模块化的3G4G基站传输接口CPRI及其特征与使用.docx

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模块化的3G4G基站传输接口CPRI及其特征与使用

信息科学

１概述

基站，是由多个功能部分组成的，其中最主要的两个部分是基带部分和射频部分。

但在用传统基站部署的网络中，基站的扩容却是运营商一个头疼的大问题。

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，增加基带单元的同时就必须增加射频单元，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的话，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。

２００３年６月，爱立信、华为、ＮＥＣ、

西门子和北电共同发起成立了ＣＰＲＩ（ＣｏｍｍｏｎＰｕｂｌｉｃＲａｄｉｏＩｎｔｅｒｆａｃｅ，通用公共无线接口）标准化组织。

ＣＰＲＩ接口是指基站内部基带单元和射频单元之间的接口，该组织成立的主要目的就是制定这个接口的标准协议，从而使该接口开放化、公开化。

目前最新的版本是３．０，于２００６年１０月公布。

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属，而且有利于大幅降低运营商建网的成本，使运营商的ＣＡＰＥＸ和ＯＰＥＸ大为降低，逐步成为了运营商关注的焦点。

２ＣＰＲＩ协议规范介绍

ＣＰＲＩ定义物理层

（Ｌａｙｅｒ１）和数据链路层（Ｌａｙｅｒ２）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。

接口支持以下类型的信息流：

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。

同步：

用于帧和时间调整的同步数据。

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。

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（时间关键信息化数据）或层３协议（非ＣＰＲＩ规范所定义，位于适当的数据链路层顶部）传送。

ＣＰＲＩ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。

ＣＰＲＩ接口不推荐电缆规格，电连接器的使用遵循ＩＮＣＩＴＳ３５２（ＦｉｂｅｒｃｈａｎｎｅｌＦＣ＿ＰＩ）或ＩＥＥＥ８０２．３－２００２的定义。

ＣＰＲＩ接口推荐使用的光缆如下：

ＩＥＣ６０７９３－２：

２００２．ＴｙｐｅＡ１ａ（５０／１２５ｕｍｍｕｌｔｉｍｏｄｅ）

ＩＥＣ６０７９３－２：

２００２．ＴｙｐｅＡ１ｂ（６２．５／１２５ｕｍｍｕｌｔｉｍｏｄｅ）

ＩＥＣ６０７９３－２：

２００２．ＴｙｐｅＢ１（１０／１２５ｕｍｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅ）

光纤连接器的使用遵循ＩＮ－ＣＩＴＳ３５２（ＦｉｂｅｒｃｈａｎｎｅｌＦＣ＿ＰＩ）或ＩＥＥＥ８０２．３－２００２的定义。

新一代基站中的基站的基带

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。

此外，基带部分由于采用了资源池设计，以增加资源处理板的方式就可以支持平滑扩展。

从上面可以看出，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。

３ＣＰＲＩ的超帧、

基本帧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。

基本帧的第１个时隙是特殊的控制时隙，它的具体作用在超帧中定义，而其余的１５个时隙是ＩＱ数据时隙，供基站安排需要传送的ＩＱ复用流。

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４ｂ－１０ｂ间可选，下行链路数据宽度在８ｂ－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，如

