CPRI原理及测试解决方案

1、CPRI原理及测试解决方案(一)( 2010/6/1314:29 )摘要分布式基站的基本结构与传统一体化基站有很大的不同，它将基站的基带部分(BBU/REC)和射频部分(RRU/RE/RRH) 分离，分别作为单独的部分。这种分布式结构具 有配置灵活、工程建设方便、环境适应性强等优点，应用越来越广泛。为了规范BBU和RRU之间的接口标准，CPRI(Com monPublic Radio In terface) 协议应运而生。目前，CPRI接口的测试已经成为业界关注的焦点。R&S公司基于其强大的技术实力，于业界首先推出了基于CPRI接口的RRU和BBU测试解决方

2、案，进一步完善了基站领域的测试需 求，可以更好地为运营商、基站设备商、直放站厂商和检测机构提供相应的测试服务。1引言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 实用传统基站部署的网络中，基站的扩容却是运营商头疼的大问题。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，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

3、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。图 1所示为新一代开放式基站框图。图1开放式基站框图2003年6月，爱立信，华为，NEC，西门子和北电共同发起成立了通用公共无线接口(Com mon Public Radio In terface ， CPRI)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

4、制定这个接口的标准协议，从 而使该接口开放化、公开化。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一一分布式基站，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、便捷的网络部署， 而且有利于大幅降低运营商建网的成本，逐步成为运营商关注的焦点。基于CPRI的广泛发展，如何进行 CPRI接口测试已成为业界关注的焦点。2 CPRI基本原理2.1 CPRI的物理层定义CPRI定义物理层（Layer 1）和数据链路层（Layer 2）协议，服务于用户、控制和管理 以及同步平台信息在 RE

5、C和RE之间或两个RE之间的传输。图2所示为CPRI的结构。Um 1 Unehlalk岬FtarKSVMt.iy IkUK5Tjiw IW*方! Multiplex ；im卜 kcTtrr uJ图2 CPRI的结构CPRI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。用户平台信息以 IQ 数据模式传送。不同的

6、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。 CPRl 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。目前，新一代基站中的基站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，通过增加资源处理板的方式就可以支持平滑

7、扩展。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。2.2 CPRI 的基本帧结构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

8、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 4l0b 间可选，下行链路数据宽度在 820b 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。 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 4 个字一组编为 64 个子信 道。子信道序号 Ns=O63，每个子信道里的控制字序号Xs=O3，一个嵌套里的控制字序号X=Ns+64Xs，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 k

9、28.5 ，在 8b ， 10b 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。CPRl 支持两种不同类型的 C&M 信道： 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 路速率最低达 240kbit/s ，最高达 1920kbit/s 。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

10、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。2.3 CPRI 工作流程从整个CPRI的工作过程而言，最重要的是如图3所示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整个状态机的迁移过程。LltimeF redFraft1 s-tacs Dj F. QCiMmiWMlrhRsm state 畐 FC/Mpbm图3 CPRI的启动过程同时，作为室内单元（IDU）和室外单元（ODU）在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。而

11、且Master和Slave模式在上面状态机的处理上有所不同。（待续）3 R&S公司的CPRI测试解决方案3.1 新版EX-IQ Box及CPRI接口板简介传统的EX-IQ Box主要用于R&S仪表和客户设备之间通用的数字IQ接口转换，用户可以根据自己或 R&S提供的接口板将自己的数字IQ格式转换为R&S的TVR290接口可识别的数字IQ格式。而目前 CPRI，OBSAI和DigRF 3G/4G 等数字接口已经广泛应 用于开放式基站、终端和其他高速应用场合，而且需要支持如MIMO这样多个数据流传输的应用模式。为了满足相应的测试需求，R&S在更新后的EX-IQ Box上提供了关于CPRI，OBSA

12、I和DigRF 3G/4G 数字接口的测试解决方案。更新后的EX-IQ Box比原先的版本具有更高的处理能力：除原有的应用之外，新的EX-IQ Box可以支持如CPRI、OBSAI和DigRF 3G/4G 等数字接口标准。因为最新的数字 IQ标准需要配置更 多的参数，如果无法在信号源里进行直接设置，而控制电脑可以方便地通过USB接口用相应的控制软件对 EX-IQ Box的数字接口进行配置。加配B85 （ CPRI接口版）选件后， EX-IQ Box可以产生和接收符合 CPRI协议标准 的数字IQ数据。R&S的测试方案可以单独进行上行或下行测试，也可以支持上/下行并行测试。此外，也可以实时到插入

