基于CPRI協議的5G通信基帶數據傳輸方法

崔 嫻

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

隨著不斷的技術創新與進步，通信技術自身發展的需要以及用戶需求的不斷增長，新一代通信技術迅速發展起來，智能終端設備的普及也導致數據流量激增。5G通信的發展已經提到日程，這是新一代通信技術的熱點，也是一個研究熱點。除能對低于6 GHz的頻率進行波形分析外，還需對微波、毫米波等進行分析。對于5G技術來說，最大的挑戰就是超高速傳輸速率會極大地增加信號帶寬和基帶信號處理速度，而對超高速數據流的實時處理和分析將使測試變得更加困難。目前，關于通信基帶數據傳輸方法的研究較多，也取得了一定的應用效果，但是還存在一定的不足。

CPRI協議實現基帶信號的數字傳輸，數字接口分為標準 CPRI接口和 OBSAI接口，它的數據結構可直接用于直放站遠程數據傳輸，成為基站遠程通信系統。針對CPRI協議的特點，設計了一種基于 CPRI協議的5 G通信基帶傳輸方案，以解決目前存在的問題。實驗結果表明，此次研究的傳輸方法有效解決了目前存在的問題，滿足基帶數據傳輸需求。

1 基于CPRI協議的通信基帶數據壓縮

1.1 數據壓縮原理

首先提出數據壓縮原理，下位機模組輸出為12位二進制有符號數，該方法的特點是能夠去除不必要的冗余數據，從而實現壓縮。

1.2 壓縮樣點個數選取

在此部分，主要對壓縮樣點個數選取，對于壓縮方案，壓縮樣本量的選擇應遵循如下原則。

（1）每次壓縮樣本量應相對固定，從而簡化壓縮過程。

（2）壓縮的樣本點數目要適度，若樣本點過多，則不能實現精細壓縮，壓縮質量較差，若樣本點數目過少，則降低編碼效率，壓縮率較低。

（3）TD-LTE的功率譜密度在有效頻帶內接近于白噪聲。該 CPRI的基本幀頻率是3.84 MHz，有一個中等周期。鑒于振幅不能瞬時改變，考慮到信號的功率，該方案將1/3.84 μs壓縮為最小周期，因為每幀始終為1/3.84μs。這樣，確定每一次傳送的采樣點數量（6～7個采樣點），不僅不會增加提示接收機當前幀中采樣點數量的開銷，而且還降低了設計復雜度[1]。

1.3 CPRI 協議組幀格式

在 CPRI協議中，數字下變頻模塊輸出兩個24.576毫秒/秒的12位 I/Q數據，其基本幀頻率為3.84 MHz，所以每隔5周要傳送32個樣本。本方案確定了采用“6 pm，6 pm，6 pm，7 pm”的方案，即前3個周期傳送6個采樣點，后2個周期傳送7個采樣點，每5個周期傳送一個采樣點。

通過上述過程對基于CPRI協議的通信基帶數據壓縮處理，為通信基帶數據傳輸提供基礎依據。

2 5G通信基帶數據調制

基于上述過程對通信基帶數據壓縮，在此基礎上對5G通信基帶數據調制，目的是降低5G通信基帶數據傳輸過程中的信噪比[2]。其中，以三維正交調幅技術為主，脈沖調幅是脈沖載波幅值隨基帶信號變化的調制方式，是最簡單的數字調制方式之一[3]。它的原理與 ASK相似，只不過 PAM是數字脈沖載波， ASK是模擬諧波載波。若 PAM所載波為脈沖序列，則采樣定理可視為脈沖幅度調節的工作原理[4]。按照這個原理，M階 PAM調制信號的符號或位誤差率可以表示為：

式中，θ表示接收信號的相位；Po(θ)d表示相位為θ的概率密度函數。

一般情況下，由于Po(θ)d的積分式比較復雜，不能簡化，難以解析計算。為此采用誤差函數進行代替：

式中，M表示誤差函數；N0表示調制符號所占用（包含）的基帶數據比特數；Es表示基帶數據的比特能量。

若基帶數據采用格雷碼，則 PAM調制信號誤碼率可近似表示為：

通過上述計算能夠對5G通信基帶數據調制，以此實現基于CPRI協議的5G通信基帶數據傳輸。

3 實驗對比

為驗證此次研究的基于CPRI協議的5G通信基帶數據傳輸方法的有效性，進行實驗分析，并將傳統的傳輸方法與此次研究的方法對比，以保證實驗的嚴謹性。通過行為模擬（Vivado2017.2軟件中的行為級模擬）進行仿真驗證，在此基礎上，又增加了其他模塊，構成一個簡單的驗證系統。碼率選擇模塊將外部異步碼率選擇信號轉換為與 CPRI核心數據時鐘同步的信號，在第一周期內改變節點 B幀。

以上述環境進行實驗驗證，主要對比兩種方法的數據傳輸時間，與數據傳輸后信源數據處理的準確性。

3.1 數據傳輸時間對比

此次研究的傳輸方法與傳統的數據傳輸方法的數據傳輸時間對比結果如表1所示。

表1 數據傳輸時間

通過表1能夠發現，此次研究的數據傳輸方法傳輸后，所花費的數據傳輸時間明顯減少，通過幾個測試點的對比結果可知，此次研究的傳輸方法的傳輸時間都少于傳統方法。

3.2 數據傳輸后信源數據處理準確度對比

此次研究的基于CPRI協議的5G通信基帶數據傳輸方法與傳統方法處理后對于信源數據處理結果如表2所示。

表2 信源數據處理準確度對比

通過分析表2可知，傳統的數據傳輸方法在傳輸后存在信源數據處理準確度低的情況，在幾個數據的傳輸上，準確度都低于此次研究的方法。傳統方法處理準確度低的原因是在數據傳輸中造成了數據的丟失，降低了傳輸效果，而此次研究的基于CPRI協議的5G通信基帶傳輸方法效果較好的原因是，采用了CPRI協議對數據進行了壓縮處理，并提出了數據調制機制，從根本上提高了數據傳輸效果。

4 結 論

設計了一個基于CPRI協議的5G通信基帶數據傳輸方法，并通過實驗驗證了此次研究的方法的有效性。通過此次研究的方法能夠有效提高數據傳輸的準確性，降低數據傳輸過程中丟失問題，通過提高數據傳輸速度，滿足了設計需求，具備一定的實際應用意義。但是由于研究時間的限制，此次研究的數據傳輸方法還存在一定的不足，在后續的研究中還需要做進一步的處理，以提高數據傳輸效果，為相關領域提供借鑒意義。