数字直放站中CPRI协议的FPGA实现

0 引 言 
    随着移动通信的发展。通信网络覆盖范围已经成为衡量通信网络运行的重要标准，直接影响着运营商的经济效益。而直放站的发展应用，已成为提高运营商网络质量，解决网络盲区或弱区问题，增强网络覆盖的主要手段之一。一个基站可以与几个直放站相连，可以组成链状、星型、树型等灵活的拓扑结构，使基站的覆盖范围大大增加。同时，既节省空间，又降低成本，提高了组网的效率。
    但由于传统模拟直放站设备间没有统一的协议规范，无法满足系统厂商与直放站厂商的兼容，无法实现基站和直放站之间更有效的互通，从而限制了两者之间控制和数据的可靠传输。2003年6年，由包括爱立信、华为、NEC、北电网络及西门子5大集团合力制定了CPRI(Common PublIC Radio Interface)接口。该组织成立的主要目的是制定这个接口的标准协议，从而使该接口成为一个公共的可用的指标。开放的CPRI接口为3G基站产品和2G数字直放站在增加效益，提高灵活性方面提供了便利。

1 CPRI协议概述
    CPRI规范定义了物理层和链路层两层协议，能实现数字基带IQ信号传输时分复用，其协议结构图如图1所示。物理层用千兆以太网的标准，传输的数据采用8 B／10 B编解码，通过光模块串行发送，为达到所要求的灵活度和成本效益，线路比特速率有614．4 Mb／s，1228.8 Mb／s和2 457．6 Mb／s三种。链路层定义了一个同步的帧结构。帧结构包括基本帧和超帧，每个基本帧的帧频为3．84 MHz，包括16个时隙，根据线路比特率的不同，每个时隙的大小分别为1 B。2 B，4 B。其中第一个时隙为控制时隙，其余15个时隙为I／O数据时隙，用来传送I／O数据流。超帧则由256个基本帧构成，256个基本帧的控制时隙共同构成超帧的控制结构(如图2所示)，同时，定义了快速C／M通道(以太网)和慢速C／M通道(HDLC)，用于传送控制类和管理类的数据，可以对直放站进行维护。

2 硬件实现方案
2．1 方案对比
    对于CPRI硬件实现方案，有以下几种方案可以选择：
    (1)PMC方案。采用PMC7830或PMC7832芯片，这一类芯片把CPRI协议全部集成在芯片内部，只留出接口，使用简单方便，可完全支持用于无线基站连接的公共射频接口(CPRI)规范。
    (2)用带ROCKET IO的FPGA实现CPRI协议，此方法灵活性高，但开发时间周期会比较长，影响产品开发。
    (3)FPGA与SCAN25100相结合。由FPGA实现CPRI的成解帧及相关接口设计，SCAN25100负责完成8 B／10 B编解码和高速串并转换。链路层的帧协议修改方便，而物理层则由芯片完成，使用简单，性能稳定。开发成本较低，且扩展性好。
    (4)FPGA与TLK4015相结合。TLK4015是4通道、0．6～1．5 Gb／s通道收发器，当系统需要多的通道数时，使用该方案可以减少电路板尺寸。
2．2 硬件详细设计
    该设计采用第3种的硬件实现方案，整个硬件实现由5个部分组成，如图3所示，分别为CPRI链路层协议实现模块，CPRI物理层协议实现模块、光传输模块、时钟管理模块和系统配置与监控模块。

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