你的位置:首頁(yè) > RF/微波 > 正文

技術(shù)解析:CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮

發(fā)布時(shí)間:2015-03-20 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】現(xiàn)代的無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行遵從CPRI協(xié)議,即公共射頻接口協(xié)議,使用光纖來(lái)傳送相位、數(shù)據(jù)、頻率及控制信息。隨著無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)需求的逐漸增大,運(yùn)營(yíng)商及設(shè)備供應(yīng)商都承受著壓力,為節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本及投入,在基帶單元和射頻單元中采用了多條高速光纖。

本文介紹了使用Mu率壓縮對(duì)高斯波形進(jìn)行壓縮的方法,例如,CPRI接口所使用的基帶IQ數(shù)據(jù)。Mu率壓縮通常用在音頻應(yīng)用中,實(shí)現(xiàn)的效率很高,但是對(duì)于基帶信號(hào),保真度損失較大。本文介紹偏置二次方方法,減少了分段數(shù)量,高效的獲得更適合基帶信號(hào)的低Mu值。這一靈活的壓縮方法提供2:1壓縮比,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)LTE(長(zhǎng)期發(fā)展)測(cè)試波形,EVM (誤差矢量幅度)劣化不到1%。

典型的LTE宏射頻基站系統(tǒng)包括兩部分:基帶處理和射頻。這些組成一般通過(guò)光纖通道連接,協(xié)議接口由名為CPRI的公開(kāi)規(guī)范進(jìn)行定義。在這一規(guī)范中,這些模塊被定義為REC (射頻設(shè)備控制器)和RE (射頻設(shè)備)。請(qǐng)參見(jiàn)圖1。另一種類(lèi)似的接口是OBSAI (開(kāi)放基站體系結(jié)構(gòu)計(jì)劃)。

CPRI定義了各種拓?fù)?,包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、鏈,以及環(huán)形拓?fù)?。CPRI傳送同步、C&M (控制和管理),以及基帶IQ數(shù)據(jù)。

CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
 
背景

CPRI是由密切協(xié)作的業(yè)界多家OEM定義的。最初是為3GPP UTRA (UMTS)開(kāi)發(fā)的,但是后來(lái)擴(kuò)展到覆蓋了WiMAX、3GPP E-UTRA (LTE),以及3GPP GSM。隨著無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展,IQ數(shù)據(jù)的帶寬需求急劇增長(zhǎng)。

CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
 
采樣率、天線(xiàn)數(shù)量和射頻數(shù)量的不斷增長(zhǎng)促使CPRI標(biāo)準(zhǔn)的帶寬幾乎每?jī)赡昃蜁?huì)翻倍,如圖2和表1所示。帶寬的增長(zhǎng)也增加了數(shù)字實(shí)現(xiàn)(邏輯和收發(fā)器)和光器件(激光模組和光纖)的成本。最近的CPRI V6.0版標(biāo)準(zhǔn)引入了10.1376Gbps鏈路,使用66b64b編碼替代其他線(xiàn)路速率所使用的8b10b,從而提高了鏈路效率。迫切需要進(jìn)一步提高效率。

CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
 
本文介紹壓縮IQ數(shù)據(jù)的一種方法,以相對(duì)較小的保真度損失,降低了傳送速率。
[page]
Mu率壓縮

Mu率壓縮這種方法在數(shù)值范圍內(nèi)重新分配數(shù)值,這樣,當(dāng)進(jìn)行后續(xù)的量化時(shí),能夠降低信號(hào)保真度損失。采用算術(shù)函數(shù)進(jìn)行重新分配,從零開(kāi)始擴(kuò)展數(shù)字。通過(guò)選擇常數(shù)Mu_compand_val來(lái)控制擴(kuò)展率。
CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
Mu率壓縮通常用在音頻壓縮中,是ITU-T建議G.711和G.191推薦的方法。在這些音頻壓縮方法中,設(shè)定了較大的Mu_compand_val=255值。它產(chǎn)生2n指數(shù),通過(guò)直接位移實(shí)現(xiàn)分段線(xiàn)性逼近,位移量由指數(shù)決定(參見(jiàn)表2)。圖3顯示了分段數(shù)和8位輸出。

CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
 
除了Mu率,ITU-T還建議了非常相似的方法,名為A率。A率映射到稍微不同的分段,小數(shù)值時(shí)產(chǎn)生稍微不同的結(jié)果。

3GPP測(cè)試和要求

蜂窩射頻系統(tǒng)的信號(hào)保真度是由3GPP定義的。測(cè)試規(guī)范TS 36.104以EVM (誤碼矢量測(cè)量)定義了信號(hào)保真度。EVM是從理想星座點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)的矢量大小。

Mu率/ A率測(cè)試

使用了各種Mu_compand_val值進(jìn)行壓縮和解壓縮。圖4顯示了Mu_compand_val與EVM對(duì)比曲線(xiàn),以藍(lán)色表示A率,紅色表示Mu率。較大的Mu值將指數(shù)增加的采樣數(shù)映射為同樣的指數(shù),對(duì)于64QAM數(shù)據(jù),其結(jié)果非常差。進(jìn)行一次簡(jiǎn)單量化,Mu_compand_val=255時(shí),EVM較差。與ITU建議相比,顯然需要很淺的指數(shù)/擴(kuò)展比。

CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
 
當(dāng)Mu_compand_val大約是5時(shí),出現(xiàn)了OFDMA信號(hào)最優(yōu)點(diǎn)。雖然Mu_compand_val等于255時(shí),是高效的實(shí)現(xiàn)點(diǎn),但是EVM不適合OFDMA波形,需要較小的數(shù)值。

CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
 
圖5中,模擬Mu率壓縮,Mu_compand_val=8。Mu率函數(shù)將數(shù)據(jù)擴(kuò)展,數(shù)據(jù)填充超出了IQ數(shù)值范圍。從16位到8位的Mu率壓縮得到了0.55%的EVM。
[page]
3GPP測(cè)量


實(shí)現(xiàn)之后,使用3GPP測(cè)試模型和業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備,進(jìn)行實(shí)際的3GPP測(cè)量。圖6顯示了E-UTRA解調(diào)后的波形。在這一特殊的結(jié)果中,使用實(shí)際硬件,Mu_compand_val被設(shè)置為8,得到了平均EVM為0.791%。

CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
 
IQ映射自動(dòng)生成工具

CPRI標(biāo)準(zhǔn)提供了幀結(jié)構(gòu)和通用方法,映射CPRI幀中的IQ數(shù)據(jù),但是并沒(méi)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)了各種不同的方法。由于可以使用不同的位寬度,因此,CPRI壓縮增大了難度。IQ映射器的實(shí)現(xiàn)比較獨(dú)特,每家供應(yīng)商都為這一模塊開(kāi)發(fā)了定制RTL。Altera開(kāi)發(fā)的工具極大的簡(jiǎn)化了這一過(guò)程。該工具基于Excel,其中,可以選擇曲線(xiàn)斜率,然后,針對(duì)每一IQ采樣,在單元中填入AxC載波。使用填充位,使幀填滿(mǎn)。CPRI幀完全填滿(mǎn)后,VB宏會(huì)為某一映射結(jié)構(gòu)自動(dòng)生成RTL代碼。如果需要多次使用,工具可以用于自動(dòng)生成幾個(gè)IQ映射器實(shí)例。具有3路AXC載波的IQ映射器,每個(gè)有16位I和Q,相似的例子具有8位I和Q,分別如圖7和圖8所示。工具生成RTL后,代碼被附到Altera CPRI megacore IP中,生成完整的CPRI設(shè)計(jì)。

CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
CPRI基帶數(shù)據(jù)的低損耗壓縮
 
從16位到8位的Mu率壓縮,使用了分段近似,結(jié)果是保真度損失非常小,只有0.79%。考慮到8%的3GPP規(guī)范,這是相對(duì)較小的劣化。延時(shí)和實(shí)現(xiàn)面積微不足道。

相關(guān)閱讀:

高精度、交直流電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)攻略
單片機(jī)達(dá)人解密:指令數(shù)據(jù)寫(xiě)哪了?
智能家電的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計(jì)

要采購(gòu)射頻么,點(diǎn)這里了解一下價(jià)格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
熱門(mén)搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