摘要:開放基站架構(gòu)協(xié)議(OBSAI)特有的幀結(jié)構(gòu)可以很方便地傳輸不同無線標準的數(shù)據(jù)，以它為基礎(chǔ)搭建多模基站的基帶射頻接口可以有效地隔離不同無線標準對數(shù)據(jù)傳輸鏈路的影響，真正實現(xiàn)在一個硬件平臺上同時支持各種無線標準。使用OBSAI協(xié)議搭建多模基站的基帶射頻接口，只需更換基帶單元和射頻單元即可支持新的無線標準，只要光接口速率沒有改變，其他單元的軟件、硬件和邏輯都無需改動。

關(guān)鍵詞: 開放基站架構(gòu)協(xié)議;通用公共無線電接口;多?；?基帶射頻接口

Abstract: The unique frame structure of OBSAI can facilitate the transport of different wireless-standard base-band data. The common interface between the base-band unit and radio unit (which is based on the base-band) can eliminate the impact of these standards on data transport link. This common interface allows one hardware platform to easily support every kind of wireless standard. When building the interface between the base-band unit and radio unit of a multi-mode base-station using OBSAI， the base-band unit and radio unit must be changed to support the new wireless standard. It is unnecessary to change the other software， hardware， or logic within the units if the optical interface rate stays the same.

Key words: OBSAI; CPRI ; multi-mode base-station; interface between BB and RF

3G標準原先就有寬帶碼分多址(WCDMA)、CDMA2000、時分同步碼分多址(TD-SCDMA)3種，2007年WiMAX又躋身其中，使得3G標準就有4個，加上2G的GSM/CDMA、準4G的長期演進(LTE)標準等，目前在用和將要使用的無線標準有7個之多，同時支持這么多種標準，對許多設(shè)備商來說都是個負擔(dān)，隨著設(shè)備種類的增加，開發(fā)和維護都是問題，如果能將這些標準都融合在一個硬件平臺上，那么無疑將大大減輕設(shè)備商的研發(fā)成本和設(shè)備成本。在這種背景下，多模基站應(yīng)運而生。

顧名思義，多模基站就是同時支持多種無線標準的基站。由于多?；炯瓤山档陀布杀荆直阌谶\營商快速推出新業(yè)務(wù)，所以各個廠家都在集中精力研究多?；荆员阍谖磥砀偁幹姓紦?jù)先機。

開發(fā)多?；镜囊粋€“瓶頸”就在于基帶-射頻接口，這個接口其實就是基帶單元和射頻單元的一個數(shù)據(jù)傳輸鏈路，當(dāng)然還有信令、定時信號等輔助信息。由于各種標準的數(shù)據(jù)格式、速率都不一樣，因此如何將它們?nèi)诤显谝黄饌鬏斒莻€難題。

目前世界上使用最多的兩種基帶射頻接口協(xié)議是通用公共無線電接口(CPRI)和開放基站架構(gòu)協(xié)議(OBSAI)接口，通過研究這兩個協(xié)議，發(fā)現(xiàn)OBSAI協(xié)議特有的幀結(jié)構(gòu)和分層設(shè)計的理念非常適合同時傳輸多個無線標準的基帶數(shù)據(jù)[1]。CPRI雖然也能同時傳輸多個標準的基帶數(shù)據(jù)，但是由于它的單個數(shù)據(jù)幀很大，需要拆分成很多個小塊傳輸，而且不同無線標準的基帶數(shù)據(jù)速率不同，塊的大小也不同，實現(xiàn)起來相對麻煩，所以需要使用OBSAI協(xié)議來搭建多?；镜幕鶐漕l接口。

1 協(xié)議簡介

OBSAI是由諾基亞、中興通訊、三星等知名公司發(fā)起的一個標準化組織，它致力于在基帶單元和射頻單元之間搭建一個公共接口，不同廠家的設(shè)備可以通過這個接口互聯(lián)。

OBSAI協(xié)議的最小單位是消息(Message)，它包含目的地址、數(shù)據(jù)類型、時間戳和凈荷4個部分，共19個字節(jié)。消息每個部分的長度及含義如表1所示。

