云无线接入网中cpri协议的fpga实现及性能测试.ppt

上海交通大学电子信息与电气工程学院 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室 015034910015 朱庆明 工作基础 from 李隆胜,云无线接入网中CPRI协议的FPGA实现和性能测试,2019/10/21,1,汇报提纲,1、研究背景及现状 2、系统设计与实现,2019/10/21,2,C-RAN架构 — Why,无线接入网现状： 不断增长的数据流量需求 → 需要建设更多网络基础设施（接入点、基站） → 基站间干扰更加严重 资源利用率低，资本支出及运营支出大,→ 移动通信接入网升级困难,→ 提出C-RAN架构,2019/10/21,3,C-RAN架构 — What,内容：尽可能地将基带处理资源集中在一起，形成一个基带资源池并对处理资源进行统一管理与动态分配，提升资将基带处理资源集中源利用率，降低电能的消耗，更易于实现多点协作传输（CoMP） 目标：实现低成本、高容量、高运营效率的接入网,2019/10/21,4,CPRI — Why,C-RAN架构面临的问题：分离开后的基带单元（BBU）与远端射频前端（RRH）之间信息如何实现高速的传输 RRH至BBU传输方案： 1. Analog RoF 优点：需要带宽小 缺点：易受到光纤色散、互调失真等非线性效应的影响，传输距离短 2. Digital RoF 优点：抗非线性失真能力强，传输距离长 缺点：需要带宽大 选择Digital RoF的原因： 光纤通信系统容量遵从的摩尔定律 数字通信系统容易标准化（OBSAI、CPRI）,2019/10/21,5,Digital RoF 标准发展,1. OBSAI（Open BaseStation Architecture Initiative ） 开放式基站架构联盟 发起者：Hyundai, LG Electronics, Nokia, Samsung and ZTE 2. CPRI （Common Public Radio Interface） 通用公共无线电接口 发起者：爱立信、华为、NEC、北电网络及西门子公司 OBSAI逐渐被淘汰，ZTE转投CPRI,2019/10/21,6,CPRI — What,功能层及帧结构：,2019/10/21,7,CPRI — So what,最新版本6.0，最高速率9.8304Gbps 发起公司：正在致力于协议本身的研究，如优化层次结构提高速率等 芯片厂商：正在致力于CPRI协议的芯片开发： 1. 只实现物理层的芯片有SCAN25100，实现8B/10B编解码、高速串并转换。

用户需与FPGA或CPU配合，完成高层功能 2. 使用专用ASIC芯片实现全部物理层链路层协议，商用芯片有PMC7830、PMC7832等,面向用户提供应用层的接口 3. 完全由FPGA实现物理层高速收发器已经集成到芯片Xilinx公司的Spartan，Virtex系列等都提供了CPRI的知识产权（IP）核Altera的系列也已经有很多款支持CPRI IP核的FPGA芯片灵活性最高,2019/10/21,8,汇报提纲,1、研究背景及现状 2、系统设计与实现,2019/10/21,9,研究目标,在理解和掌握使用FPGA的CPRI IP核的基础上，设计一个完整的Master – Slave收发通信系统，并进行实验，以验证CPRI协议在BBU-RRH传输系统中应用的可行性2019/10/21,10,开发平台及工具,Altera Quartus: FPGA系统的设计 Qsys：SOPC（可编程片上系统） 的硬件配置工具 Eclipse： 设计SOPC的软件 Modelsim：仿真工具,2019/10/21,11,实验系统结构,预期实验结构框图： 实际实验结构框图： 即只做电上B-t-B传输实验，以验证所设计 的CPRI系统的正确性与可行性,备注：FPGA开发板为Altera Stratix IV GT系列,2019/10/21,12,SOPC设计,链路速率6.144Gbps,2019/10/21,13,部分实验结果,示波器测量信号传输波形,2019/10/21,14,实验结论,仿真结果验证了该FPGA系统支持CPRI的数字传输系统的所有功能，表明系统原理的正确性以及设计的可行性 但实际由于FPGA开发板的限制，无法实现实际传输,2019/10/21,15,参考文献,[1]姜大洁,何丽峰,刘宇超,谢芳,杨宁,胡臻平.5G：趋势、挑战和愿景[J].电信网技术.2013-9-9:21. [2]China Mobile Research Institute, C-RAN The Road Towards Green RAN [M], White Paper, Version 2.5 (Oct, 2011):15. [3] Chih-Lin I, Corbett Rowell, Shuangfeng Han, Zhikun Xu, Gang Li, and Zhengang Pan, Toward Green and Soft: A 5G Perspective [J], IEEE Communications Magazine. February 2014:68. [4]Salem Bindhaiq, Abu Sahmah M. Supa'at, Nadiatulhuda Zulkifli, Abu Bakar Mohammad, Redhwan Q. Shaddad, Mohamed A. Elmagzoub, Ahmad Faisal, Recent development on time and wavelength-division multiplexed passive optical network (TWDM-PON) for next-generation passive optical network stage2 (NG-PON2) [J]. Optical Switching and Networking. 2014:64. [5] Yao CHUN-HUI, Cheng XIN.Research of CPRI Protocol Based on High-Speed Fiber Link[C].International Conference on Information Technology and Computer Science.2010. [6] Ericsson AB, Huawei Technologies Co. Ltd, NEC Corporation, Alcatel Lucent, and Nokia Siemens Networks GmbH & Co. KG. Common Public Radio Interface (CPRI) Interface Specification V4.2[M]. 2010-09-29. [7] Altera Inc. CPRI MegaCore Function User Guide[M]. San Jose.2013. [8]张国强. CPRI接口模块的硬件设计与实现[D].北京.2013:4. [9]王艳秋.基于CPRI协议的FPGA高速数据接口模块设计与实现[D].北京.2014. [10] 吴宝合,黄世震. 数字光纤直放站中CPRI协议的FPGA实现[J].电子器件.2011年2月34卷:103. [11] Oliveira R S, Frances C R L, Costa J, et al. Analysis of the cost-effective digital radio over fiber system in the NG-PON2 context[C]//Telecommunications Network Strategy and Planning Symposium (Networks), 2014 16th International. IEEE, 2014: 1-6. [12]郭超, 潘红艳. 基于决策树的 TD-LTE 基站规划方法研究[J]. 移动通信, 2014, 22: 007. [13]Cheng L, Liu C, Zhu M, et al. Optical CoMP transmission in millimeter-wave small cells for mobile fronthaul[C]//Optical Fiber Communication Conference. Optical Society of America, 2014: W2A. 43. [14]Wake D, Nkansah A, Gomes N J. Radio over fiber link design for next generation wireless systems [J]. Lightwave Technology, Journal of, 2010, 28(16): 2456-2464. [15]Beas J, Castanon G, Aldaya I, Aragon-Zavala A. Millimeter Wave Frequency Radio Over Fiber Systems: A survey, IEEE Communications surveys & tutorials, 2013, 15(4): 1593 -1618. [16]Hall T J, Maldonado-Basilio R, Abdul-Majid S, et al. Radio-over-Fibre access for sustainable Digital Cities[J]. annals of telecommunications-annales des telecommunications, 2013, 68(1-2): 3-21. [1]姜大洁,何丽峰,刘宇超,谢芳,杨宁,胡臻平.5G：趋势、挑战和愿景[J].电信网技术.2013-9-9:21.,谢谢！,。