它將基站的基帶部分(BBU/REC)和射頻部分(RRU/RE/RRH) 分離，分別作為單獨(dú)的部分。這種分布式結(jié)構(gòu)具有 配置靈活、工程建設(shè)方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。為了規(guī)范BBU和RRU之間的接口標(biāo)準(zhǔn)， CPRI(Com mon Public Radio In terface)協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。目前，CPRI接口的測試已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。R&S公司基于其強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力，于業(yè)界首先推出了基于CPRI接口的RRU和BBU測試解決方案，進(jìn)一步完善了基站領(lǐng)域的

2、測試需求，可 以更好地為運(yùn)營商、基站設(shè)備商、直放站廠商和檢測機(jī)構(gòu)提供相應(yīng)的測試服務(wù)。1引言基站是由多個(gè)功能部分組成的，其中最主要的兩個(gè)部分是基帶部分和射頻部分。但在實(shí) 用傳統(tǒng)基站部署的網(wǎng)絡(luò)中，基站的擴(kuò)容卻是運(yùn)營商頭疼的大問題。這是由于傳統(tǒng)基站的各個(gè)模塊通常是集成在一起的，例如基帶單元和射頻單元通常是無法完全分離的，如果在基帶單元資源緊張的情況下， 需要進(jìn)行擴(kuò)容，增加基帶單元的同時(shí)就必須增加射頻單元，這將無法避免地導(dǎo)致射頻部分的浪費(fèi)。而如果基站可以實(shí)現(xiàn)基站內(nèi)的單元模塊化，各模塊之間各自獨(dú)立，在上述情況下，就可以根據(jù)實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)只增加基帶資源不增加射頻資源的靈活配置， 從而節(jié)省大量的設(shè)備成本。現(xiàn)

3、在新的3G/4G 基站采用了開放架構(gòu)，主要就是指基站的基帶部分和射頻部分之間采 用了開放式的接口和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可分開放置；模塊化則是開放架構(gòu)概念的一種延伸，主要指基站的基帶部分和射頻部分無論從硬件還是軟件上都自成一體，具有自己的功能，基帶部分和射頻部分相互獨(dú)立。圖 1所示為新一代開放式基站框圖。RRIIlidsehjinaii圖1開放式基站框圖2003年6月，愛立信，華為，NEC，西門子和北電共同發(fā)起成立了通用公共無線接口(Com mon Public Radio In terface， CPRI)標(biāo)準(zhǔn)化組織。 CPRI接口是指基站內(nèi)部基帶單元和射頻單元之間的接口，該組織成立的主要目的就是制定這

4、個(gè)接口的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，從而使該接口開放化、公開化。新一代基站可以把宏基站的部分載波通過標(biāo)準(zhǔn)的CPRI接口拉遠(yuǎn)實(shí)現(xiàn)分布式組網(wǎng)。 同時(shí),新一代基站出現(xiàn)了一種嶄新的基站形態(tài) 一一分布式基站，基帶處理部分（BBU）和射頻收發(fā)信 機(jī)部分（RRU）設(shè)計(jì)成單獨(dú)的模塊，分布式基站不僅帶來了快速、便捷的網(wǎng)絡(luò)部署，而且有利 于大幅降低運(yùn)營商建網(wǎng)的成本， 逐步成為運(yùn)營商關(guān)注的焦點(diǎn)。 基于CPRI的廣泛發(fā)展，如何 進(jìn)行CPRI接口測試已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。2 CPRI基本原理2.1 CPRI的物理層定義CPRI定義物理層（Layer 1）和數(shù)據(jù)鏈路層（Layer 2）協(xié)議，服務(wù)于用戶、控制和管理以 及同步平臺(tái)信息在 RE

5、C和RE之間或兩個(gè)RE之間的傳輸。圖2所示為CPRI的結(jié)構(gòu)。"k* PLirivClMfllDlAFtarnc1為悽IfaJtlklMlhLlth圖2 CPRI的結(jié)構(gòu)CPRI接口支持以下類型的信息流：（1）IQ數(shù)據(jù)用戶平臺(tái)信息所用的同相和正交調(diào)制下的數(shù)據(jù)（數(shù)字基帶信號(hào)）格式。（2）同步用于幀和時(shí)間調(diào)整的同步數(shù)據(jù)。（3 ）層1帶內(nèi)協(xié)議與鏈路有關(guān)且直接被物理層傳送的信號(hào)傳輸信息。用于系統(tǒng)啟動(dòng)、物理層鏈路維護(hù)和與 物理層用戶數(shù)據(jù)密切聯(lián)系的時(shí)間關(guān)鍵信息的傳輸。（4 ）廠商特定信息這種信息流是為廠商特定信息保留的。用戶平臺(tái)信息以 IQ 數(shù)據(jù)模式傳送。不同的天線載波的 IQ 數(shù)據(jù)在電或光傳輸線上

