东南大学
硕士学位论文
公共通用无线接口（CPRI）协议的FPGA实现
姓名：夏海山
申请学位级别：硕士
专业：信号与信息处理
指导教师：裴文江
20070301
第一章绪论
第一章绪论
１．１课题背景及意义
在无线通信领域，直放站通过将基站覆盖范围之外的无线信号进行射频／中频处理，再传输到基站进行信号处理，以此弥补基站覆盖范围之外的盲区。一个基站往往和多个直放站连接，从而扩展了基站的覆盖范围。然后，由于直放站与基站问缺乏统一的接口规范，对于不同的基站，直放站需要提供不同的接口，不仅提高了开发成本，还为产品的生产和维护带来诸多不便。
基于这一缺陷，公共无线接口联盟提出了ＣＰＩｕ（ＣｏｍｍｏｎＰｌｌｂｌｉｃＲａｄｉｏｈｌＩｅｍｃｅ）规范【ｌ捌，遵循ｃＰＲＪ规范的Ⅺ把和ＲＥ之间可以相互连接。从图１．１可以看出，ＣＰＩｕ定义了无线基站内部无线控制中心和无线设备之间的接口，通过ｃＰＲＪ接口，无线基站的控制部分和射频部分实现分离，从而将基站的射频部分拉远，在不增加容量的情况下实现对特定地区的低成本覆盖，共享基站的基带资源。所以又被称作射频拉远，ＲＥ也被称为射频拉远模块（ｍｍ）。
图１．１：基站系统框架图
ＣＰｌｕ是实现分布式覆盖的有效手段之一，可以将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房中，基带部分集中处理，射频部分通过光纤拉远，分置于网络规划所确定的站点上。分布式覆盖主要优点如下：
第一：由于基带部分集中放置射频部分置于天面，从而节省了常规解决方案所需要的大量机房。
第二：通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，实现了容量与覆盖之间的转化。
第三：通过基带部分在大容量宏基站集中处理，多个ＲＥ可以共享基带资源。因此建设支持相
第二章公共通用无线ｃＰｌｕ协议
图２．１：基本系统结构和通用公共无线接口定义
图２．２：ＲＥ之间存在一个链路的系统结构
ＣＰｌｕ协议支持多种连接方式。可以满足灵活的网络拓扑结构。几条ＣＰＲｊ链路可以用来增加系统容量来满足有很多天线和载波的大系统配置要求。这就要求一条ＣＰＩｕ链路能够完整携带某个天线和某个天线载波的一个ＩＱ数据流（尽管允许同一个天线载波可以同时在几个链路上传输）。一个Ｒ】把可以为几个ＲＥ提供服务。而且ＲＥ之间可以通过三个基本联网结构进行交互。
图２－３：ＲＥＣ和ＲＥ之间的连接
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图２－４：一个砌Ⅺ和多个ＲＥ之间的连接（星形结构）
图２．５：链式结构
图２＿６：树式结构
图２．７：环形结构
第二章公共通用无线凹ＲＩ协议
Ｃ剽Ｒｌ定义物理层（ＬａｙＨ１）和数据链路层（【ａｙ日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。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）同步数据：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。
图２．８：ｃＰ砒协议概述
图２－８总结了基本协议的层次。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ＣＰⅪ规范所定义，位于适当的数据链路层顶部）传送。ＣＰＩｕ支持两种不同的用于ｃ＆Ｍ数据传送的数据链路层协议——｝玎）ＬＣ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。
２．２ＣＰ砒帧结构
～个Ｕ】～ｆｒｓ帧由超帧组成，超帧由基本帧组成。ｃＰＲＪ帧层次结构如图２－９所示，ｚ：超帧序列数；ｘ：基本帧序列数：ｗ：基本帧里的字数；Ｙ：每个字里的ｂｙｔｅ数。序列ｗ卸为控制字。ｚ、ｘ、Ｗ、Ｙ、Ｂ的取值范围如表２．１所示：
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图２．９：帧结构示意图
表２１：索引的取值范围
ＣＰＲＪ比特速率ＺＸＷＹＢ［Ｍｂｉｔ，ｓ】
６１４．４Ｏ０，ｌ，…，７
１２２８．８Ｏ，ｌ，…，１４９Ｏ，１…．，２５５０，ｌ，…，１５０．１Ｏ，１，…，１６
２４５７．６Ｏ，１，２，３０，１，…，３２
２．２．１ＣＰｍ基本帧
基本帧长：１Ｔｃ＝１／３．８４ＭＨｚ＝２６０．４１６６６７ｎｓ。一个基本帧包含１６个字：ｗ＝０…１５，字长Ｔ依赖于线比特率。ｗ＝ｏ用于控制字；ｂｉｔ：Ｂ＝０…Ｔ—１．ｂｙｔｅ＝８ｂｉｔ，Ｙ＝０：Ｂ：Ｏ…７，Ｙ＝１：Ｂ＝８…１５，……，Ｗ＝ｌ…１５用于用户平台的ＩＱ数据传输。
