一种利用CPRI保留带宽传输额外业务的方法

孙 捷

(成都信息工程大学通信工程学院，四川成都610225)

0 引言

移动通信中扩容的GSM基站和新建的3G/LTE基站大量使用分布式基站架构，将基站分成室内基带处理单元(Building Base band Unit，BBU)和射频拉远头(Remote Radio Head，RRH)两部分［1］。BBU 设置于机房中，RRH和天线安装在一起。BBU和RRH之间用光纤连接，最大距离可以达40 km［2］。一个BBU可以连接多个RRH，这种BBU+RRU多通道方案无需为每个基站配备机房，可以有效节省空间，降低设置成本，提高组网效率［3］。

通常GSM采用E1接口，3G RRH采用FE接口，LTE RRH采用通用公共无线接口(CPRI)［4-5］。在3G和LTE新建和扩容中经常存在同一地点同时有2G，3G和 LTE RRH的情况［6］。这种情况下一般每个RRH使用一根预埋的光纤，如图1所示，或通过WDM方式每个RRH业务占用一个波长。前者大量占用宝贵的光纤资源，特别GSM等回程业务带宽要求不高的情况也要占用专门的光纤，后者又费用高昂［7］。为在有效成本下最大程度地减少对光纤的占用，文中提出一种利用LTE RRH的CPRI帧控制字中的保留字节传输2G和3G RRH业务的方法。如图2所示，利用CPRI保留带宽后，同一地点多个RRH到BBU共享一根光纤，不用每个RRH占用一根光纤。

图1 传统情况下RRH与BBU连接

图2 使用CPRI保留带宽

1 CPRI帧中控制字保留字节的带宽计算

UMTS无线帧周期是10 ms，一个UMTS帧又分成150个超高帧(hyperframe)，每个超高帧又进一步分成256个基帧(base frame)，基帧又是由一个个字(word)组成。对CPRI的不同选择(option)，帧结构都是相同的，只是在不同的option值时字的长度不同:对opton1，字长是8bit(1字节)，即一个word是8bit;对opton2，字长是16bit(2字节);opton3字长是32bit(4字节);opton7 字长是 128bit(16 字节)［8］。

基帧的第一个字是控制字，控制字长度和基帧中其它字的长度一致。一个超高帧有256个基帧，因此有256个控制字。这256个控制字又分成64个子信道(subchannel)，每个子信道有4 个控制字［12］，256 个控制字间插到每个子信道中，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…以此类推，最后一个子信道63占用控制字63、127、191、255。子信道0～2用于传送控制信息，子信道3～15共52个控制字是保留的［13］，文中提出的方法就是利用这13个保留的子信道来传输GSM和3G RRH信号。

对CPRI option1，每个字长为一个字节，即每个超高帧的保留控制字有52字节，而UMTS帧长10 ms，一个UMTS帧又有150个超高帧，因此可得出超高帧的帧频为100×150=15000帧/秒。因此对option1，保留控制字带宽为15000×52×8=6.24 Mbit/s。类似方法可以算出每个option下CPRI保留控制字带宽，见表1。

表1 不同option下CPRI保留控制字带宽

2 用CPRI保留控制字传输E1信号

GSM移动回传通常采用线速率为2.048 Mbit/s的E1接口。有几种方法可以把E1信号映射到CPRI保留控制字中，比如把E1做PWE3电路仿真再用MPLS隧道来传送(E1 over PWE3 over MPLS Tunnel)，采用异步AMP映射把E1信号映射到CPRI保留带宽中。

AMP(Asynchronous Mapping Process)是一种异步映射过程，其特点是映射时钟独立于CPRI时钟［14］。E1映射到CPRI的帧结构如图3所示。每帧有20个字节，前3个字节是控制信息，后面17个字节用来装载E1净荷。

