程立杰

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LTE無線組網(wǎng)CPRI壓縮的應用與影響研究

程立杰

重慶市信息通信咨詢設計院有限公司，重慶 400044

在LTE無線組網(wǎng)過程中，RRU級聯(lián)、大帶寬、MIMO、CA、多載波等技術(shù)的使用導致光纖資源需求量大增。為節(jié)省資源，采用CPRI壓縮后，傳輸速率將大幅度降低，組網(wǎng)能力獲得的收益，可實現(xiàn)大帶寬多級級聯(lián)。

RRU級聯(lián)；CPRI壓縮；SINR；采樣率；位寬

引言

隨著無線網(wǎng)絡的發(fā)展，分布式基站系統(tǒng)因其布局簡單、安裝方便的特點，得到廣泛應用。因此，CPRI技術(shù)逐步成為基站系統(tǒng)設計中的一個熱點。隨著LTE規(guī)模商用，RRU級聯(lián)、大帶寬、MIMO、CA、多載波等技術(shù)的使用，CPRI帶寬資源問題已經(jīng)凸顯出來，CPRI V6.0版標準已經(jīng)引入了10.1376 Gbps鏈路，但仍舊不能滿足傳輸需求，這就意味著FPGA能力、光模塊塑料、光纖資源等成本成倍增加[1]。

為降低建設成本，在CPRI傳輸中降低傳輸速率，因而引入了CPRI壓縮技術(shù)。

1 原理

CPRI是由密切協(xié)作的業(yè)界多家OEM定義的。最初是為3GPP UTRA （UMTS）開發(fā)的，但是后來擴展到覆蓋了WiMAX、3GPP E-UTRA （LTE），以及3GPP GSM。見表1。

CPRI壓縮是基于數(shù)字基帶數(shù)據(jù)進行，在滿足性能要求的情況下，盡量降低傳輸速率。

表1

以LTE常用LTE20M，2×2MIMO單載波小區(qū)為例，基帶傳輸速率若需要滿足單載波雙天線（MIMO）、中頻20 M帶寬采樣，總帶寬需求如下：

總帶寬需求

=30.72 Mbps×16 bit×2（IQ）×2（MIMO）×10/8（8b/10b編碼）×16/15（CPRI協(xié)議開銷）

=2621.44 M

式中：30.72 Mbps為3GPP協(xié)議規(guī)定的20 M帶寬采樣速率；16 bit為產(chǎn)品設計中常用的IQ數(shù)據(jù)位寬，基于硬件應用；IQ數(shù)據(jù)和MIMO分別帶來了一倍的數(shù)據(jù)量；8 b/10 b編碼為CPRI協(xié)議固定的編碼方式，用于數(shù)據(jù)校正；最后，CPRI協(xié)議中還預留了控制信道，占總數(shù)據(jù)量的1/16。

CPRI標準提供了幀結(jié)構(gòu)和通用方法，映射CPRI幀中的IQ數(shù)據(jù)，但是并沒有嚴格的標準，供應商實現(xiàn)了各種不同的方法。[2]結(jié)合上述傳輸速率的分析可知，CPRI壓縮的方法可以從采樣速率和IQ數(shù)據(jù)位寬著手。

1.1 采樣速率壓縮

從中射頻的角度，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，需要數(shù)字化的模擬信號的帶寬必須被限制在采樣頻率fs的一半以下，否則將會產(chǎn)生混疊效應，信號將不能被完全恢復。這就從理論上要求一個理想的截頻為fs/2的低通濾波器。見圖1。

圖 1

實際中采用的通頻帶為0～fs/2的低通濾波器不可能既完全濾掉高于的fs/2的分量又不衰減接近于fs/2的有用分量。如果采用高于fs的采樣頻率，則可以很容易用模擬濾波器先濾掉高于1.5 fs的分量，同時完整保留有用分量。采樣后混入的界于0.5～1.5 fs之間的分量可以很容易用數(shù)字濾波器來濾掉[3]。

20 MHz帶寬LTE載波有1200個子載波，依據(jù)協(xié)議每個子載波15 kHz，因此數(shù)據(jù)有效帶寬為18 MHz（不考慮中心的DC子載波）。3GPP協(xié)議推薦標準采樣率30.72 MHz，主要是考慮了保護帶、基帶 IFFT 處理方便等。

實際效果來看，采用設計合理低通濾波器，盡量滿足理想要求，采樣率可以做一定的降低。中射頻部分采用19.2 M 或者 23.04 M 的傳輸速率都是可以滿足下行 EVM 和上行 SNR 要求的。

1.2 IQ數(shù)據(jù)位寬壓縮

ADC/DAC是模擬域與數(shù)字域之間的橋梁，是IQ數(shù)據(jù)的輸出或輸入器件，是數(shù)字射頻系統(tǒng)的基礎。根據(jù)ADC/DAC器件的參數(shù)進行分析，IQ數(shù)據(jù)位寬的壓縮，對射頻指標動態(tài)范圍和SINR有比較大的影響。

與位寬直接相關(guān)的參數(shù)如下：

分辨率=FSR/2n

SNR=（6.02n+1.76）dB

式中：n為位寬；FSR為滿量程范圍。

根據(jù)3GPP對EVM、靈敏度、動態(tài)范圍的要求分析，采用上下行 12 bit 位寬即能滿足系統(tǒng)指標要求。系統(tǒng)設計時，需要通過復雜的DAGC 和AAGC 相結(jié)合的辦法來降低位寬要求。

2 小結(jié)

采樣率壓縮和IQ數(shù)據(jù)位寬壓縮結(jié)合使用，可以有效降低CPRI的傳輸速率，同時滿足3GPP對射頻系統(tǒng)性能的要求。目前電信設備廠家已建實現(xiàn)2∶1和3∶1壓縮，光纖資源利用率得到成倍的提升，雖然靈敏度、信噪比有所惡化，但是可控范圍內(nèi)[4]。

[1]許麗佳，康志亮.信號與系統(tǒng)[M].2版.北京：北京大學出版社，2013.

[2]高吉祥，丁文霞.數(shù)字電子技術(shù)[S].3版.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3]3GPP TS 36.314 V13.2.0 Physical layer： Measurements[S].

[4]Common Public Radio Interface （CPRI）： Interface Specification[S].

LTE wireless networking CPRI compression applications with impact study

Cheng Lijie

Chongqing information communication consulting design institute co.，Ltd.，Chongqing 40044

Pick to： in the process of LTE wireless networking，RRU cascade，large bandwidth，the use of the MIMO，CA，multicarrier technology lead to optical fiber is growing demand for resources.To save resources，USES the CPRI after compression，transmission rate will reduce，networking ability gains，which can realize large bandwidth more slopes.From simple transmission rate calculation analysis，this paper expounds the two ways of CPRI compression，each of these pathways rf signal will be affected，as well as the practical application of the data set.

RRU cascade； CPRI compression； SINR.Sampling rate.A wide

TN919.3

A

1009-6434（2016）12-0017-02