6、被時(shí) 分復(fù)用方案傳輸。 C&M 數(shù)據(jù)被作為頻帶協(xié)議 （時(shí)間關(guān)鍵信息化數(shù)據(jù) ）或?qū)?3 協(xié)議 （非 CPRI 規(guī)范所定義，位于適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)鏈路層頂部）傳送。 CPRl 支持兩種不同的用于 C&M 數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 HDLC 的子集和以太網(wǎng)。一些附加的 C&M 數(shù)據(jù)與 IQ 數(shù)據(jù)一起定時(shí) 多路傳輸。最后，另外的時(shí)段可以用于傳送任何類型的廠商特定信息。目前，新一代基站中的基站基帶單元和射頻單元之間采用標(biāo)準(zhǔn) CPRI 接口，通過光纖將 基帶單元和射頻單元相連， 使系統(tǒng)具有開放式的架構(gòu)。 此外， 基帶部分由于采用了資源池設(shè) 計(jì)，通過增加資源處理板的方式就可以支持平滑擴(kuò)展。

7、由于射頻和基帶模塊間的獨(dú)立性， 這 兩個(gè)模塊的增加是完全可以分開進(jìn)行的， 不必涉及到另一個(gè)模塊， 從根本上節(jié)約了成本。 過 去一直讓運(yùn)營商頭疼的擴(kuò)容問題，就這樣簡單地被解決了。2.2 CPRI 的基本幀結(jié)構(gòu)CPRI 的鏈路層定義了一個(gè)同步的幀結(jié)構(gòu)。幀結(jié)構(gòu)中最重要的概念是基本幀和超幀。基 本幀的頻率是 3.84MHz ，每個(gè)基本幀包含 16 個(gè)時(shí)隙，根據(jù)線路速率的不同，時(shí)隙的大小 分別是 1B ，2B ，4B 。基本幀的第 1 個(gè)時(shí)隙是特殊的控制時(shí)隙，它的具體作用在超幀中定 義，而其余的 15 個(gè)時(shí)隙是 IQ 數(shù)據(jù)時(shí)隙，供基站安排需要傳送的 IQ 復(fù)用流。用戶平臺(tái) IQ 數(shù)據(jù)所要求的采樣寬度依賴

8、于應(yīng)用層面。 該規(guī)范提供了通用的映射機(jī)制來實(shí)現(xiàn)所需采樣寬度， 上行鏈路數(shù)據(jù)寬度在 4l0b 間可選，下行鏈路數(shù)據(jù)寬度在 820b 間可選。定義超幀的目的是為 CPRI 協(xié)議增加控制和同步功能。每 256 個(gè)基本幀構(gòu)成一個(gè)超幀。 同時(shí)，每 150 個(gè)超幀可以構(gòu)成一個(gè)無線幀。 256 個(gè)基本幀的第 0 時(shí)隙共同構(gòu)成矩形的超幀 控制結(jié)構(gòu)。 這個(gè)控制結(jié)構(gòu)中， 逐級嵌套的 256 個(gè)控制字按每 4 個(gè)字一組編為 64 個(gè)子信道。 子信道序號(hào)Ns=O63 ,每個(gè)子信道里的控制字序號(hào)Xs=O3，一個(gè)嵌套里的控制字序號(hào)X=Ns+64 X Xs，即每個(gè)子通道內(nèi)的相鄰時(shí)隙，相互間隔是64個(gè)基本幀長度。同步字節(jié)是固

9、定的控制字符 k28.5 ，在 8b ， 10b 編解碼中作為超幀和基本幀的定位字 符。一旦解碼模塊發(fā)現(xiàn)了同步字節(jié)， 可以根據(jù)基本幀與超幀的固定關(guān)系推導(dǎo)出時(shí)隙結(jié)構(gòu)。 超 幀號(hào)和基站幀號(hào)用于與基站的同步。CPRl 支持兩種不同類型的 C&M 信道： C&M信道選項(xiàng)1 :慢速C&M信道，基于高速數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）。 C&M信道選項(xiàng)2 :快速C&M信道，基于以太網(wǎng)（Ethernet）。慢速 C&M 子通道用于傳送控制和管理類的 HDLC 幀。 CPRI 規(guī)范定義的 HDLC 的鏈路 速率最低達(dá) 240kbit/s ，最高達(dá) 1920kbit/s

