基于CPRI协议的光纤通讯设计与实现

　　0 引言

　　2009年1月国内3G牌照正式发放，随着3G时代的到来，各大通信运营商对3G移动通信网络展开了大规模建设，投入巨大，而基站是3G网络建设中，数量最多及成本最高的设备。移动通信领域日趋激烈的竞争，使得通信运营商比以往更加关注建网成本，而分布式基站具备低成本、高性能、快速运营等特性，能够大大节省运营商的建网与运维成本。因此分布式基站成为当前3G网络建设的最主要选择。

　　分布式基站核心理念，是把传统宏基站基带处理单元(BBU)和射频拉远单元(RRU)分离，二者通过光纤相连。网络部署时，将BBU、核心网、无线网络控制设备集中在机房内，与规划站点上部署的RRU通过光纤连接，完成网络覆盖。

　　为了有效处理分布式基站BBU与RRU间的光纤连接，无线通信行业形成两个联盟，分别制定了两种接口标准：2002年诺基亚、LG、三星等宣布成立OBSAI(开放式基站结构同盟);2003年爱立信、华为、NEC、北电和西门子等联合成立CPRI (通用公共无线接口组织)。本文主要介绍基于CPRI协议的光纤通讯。

　　1 CPRI协议概述

　　CPRI协议定义了两个协议层。两个协议层为物理层(L1)和数据链路层(L2)。在物理层中，将上层接入点的传输数据进行复/分接，并采用8B/10B编解码，通过光模块串行收发数据。数据链路层定义了一个同步的帧结构，包含基本帧和超帧(由256个基本帧组成)，数据在L2层中，通过CPRI固定的帧结构形式进行相应的成帧和解帧处理。

　　基带处理单元(BBU)和射频拉远单元(RRU)之间可以通过一条或多条CPRI数据链路来连接，每条CPRI数据链路支持614.4Mbps、1228.8M-bps和2457.6Mbps三种比特率高速串行传输。当前工业界，通过将四条并行CPRI数据链路进行相应串行化处理，可实现BBU与RRU之间通过光纤以近10Gbps(即4X2457.6 Mbps)速率超高速传输。

　　2 硬件方案

　　采用FPGA来设计实现基于CPRI协议的光纤通讯，可以有多种方案来实现，下面介绍两种方案。

　　方案一：采用集成了RocketIO模块的FPGA。RocketlO收发器是在Xilinx公司Virtex2 Pro以上系列FPGA芯片中，集成的功能可配置千兆位级串行收发器。可通过调用Xilinx公司的COREGenerator生成的IPCore来使用RocketIO收发器。该模块的功能包括8B/10B编解码，串并转换，时钟与数据流的绑定以及时钟恢复等。使用此方案优点是，可以使电路板尺寸较小、结构紧凑，可方便设置参数;缺点是，一般集成了RocketIO的FPGA芯片价格均较高，必然带来开发成本的提高，同时开发周期相对也较长。

　　方案二：FPGA与SCAN25100相结合。SCAN25100是美国国家半导体专门为新一代基站结构推出的串行/解串器，其集成了高精度延迟校准测量(DCM)电路及独立的发送和接收系统锁相环路，还具备先进的高速混合信号和时钟管理以及信号调节等功能。同时芯片具备8B/10B编解码、高速串并转换、锁定检测、CPRI信号和帧丢失检测等功能。可根据这款芯片来构建多天线技术分布式基站光纤互连解决方案。此方案开发成本较低，调试简单方便，性能稳定。