为克服映射时的频率容差，每帧有一个正调整机会比特PJO和一个负调整机会比特NJO，可以传输数据比特或作为指针调整时插入空比特。位于1、2、3行的JC1和JC0是调整控制比特，用于发送时控制NJO和PJO及接收时解释NJO和PJO，其值见表2。一帧中有3个JC1比特和3个JC0比特，接收时采用大数判决原则以克服可能发生在JC比特上的误码，比如收到一帧中2个JC1比特为1，1个JC1比特为0，按大数判决，JC1比特就当成1。P0～P4是5比特指针，用于指示这20字节帧中净荷的位置。NJ0、PJ0及P0～P4类似于SDH映射中指针和调整字节的作用。X是保留比特，以后可用作E1信号告警指示等用途［9］。

图3 E1 AMP映射帧结构

在超高帧中，每个E1信号对应一个AMP映射帧，AMP映射帧自身的速率为 20×8×150×100=2.4 Mbit/s。一个AMP映射帧可以传送的E1净荷的比特数是17×8+1(PJO)=137 bits，AMP映射帧传输E1净荷的速率是137×150×100=2.055 Mbit/s，所以相对于E1信号的比特率2.048 Mbit/s快了3417 ppm，这个频率差异就主要靠PJO进行调整［10］。有关NJO和PJO的产生和解释见表2。

表2 JC、NJO、PJO的产生和解释

对CPRI的不同选择option，CPRI保留控制字带宽是不同的。CPRIoption1的保留带宽为6.24 Mbit/s，而AMP映射帧的速率为2.4 Mbit/s，因此CPRI option1的保留带宽可以传送2组AMP映射帧，即传送2路E1信号。利用CPRI option1的保留控制字字节传输2路E1信号的帧结构如图4所示。超高帧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的第一个字节用于指示CPRI保留带宽传送的E1路数，如对CPRI option1，其最大值是2，即最多可以传送2路E1信号。接下来的子信道4～8，共20个保留控制字节用来传输第一路E1的AMP映射帧;子信道9～13，用来传输第二路E1的AMP映射帧;剩余的子信道14和15保留未用。

对其他的CPRI option采用类似的方法，每个option下CPRI保留带宽可以支持的E1路数经过计算后如表3所示。其计算方法就是表1中不同option下CPRI保留控制字带宽除以AMP映射帧自身的速率2.4 Mbit/s，取整得到。如对 CPRI option7，CPRI保留带宽最多可传送38路E1，子信道3的第一个字节最大可以到38。

图4 CPRI option1保留控制字映射2路E1信号

表3 不同CPRI option支持的最大E1路数

3 用CPRI保留控制字传输FE/GE信号

FE和GE接口主要用于3G基站或一些新型2G基站［11］。由于 CPRI保留带宽最小仅有6.24 Mbit/s(option1)，最大也只有98.84 Mbit/s(option7)，相对于FE和GE带宽来说偏小，因此为最大效率地传输FE/GE信号，把所有CPRI保留控制字组合成一个信道，即子信道3～15组合成一个粗管道用来传输FE和GE信号，如图5所示。

因为CPRI保留带宽不是标准的以太网接口速率，因此在把FE/GE信号映射到CPRI保留带宽或从CPRI保留带宽中取出FE/GE信号时需要有流控机制［15］。

此外，如果需要把多个FE信号映射到一个CPRI的保留带宽里，需要先把多个FE信号汇聚成一个FE信号，再把汇聚后的FE信号映射到CPRI保留带宽里。

图5 FE/GE信号映射到CPRI保留带宽

4 结束语

LTE部署过程中大量存在的在同一地点同时有GSM，3G和LTE RRH的情况，为节省对预埋光纤的占用，提出一种利用LTE RRH的CPRI帧控制字中的保留字节来传输2G和3G RRH业务的方法。针对不同的option，CPRI保留带宽最小有6.24 Mbit/s，最大有98.84 Mbit/s，可以传输2路到38路E1信号;对FE/GE信号的传送，为提高效率，可以把所有CPRI保留控制字组合成一个信道来传送FE/GE。

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