OBSAI協(xié)議將基帶射頻接口分為4層，從上至下分別是應(yīng)用層、傳輸層、鏈路層和物理層。發(fā)送方向應(yīng)用層負責(zé)將基帶數(shù)據(jù)、信令數(shù)據(jù)插入Message;傳輸層負責(zé)將各個Message碼流交叉、求和、復(fù)用，最后合成一路碼流;鏈路層負責(zé)在這個碼流上插入規(guī)律的特殊碼，用來標記鏈路的好壞;物理層則負責(zé)8b/10b編解碼、串并轉(zhuǎn)換和串行傳輸?shù)?。接收方向是發(fā)送的逆過程，每一層把自己提取的數(shù)據(jù)傳給上一層，最后提取出基帶數(shù)據(jù)和信令數(shù)據(jù)。接收時沒有求和處理，而發(fā)送時可能有，CDMA/WCDMA有求和，而WiMAX則沒有。整個協(xié)議的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基帶單元和射頻單元都包含完整的4層，因為它們要把基帶數(shù)據(jù)提取出來，而中間的傳輸單元則不需要提取數(shù)據(jù)，只有底下3層就足夠了。

OBSAI規(guī)定了3種光纖速率，分別是768 Mbit/s、1 536 Mbit/s、3 072 Mbit/s，通常以1x、2x、4x來表示，兩個1x碼流可以通過Message交叉復(fù)用的方式變成一個2x碼流，2個2x碼流也可以同樣的方式變成一個4x碼流，由于1x碼流速率低，處理方便，所以對于2x、4x的碼流通常先解復(fù)用成幾個1x碼流，處理后再把相應(yīng)的碼流復(fù)用成2x、4x碼流。

光模塊有幾個固定的速率等級，如1.25 Gbit/s、2.5 Gbit/s、3.125 Gbit/s等，所以O(shè)BSAI的3個速率只能從這幾款中挑選。由于不是恰好匹配，存在一定的帶寬浪費，造成OBSAI傳輸效率較低。而CPRI的幾個速率等級恰好跟光模塊的速率匹配，所以傳輸效率高。實際開發(fā)時，通過調(diào)整參數(shù)也可以使OBSAI工作在CPRI的速率等級上，從而提高傳輸效率。開發(fā)時內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不發(fā)生變化。

2 基本原理

目前業(yè)界基帶處理單元-射頻拉遠模塊(BBU-RRU)分離基站的基帶-射頻連接形式有兩種，一種是基帶單元自己通過光口連接射頻單元，另一種是多個基帶單元將自己的數(shù)據(jù)送給交叉單元匯總后再通過光口連接射頻單元。如果需要一根光纖上傳輸多種標準的數(shù)據(jù)，只能使用后者，因為只有這樣才能把各種基帶數(shù)據(jù)混在一起。兩種連接形式如圖2所示。圖中光纖也可以是高速電纜。

從資源共享、布線方便等角度考慮，多模基站很可能會采用后一種連接形式，所以本文就以這種連接形式為例講解基于OBSAI協(xié)議的基帶射頻接口原理。

一個基帶單元支持幾個扇區(qū)，每個扇區(qū)的數(shù)據(jù)速率、格式都相同，但是不同無線標準的基帶數(shù)據(jù)的速率、格式不盡相同，如果要讓它們使用相同的傳輸鏈路，不可能按照它們原有的格式傳輸，必須把它們封裝在相同的容器里才有可能共用一個傳輸路徑。OBSAI里的Message就可以作為這樣的容器，存放不同標準的基帶數(shù)據(jù)。各個Message作為一個獨立的個體，可以任意交叉轉(zhuǎn)發(fā)，真正脫離無線標準。

