一种基于改进的CPRI帧的移固融合实现方案*

2014-12-26王超英蔡鑫周巧玲陈东进

移动通信 2014年23期

关键词：固网传输速率传输

王超英+蔡鑫+周巧玲+陈东进

介绍了一种基于改进的CPRI帧-复合帧，在WDM-PON网络上实现移动业务和固网业务融合接入的方法，首先简单介绍了该移固融合系统的构造，在此基础上对实现该方案的关键技术复合帧的作用、结构及传输特性方面的内容进行了详细介绍。

移固融合 CPRI复合帧 WDM-PON

1 引言

在目前的通信应用中，移动业务和固网业务一般是分开传输的，各自占用着网络资源。移动业务通过专门部署的光纤线路延伸到室内，而固网业务则通过PON网络进入到楼宇和家庭，这无疑增加了网络结构的复杂度和成本。

在目前的光纤通信网络中，PON接入网络凭借无源的优势占据着重要的地位，但现有的EPON和GPON系统，只能传送固网信号，无法传送移动信号。WDM-PON（波分复用无源光网络）利用不同的波长来传输上下行信号，它的上下行对称性决定了其既适合传输固网业务也适合传输移动业务。

CPRI（通用公共无线电接口）是一种采用数字的方式来传输基带信号的接口，其广泛应用于无线基站控制单元REC与基站收发单元RE之间，也应用于直放站的信号拉远传输。在移动业务的延伸方面应用的非常普遍。

随着通信业务的不断发展和网络结构的简化，人们对于这2种业务融合传输的需求越来越明显，但是现有的光接入系统无法满足市场需求，传统的室内移动业务又存在覆盖深度不足的缺陷。因此急需研究一种可以同时传送这2种业务并能满足各自传输要求的解决方案。

这里介绍一种基于改进的CPRI帧-复合帧，在WDM-PON（波分复用无源光网络）网络上实现移固融合的方案，同时传输固网业务和移动业务。

2 移固融合系统简介

基于WDM-PON网络的移固融合系统由移固融合接入OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、ODN（Optical Distribution Network，光分配网）和若干移固融合接入ONU（Optical Network Unit，光网络单元）这3部分组成，具体如图1所示：

如图1所示，移固融合接入OLT通过ODN与若干移固融合接入ONU相连。OLT包括局端功分组帧模块、N个并行的局端WDM-PON光模块和耦合器（这里N为正整数，且8≤N≤64）3个部分。每个ONU包括远端组帧模块和远端WDM-PON光模块。OLT中的耦合器通过ODN将局端WDM-PON光模块与ONU中的远端WDM-PON光模块相连。远端组帧模块将移动业务和固网业务这2种信号封装成一个复合帧进行传输，而局端的功分组帧模块则对这种复合帧进行解帧，分解出所需的移动信号和固网信号，从而实现移固融合。

3 移固融合实现的关键技术——复合帧

由上面的介绍可以看出，这种移固融合系统实现的关键技术就是复合帧。这种复合帧将移动信号和固网信号封装在一起进行传输，那么这种复合帧应该采用一种什么样的结构才能同时满足移动业务和固网业务的传输需求呢？

移固融合有3个问题需要解决：带宽、时延和时钟。带宽和时钟均能解决，不存在问题。相对而言移动业务对传输时延的要求则比较高，因此复合帧的传输就需要满足移动业务对时延的要求。

目前固网业务主要是基于TCP/IP协议进行传输的，而IP网络的传输时延具有较大的不确定性，容易受到网络负荷变化的影响。IP网络时延的不确定性，将为移动数据传输带来一定的不确定性。另外即使WDM-PON网络技术的传输时延较小，但这也只是一个相对的说法，网络中也会存在一些转接交叉复用的设备，这些设备也会引入一些处理时延。而移动信号的远距离传输是通过CPRI接口实现的，采用这种CPRI接口实现无线信号的传输能够满足移动业务对时延的要求。

因此提出这样一种复合帧结构：将固网信号封装到用于传输移动业务的CPRI帧中，也就是一种改进的CPRI帧。采用这样一种帧结构，则可以同时传送这2种业务并且满足各自的传输要求。下面对这种复合帧的作用、结构及传输特性分别进行介绍。

3.1 复合帧的作用

在整个系统中复合帧起着关键性作用，它同时承载着移动业务的信号和固网业务的信号，在光模块的作用下转化为光信号，穿梭在光网络中。

上行链路中，移固融合接入ONU中的远端组帧模块接收到移动业务的上行远端CPRI信号和固网业务的上行远端GE信号，之后将这2种信号封装到一个复合帧里面，也就是改进了的CPRI帧，复合帧被发送到远端WDM-PON光模块进行电光转换，形成波长各不相同的N路上行光信号并发送到ODN。ODN将收到的信号通过一根光纤发送到移固融合接入OLT的耦合器，耦合器再将N路上行光信号发送到N个并行的局端WDM-PON光模块进行光电转换，还原出N路复合帧。最后局端功分组帧模块对接收到的N路复合帧进行解析，得到N路上行局端CPRI信号和N路上行局端GE信号，N路上行局端CPRI信号叠加后输出用于移动业务，N路上行局端GE信号分别输出用于固网业务。

