兩種基帶射頻接口協議介紹及基本工作原理分析

2020-11-22 電子發燒友

兩種基帶射頻接口協議介紹及基本工作原理分析

發表於 2017-12-11 15:09:01

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，同時支持這麼多種標準，對許多設備商來說都是個負擔，隨著設備種類的增加，開發和維護都是問題，如果能將這些標準都融合在一個硬體平臺上，那麼無疑將大大減輕設備商的研發成本和設備成本。在這種背景下，多模基站應運而生。

顧名思義，多模基站就是同時支持多種無線標準的基站。由於多模基站既可降低硬體成本，又便於運營商快速推出新業務，所以各個廠家都在集中精力研究多模基站，以便在未來競爭中佔據先機。

開發多模基站的一個「瓶頸」就在於基帶-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據傳輸鏈路，當然還有信令、定時信號等輔助信息。由於各種標準的數據格式、速率都不一樣，因此如何將它們融合在一起傳輸是個難題。

目前世界上使用最多的兩種基帶射頻接口協議是通用公共無線電接口（CPRI）和開放基站架構協議（OBSAI）接口，通過研究這兩個協議，發現 OBSAI協議特有的幀結構和分層設計的理念非常適合同時傳輸多個無線標準的基帶數據［1］。CPRI雖然也能同時傳輸多個標準的基帶數據，但是由於它的單個數據幀很大，需要拆分成很多個小塊傳輸，而且不同無線標準的基帶數據速率不同，塊的大小也不同，實現起來相對麻煩，所以需要使用OBSAI協議來搭建多模基站的基帶射頻接口。

1 協議簡介

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

OBSAI協議的最小單位是消息（Message），它包含目的地址、數據類型、時間戳和淨荷4個部分，共19個字節。消息每個部分的長度及含義如表1所示。

OBSAI協議將基帶射頻接口分為4層，從上至下分別是應用層、傳輸層、鏈路層和物理層。發送方向應用層負責將基帶數據、信令數據插入 Message；傳輸層負責將各個Message碼流交叉、求和、復用，最後合成一路碼流；鏈路層負責在這個碼流上插入規律的特殊碼，用來標記鏈路的好壞；物理層則負責8b/10b編解碼、串並轉換和串行傳輸等。接收方向是發送的逆過程，每一層把自己提取的數據傳給上一層，最後提取出基帶數據和信令數據。接收時沒有求和處理，而發送時可能有，CDMA/WCDMA有求和，而WiMAX則沒有。整個協議的結構如圖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據提取出來，而中間的傳輸單元則不需要提取數據，只有底下3層就足夠了。

OBSAI規定了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，由於1x碼流速率低，處理方便，所以對於2x、4x的碼流通常先解復用成幾個1x碼流，處理後再把相應的碼流復用成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OBSAI的3個速率只能從這幾款中挑選。由於不是恰好匹配，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。實際開發時，通過調整參數也可以使OBSAI工作在CPRI的速率等級上，從而提高傳輸效率。開發時內部結構並不發生變化。

2 基本原理

目前業界基帶處理單元-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據送給交叉單元匯總後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據，只能使用後者，因為只有這樣才能把各種基帶數據混在一起。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，多模基站很可能會採用後一種連接形式，所以本文就以這種連接形式為例講解基於OBSAI協議的基帶射頻接口原理。

一個基帶單元支持幾個扇區，每個扇區的數據速率、格式都相同，但是不同無線標準的基帶數據的速率、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裡才有可能共用一個傳輸路徑。OBSAI裡的Message就可以作為這樣的容器，存放不同標準的基帶數據。各個Message作為一個獨立的個體，可以任意交叉轉發，真正脫離無線標準。

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