10、。線路告警字節(jié)主要發(fā)送遠(yuǎn)端告警、 信號(hào)丟失、 幀丟失等物理層的告警信息。 CPRI 規(guī)范中同時(shí)定義了快速 C&M 通道，快速 C&M 通道的 起始子通道由以太網(wǎng)指針 P 字節(jié)來定義。2.3 CPRI 工作流程從整個(gè)CPRI的工作過程而言，最重要的是如圖3所示啟動(dòng)狀態(tài)機(jī)的啟動(dòng)過程，不僅需要硬件支持，而且還要有軟件的參與才能完成整個(gè)狀態(tài)機(jī)的遷移過程。REC RE Shurtdoyn. CE RtwtFrom an*y: stahi - 一LI LOSLOF'rwtwwd R"11 St*rt=»eicpin&dROT中館輒Er FP GC&

11、;M iipwd nniTsma&h From i-tati E, F fePtllO /C/M pLitm* discencira圖3 CPRI的啟動(dòng)過程同時(shí)，作為室內(nèi)單元（IDU）和室外單元（ODU）在實(shí)現(xiàn)上也會(huì)有所不同，IDU是Master 模式，負(fù)責(zé)主要參數(shù)的下發(fā)、協(xié)商等，ODU是Slave模式，負(fù)責(zé)對下發(fā)參數(shù)進(jìn)行響應(yīng)。而且Master和Slave模式在上面狀態(tài)機(jī)的處理上有所不同。（待續(xù)）3 R&S公司的CPRI測試解決方案3.1 新版EX-IQ Box 及CPRI接口板簡介傳統(tǒng)的EX-IQ Box 主要用于R&S儀表和客戶設(shè)備之間通用的數(shù)字IQ接口轉(zhuǎn)換，用戶可

12、以根據(jù)自己或 R&S提供的接口板將自己的數(shù)字IQ格式轉(zhuǎn)換為R&S的TVR290接口可識(shí)別的數(shù)字IQ格式。而目前CPRI，OBSAI和DigRF 3G/4G 等數(shù)字接口已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 開放式基站、終端和其他高速應(yīng)用場合，而且需要支持如MIMO這樣多個(gè)數(shù)據(jù)流傳輸?shù)膽?yīng)用模式。為了滿足相應(yīng)的測試需求，R&S在更新后的EX-IQ Box 上提供了關(guān)于CPRI，OBSAI和DigRF 3G/4G數(shù)字接口的測試解決方案。更新后的EX-IQ Box 比原先的版本具有更高的處理能力：除原有的應(yīng)用之外，新的EX-IQ Box 可以支持如CPRI、OBSAI和DigRF 3G/4G 等數(shù)字接

13、口標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樽钚碌臄?shù)字 IQ標(biāo)準(zhǔn)需要配置更多的參數(shù)，如果無 法在信號(hào)源里進(jìn)行直接設(shè)置，而控制電腦可以方便地通過USB接口用相應(yīng)的控制軟件對EX-IQ Box的數(shù)字接口進(jìn)行配置。加配B85 （ CPRI接口版）選件后， EX-IQ Box 可以產(chǎn)生和接收符合 CPRI協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 的數(shù)字IQ數(shù)據(jù)。R&S的測試方案可以單獨(dú)進(jìn)行上行或下行測試，也可以支持上/下行并行測試。此外，也可以實(shí)時(shí)到插入 CPRI協(xié)議規(guī)定的C&M信息。對于CPRI接口板的配置主 要通過R&S的DigIConf 配置軟件來完成。圖4為基于R&S的EX-IQ Box 配合信號(hào)源和 信號(hào)分析儀的CPRI測

14、試框圖。新版的EX-IQ Box 可以和矢量源與矢量信號(hào)分析儀連接完成RRU上/下行測試。圖5為基于EX-IQ Box 和CPRI接口板的完整的 RRU測試框圖。圖4 基于R&S的EX-IQ Box 配合信號(hào)源和信號(hào)分析儀的CPRI測試框圖RRU測試框圖圖5 基于EX-IQ Box 和CPRI接口板的完整的3.2 基于ARB模式的經(jīng)濟(jì)型 CPRI測試方案EX-IQ Box 也可以通過 ARB選件（R&S?EXBOX-K90/-K91 ）來播放原先由WinIQSim2 ，Matlab或其他工具軟件生成的波形文件，并且在 CPRI接口上同時(shí)可以支 持多達(dá)4個(gè)不同的信號(hào)傳輸。另外，配