13、CPRI协议规定的C&M信息。对于CPRI接口板的配置主要通过R&S的DigIConf 配置软件来完成。图 4为基于R&S的EX-IQ Box配合信号 源和信号分析仪的 CPRI测试框图。新版的EX-IQ Box可以和矢量源与矢量信号分析仪连接完成RRU上/下行测试。图 5为基于EX-IQ Box和CPRI接口板的完整的 RRU测试框图。I厨jid图4 基于R&S的EX-IQ Box配合信号源和信号分析仪的CPRI测试框图图5 基于EX-IQ Box和CPRI接口板的完整的 RRU测试框图3.2 基于ARB模式的经济型 CPRI测试方案EX-IQ Box也可以通过 ARB选件（R&S?EXBO

14、X-K90/-K91）来播放原先由WinIQSim2 ，Matlab或其他工具软件生成的波形文件，并且在 CPRI接口上同时可以支 持多达4个不同的信号传输。另外，配置R&S的信号源和信号分析仪后，EX-IQ Box也可以直接利用信号源原有的功能（如数字通信标准、衰落和 AWGN等）和信号分析仪原 有的功能（ACP，EVM等），因此在配置信号源及信号分析仪的基础上可以根据客户的需 求灵活地配置测试解决方案。同时，EX-IQ Box也可以通过R&S?EXBOX-K94选件记录数据，然后用户可以通过自己的分析工具如Matlab或C+等对测试信号进行分析。这样，客户无需任何分析选件即可完成相应的分析

15、，进而节约更多的成本。目前，R&S的测试方案可以支持 CPRI接口的BBU和RRU测试。图6所示为基于R&S公司EX-IQ Box的RRU/BBU 的测试方案。TejrCaseUpbnkF?邑亡 Doivnflnk0甲也十LLfr-&3MLrsa fm | -cmF?运匚Uplink(X? 8B SaflrGen (LTe Up*nk i 阳U . Su t SMJ图6 R&S公司EX-IQ Box的RRU/BBU 的测试方案4 CPRI测试实例基于R&S公司的CPRI测试方案，可以方便地完成商用RRU的CPRI测试，图7为Radiocom 公司RRU的测试框图。被测 RRU可以支持双天线和

16、Passive Link模式。图7 Radiocom 公司RRU的测试框图4.1 基于CPRI测试方案的RRU下行测试为了进一步验证被测 RRU的性能，测试信号采用 LTE信号。对于被测 RRU的下行 CPRI信号测试：矢量源 SMU基带产生下行的LTE数字IQ信号，由TVR290数字接口 输出，通过EX-IQ Box和接口板将数字IQ转换成符合CPRI协议的信号，然后通过光纤 送到被测RRU的CPRI接口，再通过被测 RRU转换成射频信号，最后由矢量信号分析仪 上的LTE解调选件测试相关技术指标。测试实物图参见图8。图8 CPRI下行测试实物图4.2 基于CPRI测试方案的RRU上行测试对于

17、RRU上行CPRI测试：矢量源SMU基带产生上行LTE信号，由射频口输出，送 至被测RRU将射频信号转换为 CPRI接口输出，再通过 EX-IQ Box和CPRI接口板将其 转换为数字IQ信号，最后矢量信号分析仪在LTE选件中通过TVR290数字接口分析其相应指标和性能。测试实物图参见图9。图9 CPRI上行测试实物图由于测试设备可能引入测试误差，因此R&S的CPRI测试方案支持Loopback 模式,图10为Loopback模式设置框图。在 Loopback模式下，可以直接连接测试设备的数字 IQ接口，由此可以判断测试结果是否由被测设备引起，进而验证测试的准确性。此外，EX-IQ Box支持Passive Link模式。对于支持 Passive Link模式的RRU，可以通过RRU本身的配置软件控制被测设备而无需由DigIConf软件发送相应的C&M指令，完成相应的CPRI接口测试。JM4irvCm WMTtfmg VAiLOF 4L41* FLOS lAW图10 EX-IQ Box支持的Loopback 模式设置框图CPRI测试方案选件信息11所示为R&S公司CPRI测试方案的选件信息。客户可以根据不同的移动通信标图准选择相应的ARB选件。此外，也可以配合已有的矢量源和矢量信号分析仪自带的实时 选件，完成相应的 CP