一種利用CPRI保留帶寬傳輸額外業務的方法

孫 捷

(成都信息工程大學通信工程學院，四川成都610225)

0 引言

移動通信中擴容的GSM基站和新建的3G/LTE基站大量使用分布式基站架構，將基站分成室內基帶處理單元(Building Base band Unit，BBU)和射頻拉遠頭(Remote Radio Head，RRH)兩部分［1］。BBU 設置于機房中，RRH和天線安裝在一起。BBU和RRH之間用光纖連接，最大距離可以達40 km［2］。一個BBU可以連接多個RRH，這種BBU+RRU多通道方案無需為每個基站配備機房，可以有效節省空間，降低設置成本，提高組網效率［3］。

通常GSM采用E1接口，3G RRH采用FE接口，LTE RRH采用通用公共無線接口(CPRI)［4-5］。在3G和LTE新建和擴容中經常存在同一地點同時有2G，3G和 LTE RRH的情況［6］。這種情況下一般每個RRH使用一根預埋的光纖，如圖1所示，或通過WDM方式每個RRH業務占用一個波長。前者大量占用寶貴的光纖資源，特別GSM等回程業務帶寬要求不高的情況也要占用專門的光纖，后者又費用高昂［7］。為在有效成本下最大程度地減少對光纖的占用，文中提出一種利用LTE RRH的CPRI幀控制字中的保留字節傳輸2G和3G RRH業務的方法。如圖2所示，利用CPRI保留帶寬后，同一地點多個RRH到BBU共享一根光纖，不用每個RRH占用一根光纖。

圖1 傳統情況下RRH與BBU連接

圖2 使用CPRI保留帶寬

1 CPRI幀中控制字保留字節的帶寬計算

UMTS無線幀周期是10 ms，一個UMTS幀又分成150個超高幀(hyperframe)，每個超高幀又進一步分成256個基幀(base frame)，基幀又是由一個個字(word)組成。對CPRI的不同選擇(option)，幀結構都是相同的，只是在不同的option值時字的長度不同:對opton1，字長是8bit(1字節)，即一個word是8bit;對opton2，字長是16bit(2字節);opton3字長是32bit(4字節);opton7 字長是 128bit(16 字節)［8］。

基幀的第一個字是控制字，控制字長度和基幀中其它字的長度一致。一個超高幀有256個基幀，因此有256個控制字。這256個控制字又分成64個子信道(subchannel)，每個子信道有4 個控制字［12］，256 個控制字間插到每個子信道中，即子信道0占用控制字0、64、128、192;子信道 1 占用控制字 1、65、129、193…以此類推，最后一個子信道63占用控制字63、127、191、255。子信道0～2用于傳送控制信息，子信道3～15共52個控制字是保留的［13］，文中提出的方法就是利用這13個保留的子信道來傳輸GSM和3G RRH信號。

對CPRI option1，每個字長為一個字節，即每個超高幀的保留控制字有52字節，而UMTS幀長10 ms，一個UMTS幀又有150個超高幀，因此可得出超高幀的幀頻為100×150=15000幀/秒。因此對option1，保留控制字帶寬為15000×52×8=6.24 Mbit/s。類似方法可以算出每個option下CPRI保留控制字帶寬，見表1。

表1 不同option下CPRI保留控制字帶寬

2 用CPRI保留控制字傳輸E1信號

GSM移動回傳通常采用線速率為2.048 Mbit/s的E1接口。有幾種方法可以把E1信號映射到CPRI保留控制字中，比如把E1做PWE3電路仿真再用MPLS隧道來傳送(E1 over PWE3 over MPLS Tunnel)，采用異步AMP映射把E1信號映射到CPRI保留帶寬中。

AMP(Asynchronous Mapping Process)是一種異步映射過程，其特點是映射時鐘獨立于CPRI時鐘［14］。E1映射到CPRI的幀結構如圖3所示。每幀有20個字節，前3個字節是控制信息，后面17個字節用來裝載E1凈荷。