15、置R&S的信號(hào)源和信號(hào)分析儀后，EX-IQ Box 也可以直接利用信號(hào)源原有的功能（如數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)、衰落和AWGN等）和信號(hào)分析儀原有的功能（ACP，EVM等），因此在配置信號(hào)源及信號(hào)分析儀的基礎(chǔ)上可以根據(jù)客戶的需求 靈活地配置測試解決方案。同時(shí)， EX-IQ Box 也可以通過R&S?EXBOX-K94 選件記錄數(shù) 據(jù)，然后用戶可以通過自己的分析工具如Matlab或C+等對測試信號(hào)進(jìn)行分析。這樣，客戶無需任何分析選件即可完成相應(yīng)的分析，進(jìn)而節(jié)約更多的成本。目前，R&S的測試方案可以支持 CPRI接口的BBU和RRU測試。圖6所示為基于 R&S公司EX-IQ B

16、ox 的RRU/BBU 的測試方案。CareREDov.nl InkSKi 1OEWPUTnd DenosiMofi FSQIFSG(ITE Oowrtnii AMJ - SULdg 3B FSQ - FSGiJ 班 J E IT1SULI>£UIREC Downl InkRECCP ” XOIH"4Bokdig. BBILTE DoYEtinkFSQ/FSGRECUpiMkREC _ DUT_LU-J.Kflhqf如.BB SiGtri(LTEUp*nkiAMU EMU-EMJ圖6 R&S公司EX-IQ Box 的RRU/BBU 的測試方案4 CPRI測試實(shí)

17、例基于R&S公司的CPRI測試方案，可以方便地完成商用RRU的CPRI測試，圖7為Radiocom 公司RRU的測試框圖。被測 RRU可以支持雙天線和 Passive Link 模式。圖7 Radiocom 公司RRU的測試框圖4.1 基于CPRI測試方案的RRU下行測試為了進(jìn)一步驗(yàn)證被測 RRU的性能，測試信號(hào)采用LTE信號(hào)。對于被測RRU的下行CPRI 信號(hào)測試：矢量源 SMU基帶產(chǎn)生下行的LTE數(shù)字IQ信號(hào)，由TVR290數(shù)字接口輸出， 通過EX-IQ Box 和接口板將數(shù)字IQ轉(zhuǎn)換成符合CPRI協(xié)議的信號(hào)，然后通過光纖送到被 測RRU的CPRI接口，再通過被測RRU轉(zhuǎn)換成射頻信

18、號(hào)，最后由矢量信號(hào)分析儀上的LTE解調(diào)選件測試相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。測試實(shí)物圖參見圖8。圖8 CPRI下行測試實(shí)物圖4.2 基于CPRI測試方案的RRU上行測試對于RRU上行CPRI測試：矢量源 SMU基帶產(chǎn)生上行LTE信號(hào)，由射頻口輸出，送 至被測RRU將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為 CPRI接口輸出，再通過 EX-IQ Box 和CPRI接口板將其 轉(zhuǎn)換為數(shù)字IQ信號(hào)，最后矢量信號(hào)分析儀在 LTE選件中通過TVR290數(shù)字接口分析其相 應(yīng)指標(biāo)和性能。測試實(shí)物圖參見圖 9。圖9 CPRI上行測試實(shí)物圖由于測試設(shè)備可能引入測試誤差，因此R&S的CPRI測試方案支持Loopback 模式，圖10為Loopback 模式設(shè)置框圖。在 Loopback 模式下，可以直接連接測試設(shè)備的數(shù)字 IQ接口，由此可以判斷測試結(jié)果是否由被測設(shè)備引起，進(jìn)而驗(yàn)證測試的準(zhǔn)確性。 此外，EX-IQBox支持Passive Link 模式。對于支持 Passive Link 模式的RRU，可以通過 RRU本身 的配置軟件控制被測設(shè)備而無需由 DigIConf軟件發(fā)送相應(yīng)的 C&M指令，完成相應(yīng)的CPRI 接口測試。圖10 EX-IQ Box 支持的Loopback 模式設(shè)置框圖5 CPRI測試方案選件信息圖11所示為R&S公司CPRI測試方案的選件信息。