C-RAN組網(wǎng)時(shí)的CPRI時(shí)延抖動(dòng)測試方法及分析

　　4G移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入商用階段，運營(yíng)商需要在有限的頻譜資源下提供更高的容量和數據傳輸速率。LTE中高帶寬及高階調制技術(shù)的引入，使得對于信噪比要求更高，因此單個(gè)LTE基站的覆蓋范圍會(huì )比采用3G技術(shù)時(shí)要小。密集組網(wǎng)和基站間協(xié)作的要求帶來(lái)了基站站點(diǎn)數量擴容的巨大需求，相應地帶來(lái)了選址、功耗、海量光纖資源的巨大挑戰。因此，合適的組網(wǎng)和傳輸方案是推進(jìn)4G應用普及的關(guān)鍵技術(shù)。

　　為此，各大運營(yíng)商都在進(jìn)行新的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)組網(wǎng)方式的研究。比如中國移動(dòng)的C-RAN是基于集中化處理(Centralized Processing)、協(xié)作式無(wú)線(xiàn)電(Collaborative Radio)、實(shí)時(shí)云計算構架(Real-time Cloud Infrastructure)的綠色無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)構架(Clean system)。其本質(zhì)是通過(guò)將基帶單元BBU集中放置以減小站址數量，并把室外的遠端射頻單元RRU通過(guò)合適的傳輸方案拉遠到需要覆蓋的區域。這種組網(wǎng)方式大大減少了機房的數量，從而減少了建設、運維費用，同時(shí)可以采用協(xié)作化、虛擬化技術(shù)，實(shí)現資源共享和動(dòng)態(tài)調度，提高頻譜效率，以達到低成本，高帶寬和靈活度的運營(yíng)。圖1是C-RAN的組網(wǎng)方式(參考資料：www.c-ran.com)

　　圖1 C-RAN無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)組網(wǎng)方式

　　但是這種組網(wǎng)方式也帶來(lái)了新的挑戰，其中一個(gè)要考慮的就是BBU和RRU間的CPRI信號經(jīng)過(guò)傳輸后的時(shí)延抖動(dòng)是否還滿(mǎn)足CPRI規范的要求。

　　二、CPRI接口時(shí)延抖動(dòng)的測試方法研究

　　CPRI接口傳統上只是用于BBU和RRU之間的直接光纖互聯(lián)，傳輸距離在幾百米左右，而采用C-RAN的組網(wǎng)方式后傳輸距離會(huì )加長(cháng)到幾十公里。為了節省光纖資源，必須通過(guò)合適的傳輸方式把多條CPRI鏈路數據復用到一根光纖上傳輸，目前采用的主流技術(shù)有彩光直驅和OTN承載兩種方式。彩光直驅的方式是把多路CPRI信號通過(guò)光合分波器通過(guò)WDM方式復用在一起，具有成本低、抖動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn);而OTN承載，即CPRI over OTN方式，是把CPRI數據按照ITU-T G.709要求映射到傳輸網(wǎng)上傳輸，所以可靠性高、組網(wǎng)靈活。

　　無(wú)論采用哪種承載方式，都需要對CPRI信號經(jīng)過(guò)傳輸后的定時(shí)信息的時(shí)延和抖動(dòng)情況進(jìn)行測試，以確保不會(huì )影響CPRI協(xié)議本身對于時(shí)延抖動(dòng)的嚴格要求。目前TD-LTE技術(shù)可以允許約200us的時(shí)延，因此整個(gè)傳輸鏈路(包括光纖和傳輸設備)的時(shí)延不應超過(guò)這個(gè)范圍。關(guān)于抖動(dòng)的要求可以參考CPRI的規范，從圖2可見(jiàn)，CPRI要求鏈路時(shí)延抖動(dòng)不能超過(guò)8.138ns,要求非常嚴格。(參考資料：CPRI Specification V6.0)。

　　圖2 CPRI規范對于鏈路時(shí)延精度的要求

　　隨著(zhù)LTE技術(shù)的采用，基帶單元BBU和射頻拉遠單元RRU間的CPRI數據傳輸速率急速攀升，目前已經(jīng)逐漸從2.4576Gbps過(guò)渡到6.144Gbps甚至9.8304Gbps.目前市面上的傳輸測試儀表或者支持不了9.8304Gbps的傳輸速率，或者無(wú)法進(jìn)行ns量級的精確時(shí)延抖動(dòng)測量，因此需要尋找一種新的測試方法，以對采用不同C-RAN組網(wǎng)傳輸方式時(shí)的時(shí)延抖動(dòng)進(jìn)行精確測試。

　　要進(jìn)行兩路信號間的時(shí)延和抖動(dòng)的測量需要在信號中找到相應的同步標志。經(jīng)過(guò)對CPRI協(xié)議的研究，發(fā)現在CPRI的幀結構中，每66.67us會(huì )有一個(gè)超幀，如圖3所示。(參考資料：CPRI Specification V6.0)。而CPRI的物理層采用ANSI的8b/10b編碼方式，每個(gè)超幀的幀頭會(huì )有一個(gè)唯一的K28.5碼型標識發(fā)送，因此可以用這個(gè)K28.5碼型標識做為測試的依據。

