基站系统中的 CPRI 压缩技术简析

2015-07-21 18:16:35 来源:EETOP
CPRI 压缩技术在基站系统设计中一直是一个技术热点,随着带宽更宽的LTE规模商用,这个问题越来越突出。比如传统宏站RRU的光纤拉远场景,要传输多载波、多 天线、多小区、多级级联,据我所知,光纤的速率早已经达到了10G。高速率意味着成本的成倍增加,需要更先进的FPGA,更高速率的光模块和光纤,同时功 耗也会大幅增加。又比如在LTE小基站的拉远系统中,一般的场景是需要传输双天线(MIMO),20M带宽,且通过千兆以太网进行传输及供电,传统的非压 缩传输是无法实现的。本文主要对第二种场景进行简单分析。

需求带宽的计算。以LTE20M,2*2MIMO单载波为例,假设IQ数据位宽为16bit,速率为30.72MSPS,得到:

总带宽需求=30.72*16*2(IQ)*2(MIMO)*10/8(8b/10b编码)*16/15(CPRI协议开销)=2621.44M。
CPRI压缩的方法来源于上述公式,主要有两方面,位宽压缩,速率压缩。

速率压缩

了 解 LTE 物理层协议的工程师应该知道,LTE20M 有 1200 个子载波,每个子载波 15KHz,这样算下来数据有效带宽为 18M。而协议之所以推荐采用 30.72M 的采样率,是考虑了保护带、基带 IFFT 处理方便等。然而从中射频的角度,只需要从奈奎斯特采样定理来考虑,保证有用信号无失真传输即可。从理论和实际效果来看,中射频部分采用19.2M 或者 23.04M 的传输速率都是可以满足下行 EVM 和上行 SNR 要求的。

位宽压缩

可 以看到,在早期宏基站系统中,带宽不受限,一般采用 16bit 的位宽,这是考虑 FPGA 处理最佳位宽,AD/DA 位宽等硬件原因。系统指标主要从两方面考虑,动态范围和 SNR。一般仿真认为,采用上下行 12bit 非压缩即能满足系统指标要求。上行传统的方法是通过复杂的数字域 AGC 和模拟域 AGC 相结合的办法来降低位宽要求,效果也非常明显。下行也可以通过一些增益标识算法来实现,可以将位宽压缩到 8bit 或者 10bit。采用上述两种方法结合之后,可以满足小基站的千兆以太网传输要求。

值得注意的是,压缩之后需要在传输对端进行解压缩,这对于系统时延、数据对齐、FPGA 处理复杂度、系统可靠性等都有很大的挑战。要实现更优的部署解决方案,更低的成本,采用CPRI 压缩还是值得的。


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