對于CDMA/WCDMA來說，基帶數(shù)據(jù)還需要求和處理，就是把幾個基帶單元送給同一個扇區(qū)的數(shù)據(jù)進行相加求和后送給射頻單元，這樣的好處是增加了這個扇區(qū)的基帶處理資源，實現(xiàn)資源的共享和動態(tài)分配。以前的處理方式是直接對原始的基帶數(shù)據(jù)進行求和，這在只有一個無線標準時沒有問題，但是當(dāng)幾種標準共存的時候，就存在問題了。把相同標準的數(shù)據(jù)挑出來，兼容不同速率的數(shù)據(jù)，很難實現(xiàn)，但是如果把基帶數(shù)據(jù)都承載在OBSAI的Message里，問題就迎刃而解了。OBSAI協(xié)議里有Message求和功能，即對目的地址、數(shù)據(jù)類型完全相同的Message進行求和，地址、類型不變，只把凈荷數(shù)據(jù)進行求和。由于一個Message里可以承載4個采樣點的數(shù)據(jù)，各個Message的格式相同，如果把具有相同的目的地址、數(shù)據(jù)類型的Message求和，結(jié)果跟直接對原始數(shù)據(jù)求和是一樣的，所以根本不需要把凈荷提取出來再求和，直接對Message求和就可以了，這樣就大大簡化了交叉單元的設(shè)計難度。

再來看射頻單元，如果一根光纖上同時承載多種標準的數(shù)據(jù)，按照老的方式，也是先解出凈荷，再根據(jù)配置轉(zhuǎn)發(fā)。只要想解出凈荷，就不能跟無線標準脫離關(guān)系，而且只要承載的標準變了，相應(yīng)部分功能模塊就要改變，對版本的穩(wěn)定性很不利。而使用OBSAI協(xié)議，就不需要解出凈荷，直接根據(jù)目的地址就知道是否需要轉(zhuǎn)發(fā)該Message，不用關(guān)心里面的凈荷。只有發(fā)給本地的Message才需要解出凈荷(基帶數(shù)據(jù))，送給中頻、射頻處理模塊。后面如果掛其他無線標準的射頻單元，也不會影響本單元，版本的穩(wěn)定性得到了提高。

3 結(jié)構(gòu)框圖

使用OBSAI協(xié)議搭建的多?；究驁D如圖3所示。

圖3中，基帶單元1和基帶單元2支持不同的無線標準，假設(shè)基帶單元1是CDMA，基帶單元2是WCDMA，射頻單元1、射頻單元2與基帶單元1、基帶單元2對應(yīng)。兩個基帶單元分別將自己的基帶數(shù)據(jù)適配進OBSAI碼流里，傳遞給交叉單元。線路的速率跟基帶數(shù)據(jù)的速率相匹配，不要求各線路的速率相等。基帶單元的邏輯框圖如圖4所示(鏈路層以下都被省略)。

圖4中組幀模塊將基帶數(shù)據(jù)和信令數(shù)據(jù)適配進1x速率的OBSAI碼流里，最多有4路1x碼流送到復(fù)用(MUX)模塊，MUX模塊按照Message交叉的順序?qū)?路碼流合并成一個4x的碼流。如果基帶數(shù)據(jù)速率用不了4x碼流，那么只要使用前兩個組幀模塊就可以了。MUX模塊將這兩路1x碼流復(fù)用成一個2x碼流，這樣就可以實現(xiàn)速率的靈活選擇。

各個基帶單元的OBSAI邏輯框圖都是一樣的，唯一不同的是組幀模塊，它跟基帶數(shù)據(jù)的無線標準密切相關(guān)。CDMA和WCDMA還比較類似，各扇區(qū)數(shù)據(jù)同時送來，只是數(shù)據(jù)速率不同，數(shù)據(jù)格式都是一樣的，所以組幀的方式也相同，都是輪流讀每個扇區(qū)4個采樣點的數(shù)據(jù)，并將他們插入一個Message里。WiMAX的基帶數(shù)據(jù)格式明顯不同，它是每個扇區(qū)的數(shù)據(jù)依次送過來，各有一個符號的寬度，所以O(shè)BSAI要先讀完第一個扇區(qū)的數(shù)據(jù)，才能讀第二個扇區(qū)的數(shù)據(jù)，設(shè)計時只要增加一個先入先出(FIFO)隊列就可以實現(xiàn)這種操作。中興通訊的WiMAX設(shè)備就是使用這種方式設(shè)計OBSAI模塊的。