下图所示。

同时，每１５０个超帧可以构成一个无线帧。

２５６个基本帧的第０时隙共同构成矩形的

模块化的３Ｇ／４Ｇ基站传输接口－ＣＰＲＩ及其

特征与使用

胡鹏程

戎蒙恬

（上海交通大学电子工程系，上海２０００３０）

摘要：

详细介绍了工业界提出的模块化的３Ｇ／４Ｇ基站传输接口规范ＣＰＲＩ，分析了协议规范和帧结构，并对其使用做了介绍和说明。

通过对标准的分析，不但能使基站的开发人员能有效地划分开发任务，还能使工程人员更了解３Ｇ／４Ｇ基站的设备原理。

关键词：

基站；ＣＰＲＩ；协议规范；帧结构；启动

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

ＣＰＲＩ，ａｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｍｏｄｕｌａｒｓｔａｎｄａｒｄｏｎ３Ｇ／４Ｇｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ．Ｔｈｅｐｒｏｔｏｃｏｌｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，Ｔｈｒｏｕｇｈｓｔａｎｄａｒｄａｎａｌｙｚｉｎｇ，ｉｔｗｉｌｌｎｏｔｏｎｌｙｂｅｈｅｌｐｆｕｌｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｅｒｐｅｏｐｌｅｔｏｄｉｖｉｄｅｔｈｅｉｒｔａｓｋｓ，ｂｕｔａｌｓｏｗｉｌｌｂｅｕｓｅｆｕｌｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｅｏｐｌｅｔｏｋｎｏｗｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆ３Ｇ／４Ｇｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

Ｂａｓｅｓｔａｔｉｏｎ；ＣＰＲＩ；ｐｒｏｔｏｃｏｌｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｔａｒｔ图１ＣＰＲＩ协议框图

图２超帧结构示意图

信

息科学

理念的内化；还可以将教师的相关课题研究进程和重要成果在博客上实时记录，使之成为课题活动记录、教师研讨交流、研究成果展示的平台和阵地。

同时，教师还可以把记录的内容和大家分享，通过其他人的评价帮助自己反思，也可以通过看其他教师的博客借鉴其中成功的教学案例和教学经验，灵活地运用到自己的教学中。

教师在交流和分享的中不断反思，提高自己大学英语教学。

结语

博客作为一种新兴的网络工具，有非常大的创新空间。

随着广大教育工作者的不断努力，博客必将在大学英语教学得到更大的应用，产生积极的影响。

参考文献

［１］张俊超．对博客应用于教育的现象学解读［Ｊ］．华中

科技大学学报，２００４

（５）：

１２０－１２３．［２］汪基德．基于博客

（博客）的研究生远程教学初谈［Ｊ］．学位与研究生教育，２００５

（１１）：

９－１２．［３］任卫东．博客的教育应用探讨［Ｊ］．新乡教育学院学报，２００５（９）：

７１－７２．

［４］胡三华．探究博客

（博客）在网络教学中的应用［Ｊ］．远程教育杂志，２００４（１）：

１０－１２．

作者简介：

汤荣（１９８０～），女，汉族，湖北人。

华东交通大学外语学院教师，助教，硕士生。

研究方向：

英语语言文学。

超帧控制结构。

这个控制结构中，逐级嵌套的２５６个控制字按每四个字一组编为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８Ｂ１０Ｂ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。

ＣＰＲＩ支持两种不同类型的Ｃ＆Ｍ信道，如下：

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２４０ｋｂｐｓ，最高达１９２０ｋｂｐｓ。

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。

４ＣＰＲＩ模块的启动过程

从整个ＣＰＲＩ的工作过程而言，最重要的是下面的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下面的整个状态机的迁移过程。

同时，作为室内单元（ＩＤＵ）和室外单元（Ｏ－ＤＵ）的实现上也会有所不同，ＩＤＵ是Ｍａｓｔｅｒ模式，负责主要参数的下发、协商等，ＯＤＵ是Ｓｌａｖｅ模式，负责对下发参数进行响应。

由于Ｍａｓｔｅｒ和Ｓｌａｖｅ模式在上面状态机的处理上有所不同，下面也对其进行了具体分析说明：

（１）状态Ａ：

主要进行初始化参数配置，包括ＣＰＲＩ线

路速率、ＨＤＬＣ线路速率、

空口带宽、无线帧长度、协议版本、ＯＤＵｐｏｒｔＩＤ。

所有这些特性参数都必须在状态机启动之前设置完毕，而且不允许在启动状态机后动态修改，如果状态机启动了，或者进入了正常工作状态，如果需要修改这些参数，则需要命令状态机进入到重配置状态