在下行链路中，移固融合接入OLT中的局端功分组帧模块接收到移动业务的下行局端CPRI信号和N份固网业务的下行局端GE信号，之后将下行局端CPRI信号复制N份，分别与每一份下行局端GE信号封装到一个复合帧中。形成的N个复合帧再被发送到N个并行的局端WDM-PON光模块进行光电转换，形成波长不同的N路下行光信号，N路下行光信号通过耦合器传送到ODN。ODN将N路下行光信号分别发送到N个ONU中的远端WDM-PON光模块进行光电转换，还原出N路复合帧。最后每个远端组帧模块对接收到的复合帧进行解析，得到用于移动业务的下行远端CPRI信号和用于固网业务的下行远端GE信号。

3.2 复合帧的结构endprint

在该系统中，复合帧实际是CPRI帧的改进。跟CPRI帧一样，每个复合帧包含16个字，W=0…15，每个字包含K个字节，K为2、4、5、6、8或10，K的取值，即字长依赖于线比特率。这16个字中的第1个字（W=0）为控制字，第2～16个字（W=1…15）为数据字。CPRI帧中的数据都是移动业务数据，而复合帧中同时包含了移动业务和固网业务这2种数据，其中第2～L个字用于承载移动业务数据，第（L+1）～16个字用于承载固网业务数据，L为正整数，且3≤L≤15。

各数据要经过一定的封装形式才能形成该复合帧，其封装过程如下：先分别封装控制字、移动业务数据和固网业务数据，再经过时分复用形成复合帧，最后对复合帧进行8B/10B（8比特到10比特）编码，形成物理传输序列，也就是光传输数据，该8B/10B编码过程遵从IEEE 802.3-2002标准。复合帧的帧结构还具有周期性，一个周期为1/（3.84MHz）。复合帧分层结构图如图2所示：

图2 复合帧分层结构图

3.3 复合帧的传输特性

用于传送移动业务数据的CPRI帧，其传输速率为（J*644）Mbps，J为2、4、5、6、8或10。当J=4时，CPRI帧的传输速率为2.4576Gbps。改进的复合帧的传输速率与CPRI帧的传输速率相同，取K=4时，复合帧经过8B/10B编码后，传输速率为：

3.84*K*16*10=3.84×4×16×10=2.4576Gbps

再来看复合帧的数据容量，当上述L=12时，复合帧能承载的最大移动业务数据容量为：

3.84*K*L*8=3.84×4×12×8=1474.56Mbps

能承载的最大固网业务数据容量为：

3.84*K*（15-L）*8=3.84×4×（15-12）×32=368.64Mbps

图3是线比特率为2.4576Gbps的复合帧结构示意图，复合帧字节的传输顺序与CPRI帧是一样的：先逐个传送复合帧的控制字，再逐个传送复合帧的数据字。每个字节中的比特分配遵从IEEE 802.3-2002标准，即最先传输最高有效位MSB：bit7，最后传输最低有效位LSB：bit0。经过8B/10B编码后形成10bit密码组“abcdeifghj”，从密码组中的“a”比特开始以串行数据流的方式进行传输。

对CPRI帧进行改进形成复合帧，它在移固融合系统中充当着信息载体的关键角色，同时承载着移动业务和固网业务的数据信息，与基于WDM-PON的网络系统共同实现了移动业务与固网业务的综合接入。

4 结束语

该方案将移动接入和固网接入合二为一，既满足移动业务数据的高带宽、定时信息严格的需求，又满足固网业务的传输带宽要求，帮助运营商利用一套WDM-PON系统同时实现固定宽带网络的部署和移动信号的室内深度延伸覆盖，节省了接入网络的主干光纤资源，减少了网络的重复建设。虽然目前WDM-PON网络还没有得到普及，但是在不久的将来随着WDM-PON网络的逐渐发展与普及，本方案将具备极强的实用价值，符合未来移动和固定业务接入网融合的发展趋势。

参考文献：

[1] 烽火通信科技股份有限公司，武汉虹信通信技术有限责任公司. 基于WDM-PON的移固综合接入系统及方法[P]. 中国专利：201310155559.7， 2013-04-28.

[2] CPRI Specification V4.2. Common Public Radio Interface（CPRI）;Interface Specification[S]. 2010.

[3] 程广辉，刘佳. LTE分布式基站BBU和RRU网络化组网研究[A]. 2008年中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C]. 2008.