　　圖3 CPRI的幀結構

　　三、測試組網(wǎng)

　　CPRI傳輸時(shí)延抖動(dòng)的測試組網(wǎng)如圖4所示，測試系統采用是德公司(原安捷倫公司電子測量?jì)x器部)的高帶寬示波器和光電轉換器搭建。

　　正常業(yè)務(wù)從BBU下發(fā)的CPRI信號經(jīng)過(guò)傳輸設備和光纖到達RRU側，從傳輸設備的入口和出口側通過(guò)分光器各引出一路光纖信號接入測試系統。圖4中所示是進(jìn)行下行鏈路時(shí)延抖動(dòng)測試的組網(wǎng)，也可以反過(guò)來(lái)進(jìn)行上行上行鏈路的測試。

　　從被測系統引出的兩路光纖信號經(jīng)N1075A-S32或者81495A光電轉換器把兩路光信號轉成電信號，然后用高帶寬的DSA90000X實(shí)時(shí)示波器進(jìn)行測量。

　　圖4 CPRI傳輸時(shí)延抖動(dòng)的測試組網(wǎng)

　　光電轉換器有兩種型號可供選擇。81495A是數據速率到10Gbps的低噪聲光電轉換器模塊，需要插在8163B的機箱里才可工作，其內置10Gbps光信號的標準參考濾波器、光功率計及高帶寬放大器。81495A的光電轉換增益高達400V/W,因此輸入光信號強度可以低至-10dbm.為了節省體積和成本，一個(gè)8163B的機箱里可以同時(shí)插入2個(gè)81495A的模塊。而N1075A-S32是另一種光電轉換器，其數據速率最高到32Gbps且內置分光器，但是由于光電轉換增益僅為110 V/W,為了保證最后輸出的電信號進(jìn)入示波器后仍然有較好的信噪比，所以需要被測光信號的光強不能太小(建議>-5dbm)。

　　DSA90000X系列是非常高性能的高帶寬實(shí)時(shí)示波器，最高帶寬可達33GHz,最大采樣率80G/s,固有抖動(dòng)小于150fs,同時(shí)可以捕獲4條CPRI接口的信號并進(jìn)行物理層解碼。發(fā)送端的信號經(jīng)光電轉換器后連接示波器通道1,接收端的信號經(jīng)光電轉換器后連接示波器通道3.測試中用實(shí)時(shí)示波器捕獲發(fā)端和收端的信號并進(jìn)行時(shí)延和抖動(dòng)的測量;

　　下圖是使用DSA90000X實(shí)時(shí)示波器配合N1075A光電轉換器做CPRI時(shí)延抖動(dòng)測試的實(shí)際測試環(huán)境。

　　圖5 實(shí)際的CPRI傳輸時(shí)延抖動(dòng)測試環(huán)境

　　四、時(shí)延測試步驟

　　時(shí)延測試的方法是測試BBU發(fā)出信號的超幀幀頭的時(shí)刻到RRU收到的信號的超幀幀頭的時(shí)間差。

　　1)設置示波器對輸入信號波形進(jìn)進(jìn)行采集，采集時(shí)間至少為200us.如圖6中黃色通道CH1波形為BBU發(fā)出的CPRI信號波形，藍色通道CH3波形為RRU收到的CPRI信號波形。

　　2)設置示波器對通道CH1和通道CH3的波形進(jìn)行解碼，并分別搜索CPRI超幀頭的同步字符。

　　3)記錄通道CH1第一個(gè)同步字符K28.5發(fā)生的時(shí)刻，如圖6中的值為： -59.90911203us。

　　4)記錄通道CH3中后續的同步字符K28.5發(fā)生的時(shí)刻，如圖7中的值為：-41.52044482us。

　　5)把兩個(gè)測量結果相減即為光纖加上傳輸設備造成的時(shí)延。即傳輸系統時(shí)延=-41.52044482us -(-59.90911203us)= 18.38866721us。

　　此時(shí)測量出的時(shí)延為光纖時(shí)延加上傳輸設備造成的時(shí)延，可以減去光纖長(cháng)度造成的時(shí)延得到傳輸設備時(shí)延。如果測試環(huán)境允許也可以直接采用0km光纖進(jìn)行測試，以得到傳輸設備本身的時(shí)延數據。

　　注意：由于CPRI協(xié)議中每66.67us會(huì )有一個(gè)超幀的幀頭發(fā)送，因此同步字符會(huì )以66.67us為周期出現，當使用長(cháng)光纖時(shí)需要注意合適的同步字符位置的選取。比如使用15km光纖時(shí)，光纖造成的時(shí)延約為75us,已經(jīng)超過(guò)了超幀幀頭的出現周期，所以在第4步中應選擇相對于第3步的時(shí)間結果75us之后的第一個(gè)同步字符出現的時(shí)刻作為有效數據。