程立杰



LTE无线组网CPRI压缩的应用与影响研究

程立杰

重庆市信息通信咨询设计院有限公司，重庆 400044

在LTE无线组网过程中，RRU级联、大带宽、MIMO、CA、多载波等技术的使用导致光纤资源需求量大增。为节省资源，采用CPRI压缩后，传输速率将大幅度降低，组网能力获得的收益，可实现大带宽多级级联。

RRU级联；CPRI压缩；SINR；采样率；位宽

引言

随着无线网络的发展，分布式基站系统因其布局简单、安装方便的特点，得到广泛应用。因此，CPRI技术逐步成为基站系统设计中的一个热点。随着LTE规模商用，RRU级联、大带宽、MIMO、CA、多载波等技术的使用，CPRI带宽资源问题已经凸显出来，CPRI V6.0版标准已经引入了10.1376 Gbps链路，但仍旧不能满足传输需求，这就意味着FPGA能力、光模块塑料、光纤资源等成本成倍增加[1]。

为降低建设成本，在CPRI传输中降低传输速率，因而引入了CPRI压缩技术。

1 原理

CPRI是由密切协作的业界多家OEM定义的。最初是为3GPP UTRA （UMTS）开发的，但是后来扩展到覆盖了WiMAX、3GPP E-UTRA （LTE），以及3GPP GSM。见表1。

CPRI压缩是基于数字基带数据进行，在满足性能要求的情况下，尽量降低传输速率。

表1

以LTE常用LTE20M，2×2MIMO单载波小区为例，基带传输速率若需要满足单载波双天线（MIMO）、中频20 M带宽采样，总带宽需求如下：

总带宽需求

=30.72 Mbps×16 bit×2（IQ）×2（MIMO）×10/8（8b/10b编码）×16/15（CPRI协议开销）

=2621.44 M

式中：30.72 Mbps为3GPP协议规定的20 M带宽采样速率；16 bit为产品设计中常用的IQ数据位宽，基于硬件应用；IQ数据和MIMO分别带来了一倍的数据量；8 b/10 b编码为CPRI协议固定的编码方式，用于数据校正；最后，CPRI协议中还预留了控制信道，占总数据量的1/16。

CPRI标准提供了帧结构和通用方法，映射CPRI帧中的IQ数据，但是并没有严格的标准，供应商实现了各种不同的方法。[2]结合上述传输速率的分析可知，CPRI压缩的方法可以从采样速率和IQ数据位宽着手。

1.1 采样速率压缩

从中射频的角度，根据奈奎斯特采样定理，需要数字化的模拟信号的带宽必须被限制在采样频率fs的一半以下，否则将会产生混叠效应，信号将不能被完全恢复。这就从理论上要求一个理想的截频为fs/2的低通滤波器。见图1。

图 1

实际中采用的通频带为0～fs/2的低通滤波器不可能既完全滤掉高于的fs/2的分量又不衰减接近于fs/2的有用分量。如果采用高于fs的采样频率，则可以很容易用模拟滤波器先滤掉高于1.5 fs的分量，同时完整保留有用分量。采样后混入的界于0.5～1.5 fs之间的分量可以很容易用数字滤波器来滤掉[3]。

20 MHz带宽LTE载波有1200个子载波，依据协议每个子载波15 kHz，因此数据有效带宽为18 MHz（不考虑中心的DC子载波）。3GPP协议推荐标准采样率30.72 MHz，主要是考虑了保护带、基带 IFFT 处理方便等。

实际效果来看，采用设计合理低通滤波器，尽量满足理想要求，采样率可以做一定的降低。中射频部分采用19.2 M 或者 23.04 M 的传输速率都是可以满足下行 EVM 和上行 SNR 要求的。

1.2 IQ数据位宽压缩

ADC/DAC是模拟域与数字域之间的桥梁，是IQ数据的输出或输入器件，是数字射频系统的基础。根据ADC/DAC器件的参数进行分析，IQ数据位宽的压缩，对射频指标动态范围和SINR有比较大的影响。

与位宽直接相关的参数如下：

分辨率=FSR/2n

SNR=（6.02n+1.76）dB

式中：n为位宽；FSR为满量程范围。

根据3GPP对EVM、灵敏度、动态范围的要求分析，采用上下行 12 bit 位宽即能满足系统指标要求。系统设计时，需要通过复杂的DAGC 和AAGC 相结合的办法来降低位宽要求。

2 小结

采样率压缩和IQ数据位宽压缩结合使用，可以有效降低CPRI的传输速率，同时满足3GPP对射频系统性能的要求。目前电信设备厂家已建实现2∶1和3∶1压缩，光纤资源利用率得到成倍的提升，虽然灵敏度、信噪比有所恶化，但是可控范围内[4]。

[1]许丽佳，康志亮.信号与系统[M].2版.北京：北京大学出版社，2013.

[2]高吉祥，丁文霞.数字电子技术[S].3版.北京：电子工业出版社，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