組幀模塊需要注意的一點就是要在每個Message的頭部(Header)里插入這些基帶數(shù)據(jù)的目的地址。目的地址根據(jù)扇區(qū)號就可以算出，以便下游單元的交叉轉(zhuǎn)發(fā)。

標準的OBSAI碼流到達交叉單元。交叉單元是一個公共模塊，各個無線標準的基帶數(shù)據(jù)都在這里交叉、求和，然后轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的光口上。所以必須把它設(shè)計成一個對無線標準無關(guān)的單元才能夠同時支持多種標準。交叉單元的邏輯框圖如圖5所示。

CH0～5表示來自6塊基帶單元的數(shù)據(jù)碼流，這里以4x速率為例。這些碼流首先經(jīng)過解復(fù)用(DE-MUX)模塊拆分成4個1x碼流，然后路由器(ROUTER)模塊根據(jù)Message Header將其路由給不同的光口，每個光口最多接受4個1x碼流，最后經(jīng)過MUX模塊將這些碼流合并成一條數(shù)據(jù)流經(jīng)光纖發(fā)送出去。

交叉單元只用到了OBSAI的底下3層，沒有用到應(yīng)用層，所以對凈荷數(shù)據(jù)的格式不敏感，各種標準的基帶數(shù)據(jù)都可以使用相同的交叉單元進行路由，轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的光口上，這樣各種標準的基帶數(shù)據(jù)就可以混在一個光纖鏈路上傳輸，下游單元通過目的地址決定各個Message是交給本地還是繼續(xù)向下轉(zhuǎn)發(fā)。

射頻單元從光口接收到OBSAI碼流，經(jīng)過解復(fù)用模塊分解成幾個1x碼流，然后再使用路由器模塊控制這幾個碼流的去向。目的地址是本地的就送給本地的應(yīng)用層提取出基帶數(shù)據(jù)，否則就將該碼流向下游轉(zhuǎn)發(fā)。本地發(fā)出的碼流也是幾個1x碼流，它向兩個光口同時發(fā)送，與轉(zhuǎn)發(fā)的碼流一起復(fù)用到一條鏈路上發(fā)送出去。以4x速率的光口為例，模塊框圖如圖6所示。

為了減少邏輯設(shè)計的復(fù)雜度，1x碼流最多拆分成兩個0.5x碼流，所以一個射頻單元最少要占用一條0.5x碼流，一條光纖鏈路最多可以支持8個射頻單元的級聯(lián)。

圖6中只有解幀模塊和組幀模塊與無線標準密切相關(guān)，其他模塊全部都是公用模塊，完全相同，可以大大加快開發(fā)支持新標準設(shè)備的速度。

4 結(jié)束語

使用OBSAI協(xié)議搭建多?；镜幕鶐漕l接口，只需更換基帶單元和射頻單元即可支持新的無線標準，只要光口速率沒有改變，其他單元的軟件、硬件和邏輯都無需改動。即使是基帶單元和射頻單元，它們的底層傳輸模塊也是相同的，可以借用已有模塊，所以研發(fā)人員在研發(fā)過程中就可以把精力集中在無線標準的處理上，不用關(guān)心底層傳輸，既加快了進度，又提高了質(zhì)量。

目前使用OBSAI協(xié)議最大的缺點是傳輸效率較低，因為開銷比較大。這是OBSAI使用率不如CPRI的原因。但是它的分層結(jié)構(gòu)可以有效地隔離各種無線標準，很方便地實現(xiàn)在一個硬件平臺、一根光纖上同時支持多種標準，所以從這個角度考慮，效率低一點不影響OBSAI在多?；旧系膽?yīng)用價值。

5 參考文獻

[1] OBSAI reference point 3 Specification[R]. OBSAI SIG， 2005.

收稿日期:2009-12-15

毛明，四川大學(xué)碩士畢業(yè)，現(xiàn)為中興通訊主任工程師，從事CDMA/WiMAX基站的硬件開發(fā)工作，主攻基帶射頻接口方向。