表２．２：控制字的长度
ＣＰＩｕ比特速率字长控制字包含中的字节［Ｍｂｉ讹】［ｂｉｔ】
６１４．４Ｔ＝８拌Ｚ．Ｘ．Ｏ
１２２８．８Ｔ：１６杞．Ｘ．Ｏ．＃Ｚ．Ｘ．１
２４５７．６Ｔ＝３２群ＺＸ．Ｏ，撑ＺＸ．】，忆．Ｘ．２，拌Ｚ．Ｘ．３ＣＰＲＪ数据在传送过程中首先传送基本帧的控制ＢＹＴＥｓ，然后依次传送ＩＱ数据。基本帧结构因
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图２．１２：２４５７．６Ｍｂ彬ｓＣＰＲＪ线速率下基本帧的结构
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。表２．３提供Ｉ和Ｑ采样的选项列表。一个基本帧中混合采样宽度虽没有具体阐述但如果需要也可以实现。一个ＩＱ采样包含一个Ｉ采样和一个同样大小的Ｑ采样。，表２ｔ３：ＩＱ采样数据宽度可选列表
链路方向采样符号宽度范围［ｂｉ蜘
下行链路Ｍ８，９，１０，．．．，２０
上行链路Ｍ４，５，６，…，１０一个ＡｘＣ容器（基本帧中的ＩＱ数据块部分）内的１Ｑ采样映射：从ＬＳＢ（Ｉｏ，ＱＯ）到ＭｓＢ（ｎ证一ｌ，ＱＭ一１）或（ⅡｖＩ’一１，ＱＭ’－Ｉ）：Ｉ和Ｑ采样交替发送按时间先后排序；连续的，之间无任何保留ｂｉｔ；表２．４列出了可选的上行和下行过采样率。每个ＡｘＣ的ｌＱ采样宽度和上行和下行的过采样率由应用层决定。不同的过采样率下ＩＱ采样安排和传输次序如图２－１３，图２—１４，图２－１５。
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２．２．２子信道定义’
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Ｎ鳓…６３，每个子信道里的控制字序号ｘｓ：ｏ一３，一个嵌套里的控制字序号Ｘ＝Ｎｓ＋６４堰ｓ。图２．１７和图２—１８阐述了子信道里控制字的组织情况。表２．５列出了每个子通道中控制字的意义。
图２．１７：超帧子通道结构图
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图２．１８：超帧中的控制字和子通道示意图
第二章公共通用无线ＣＰＲＪ协议
选项之一是使用控制和管理（Ｃ＆Ｍ）数据的慢速皿Ｌｃ信道。比特率由初始化信息ｂｙｔｅ：忆．６６．Ｏ（见表２．８）中的低３位决定。｝玎）ＬＣ串行数据的控制ＢⅥＥＳ的映射由图２－２ｌ到图２．２４不同的配置给定。如果配置无效，则当作没有Ｉ玎）ＬＣ数据处理。
表２．８：如）ＬＣ可选速率（ｋｂｉ以）
ＣＰＲＩ比特忆．６６．０：耐Ｉｒ忆，６６．小＝ｆｒｒｒ杞．６６．ｏ＝弧ｒｒ忆．６６．０＝弧Ｔｒ圮．６６．ｏ：铂Ⅱ圮．６６０＝速率舢ｒ００ｌｒｏｌＯｒｏｌｌｒ１００ｒ咖１０１．．．Ⅱ瞰ｂｉ以】ｒ玎ｌｌｌ
ｉ玎谢ｉｄ６１４．４ｎｏＨＤＬｃ２４０４８０９６０１９２００
１２２８８ｎｏＨＤＬｃ２４０４８０９６０１９２００ｉｎｖａｌｉｄ
２４５７．６ｎｏＨＤＬＣ２４０４８０９６０１９２００ｉｎｖａｌｉｄｎｏＨＤＬＣ蛇．１．Ｏ圮．１．０忆．１．Ｏ拌Ｚ．１．０ｉＩⅣａｌｉｄ
忆．１２９．Ｏ圮．６５．Ｏ圮．１．１撑Ｚ．１．１
忆．１２９．Ｏ捍Ｚ．６５．０杞．１．２
杞，１９３．Ｏ铊．６５．１忆．１．３
圮．１２９．Ｏ忆．６５．Ｏ
杞．１２９．１铊．６５．１
用于｝玎）ＬＣ杞．１９３．Ｏ圮．６５．２
控制字的子忆．１９３．１忆．６５．３
通道和字节忆．１２９．０
顺序忆．１２９．１
杞．１２９．２
群Ｚ．１２９．３
圮１９３．Ｏ
杞．１９３．１
圮．１９３．２
圮．１９３．３
图２．２ｌ：２４０ｋｂｉ讹的阳）Ｌｃ数据在控制字中的映射
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图２．２２：４８０ｋｂｉ以的｝Ⅱ）ＩＣ数据在控制字中的映射
图２．２３：９６０ｋｂｉ如的皿ＬＣ数据在控制字中的映射
图２－２４：１９２０ｋｂｉ以的瑚）ＬＣ数据在控制字中的映射
ｃＰＲＩ慢速Ｃ＆Ｍ数据链路层应该遵循ＨＤＬｃ标准（ＩｓＯ／ⅢＣ１３２３９：２００２（Ｅ））。ＨＤＬＣ数据帧结构和数据链路层遵循［１０】。另外慢速控制和管理（Ｃ＆Ｍ）信道数据链路层要遵循以下规则：ＨＤＬＣ信息区域长度在ＨＤＬＣ帧结构中支持任何８位数；ＨＤＬｃ信息区域的位传送次序在ＨＤＬＣ帧结构中为最不重要的位优先（ＬｓＢ）；ＨＤＬＣ帧结构用一个８位的数字表示地址，且２５６中可能均可用。扩