為克服映射時的頻率容差，每幀有一個正調整機會比特PJO和一個負調整機會比特NJO，可以傳輸數據比特或作為指針調整時插入空比特。位于1、2、3行的JC1和JC0是調整控制比特，用于發送時控制NJO和PJO及接收時解釋NJO和PJO，其值見表2。一幀中有3個JC1比特和3個JC0比特，接收時采用大數判決原則以克服可能發生在JC比特上的誤碼，比如收到一幀中2個JC1比特為1，1個JC1比特為0，按大數判決，JC1比特就當成1。P0～P4是5比特指針，用于指示這20字節幀中凈荷的位置。NJ0、PJ0及P0～P4類似于SDH映射中指針和調整字節的作用。X是保留比特，以后可用作E1信號告警指示等用途［9］。

圖3 E1 AMP映射幀結構

在超高幀中，每個E1信號對應一個AMP映射幀，AMP映射幀自身的速率為 20×8×150×100=2.4 Mbit/s。一個AMP映射幀可以傳送的E1凈荷的比特數是17×8+1(PJO)=137 bits，AMP映射幀傳輸E1凈荷的速率是137×150×100=2.055 Mbit/s，所以相對于E1信號的比特率2.048 Mbit/s快了3417 ppm，這個頻率差異就主要靠PJO進行調整［10］。有關NJO和PJO的產生和解釋見表2。

表2 JC、NJO、PJO的產生和解釋

對CPRI的不同選擇option，CPRI保留控制字帶寬是不同的。CPRIoption1的保留帶寬為6.24 Mbit/s，而AMP映射幀的速率為2.4 Mbit/s，因此CPRI option1的保留帶寬可以傳送2組AMP映射幀，即傳送2路E1信號。利用CPRI option1的保留控制字字節傳輸2路E1信號的幀結構如圖4所示。超高幀的保留控制字占用子信道3～15，其中子信道3是E1映射控制信息，子信道3的第一個字節用于指示CPRI保留帶寬傳送的E1路數，如對CPRI option1，其最大值是2，即最多可以傳送2路E1信號。接下來的子信道4～8，共20個保留控制字節用來傳輸第一路E1的AMP映射幀;子信道9～13，用來傳輸第二路E1的AMP映射幀;剩余的子信道14和15保留未用。

對其他的CPRI option采用類似的方法，每個option下CPRI保留帶寬可以支持的E1路數經過計算后如表3所示。其計算方法就是表1中不同option下CPRI保留控制字帶寬除以AMP映射幀自身的速率2.4 Mbit/s，取整得到。如對 CPRI option7，CPRI保留帶寬最多可傳送38路E1，子信道3的第一個字節最大可以到38。

圖4 CPRI option1保留控制字映射2路E1信號

表3 不同CPRI option支持的最大E1路數

3 用CPRI保留控制字傳輸FE/GE信號

FE和GE接口主要用于3G基站或一些新型2G基站［11］。由于 CPRI保留帶寬最小僅有6.24 Mbit/s(option1)，最大也只有98.84 Mbit/s(option7)，相對于FE和GE帶寬來說偏小，因此為最大效率地傳輸FE/GE信號，把所有CPRI保留控制字組合成一個信道，即子信道3～15組合成一個粗管道用來傳輸FE和GE信號，如圖5所示。

因為CPRI保留帶寬不是標準的以太網接口速率，因此在把FE/GE信號映射到CPRI保留帶寬或從CPRI保留帶寬中取出FE/GE信號時需要有流控機制［15］。

此外，如果需要把多個FE信號映射到一個CPRI的保留帶寬里，需要先把多個FE信號匯聚成一個FE信號，再把匯聚后的FE信號映射到CPRI保留帶寬里。

圖5 FE/GE信號映射到CPRI保留帶寬

4 結束語

LTE部署過程中大量存在的在同一地點同時有GSM，3G和LTE RRH的情況，為節省對預埋光纖的占用，提出一種利用LTE RRH的CPRI幀控制字中的保留字節來傳輸2G和3G RRH業務的方法。針對不同的option，CPRI保留帶寬最小有6.24 Mbit/s，最大有98.84 Mbit/s，可以傳輸2路到38路E1信號;對FE/GE信號的傳送，為提高效率，可以把所有CPRI保留控制字組合成一個信道來傳送FE/GE。

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