（状态Ｂ）。

Ｍａｓｔｅｒ侧：

由ＣＰＵ

配置的参数更多，包括无线帧的一些特性参数，但是对于Ｓｌａｖｅ侧，则很多参数需要等待后续的协商过程确定下来。

（２）状态Ｂ：

这个状态进行ＣＰＲＩ线路速率协商。

如果存在多种线路速率，那么Ｍａｓｔｅｒ侧将在ＨＦＮＳＹＮＣ无法同步上１ｓ后，切换到较低的另外一种线路速率上，直到ＨＦＮＳＹＮＣ同步上为止。

此状态下，ＣＰＲＩ的发送一直打开，Ｓｌａｖｅ

端口将发送最高支持

的ＣＰＲＩ协议版本和ＣＭ速率。

Ｓｌａｖｅ侧切换的速率的时间是４ｓ左右。

先最高，再次高．．．．．．。

此外在这个状态下，Ｓｌａｖｅ侧的发送一直是关断的，直到ＨＦＮＳＹＮＣ同步上为止。

同步上之后，ＣＰＲＩ的发送将打开，Ｓｌａｖｅ端口将发送最高支持的ＣＰＲＩ协议版本和ＣＭ速率。

同时可切换到下一状态。

在此状态中，软件提供超时保护，避免ＣＰＲＩ死锁。

（３）状态Ｃ：

这个状态，双方开始协商ＣＰＲＩ协议版本。

如果Ｍａｓｔｅｒ和Ｓｌａｖｅ侧协商成功则可进入下一状态。

在此状态中，软件提供超时保护，避免ＣＰＲＩ死锁。

（４）状态Ｄ：

这个状态，双方开始ＨＤＬＣ速率的协商，Ｍａｓｔｅｒ侧和Ｓｌａｖｅ侧在ＨＤＬＣ速率的重新选择方面策略相同。

协商过程中，为了避免出现频繁的速率参数切换导致协商失败，Ｍａｓｔｅｒ侧以较快的速率切换速率参数，而Ｓｌａｖｅ侧则以较慢的速率切换参数。

（５）状态Ｅ：

本状态主要是依赖

软件进行Ｍａｓｔｅｒ侧和Ｓｌａｖｅ侧的协商功能，软件在完成对参数的协商后，即可下发命令给本状态机，令其迁移到状态Ｆ。

进入状态Ｆ后，则

ＣＰＲＩ线路已经建立起来了。

业务面的ＩＱ传输、ＡＧＣ通道数据传输都正式开始，之后ＮＰ可以开始进行ＭＥ，基带ＦＰＧＡ、ＤＳＰ的业务通道配置，完成空口小区的建立。

为了保证Ｍａｓｔｅｒ侧和Ｓｌａｖｅ侧的超帧可以准确同步上，同时为了提高可靠性，定义了如下的超帧同步检测机制：

其中，ＬＯＳ表明信号丢失（ｌｏｓｓｏｆｓｉｇｎａｌ），

ＬＯＦ表示在帧同步过程中帧信号丢失（ｌｏｓｓｏｆｆｒａｍｅ）。

通过接收到的超帧信号和本地信号是否连续同步，来判定Ｍａｓｔｅｒ和Ｓｌａｖｅ侧ＨＥＮ－ＳＹＮＣ的建立与否。

参考文献

［１］ＣＰＲＩＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＶ３．０［ＥＢＯＬ］．ｈｔｔｐ：

／／ｗｗｗ．ｃｐｒｉ．ｉｎｆｏ／．２００６．

［２］任姝婕，吴泽民．３Ｇ数字直放站传输接口标准的分析［Ｊ］．现代电子技术，２００５（２３）．

作者简介：

胡鹏程（１９７６～），男，上海交通大学电子工程系，工程硕士研究生，研究方向：

通信与信息系统；戎蒙恬（１９５２～），男，上海交通大学电子工程系教授，博士生导师，研究方向：

通信与集成电路设计。

图３ＣＰＲＩ的启动过程

图４ＣＰＲＩ的ＨＦＮＳＹＮＣ机制

（上接１８０页）