基于CPRI协议的5G通信基带数据传输方法

崔 娴

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

随着不断的技术创新与进步，通信技术自身发展的需要以及用户需求的不断增长，新一代通信技术迅速发展起来，智能终端设备的普及也导致数据流量激增。5G通信的发展已经提到日程，这是新一代通信技术的热点，也是一个研究热点。除能对低于6 GHz的频率进行波形分析外，还需对微波、毫米波等进行分析。对于5G技术来说，最大的挑战就是超高速传输速率会极大地增加信号带宽和基带信号处理速度，而对超高速数据流的实时处理和分析将使测试变得更加困难。目前，关于通信基带数据传输方法的研究较多，也取得了一定的应用效果，但是还存在一定的不足。

CPRI协议实现基带信号的数字传输，数字接口分为标准 CPRI接口和 OBSAI接口，它的数据结构可直接用于直放站远程数据传输，成为基站远程通信系统。针对CPRI协议的特点，设计了一种基于 CPRI协议的5 G通信基带传输方案，以解决目前存在的问题。实验结果表明，此次研究的传输方法有效解决了目前存在的问题，满足基带数据传输需求。

1 基于CPRI协议的通信基带数据压缩

1.1 数据压缩原理

首先提出数据压缩原理，下位机模组输出为12位二进制有符号数，该方法的特点是能够去除不必要的冗余数据，从而实现压缩。

1.2 压缩样点个数选取

在此部分，主要对压缩样点个数选取，对于压缩方案，压缩样本量的选择应遵循如下原则。

（1）每次压缩样本量应相对固定，从而简化压缩过程。

（2）压缩的样本点数目要适度，若样本点过多，则不能实现精细压缩，压缩质量较差，若样本点数目过少，则降低编码效率，压缩率较低。

（3）TD-LTE的功率谱密度在有效频带内接近于白噪声。该 CPRI的基本帧频率是3.84 MHz，有一个中等周期。鉴于振幅不能瞬时改变，考虑到信号的功率，该方案将1/3.84 μs压缩为最小周期，因为每帧始终为1/3.84μs。这样，确定每一次传送的采样点数量（6～7个采样点），不仅不会增加提示接收机当前帧中采样点数量的开销，而且还降低了设计复杂度[1]。

1.3 CPRI 协议组帧格式

在 CPRI协议中，数字下变频模块输出两个24.576毫秒/秒的12位 I/Q数据，其基本帧频率为3.84 MHz，所以每隔5周要传送32个样本。本方案确定了采用“6 pm，6 pm，6 pm，7 pm”的方案，即前3个周期传送6个采样点，后2个周期传送7个采样点，每5个周期传送一个采样点。

通过上述过程对基于CPRI协议的通信基带数据压缩处理，为通信基带数据传输提供基础依据。

2 5G通信基带数据调制

基于上述过程对通信基带数据压缩，在此基础上对5G通信基带数据调制，目的是降低5G通信基带数据传输过程中的信噪比[2]。其中，以三维正交调幅技术为主，脉冲调幅是脉冲载波幅值随基带信号变化的调制方式，是最简单的数字调制方式之一[3]。它的原理与 ASK相似，只不过 PAM是数字脉冲载波， ASK是模拟谐波载波。若 PAM所载波为脉冲序列，则采样定理可视为脉冲幅度调节的工作原理[4]。按照这个原理，M阶 PAM调制信号的符号或位误差率可以表示为：

式中，θ表示接收信号的相位；Po(θ)d表示相位为θ的概率密度函数。

一般情况下，由于Po(θ)d的积分式比较复杂，不能简化，难以解析计算。为此采用误差函数进行代替：

式中，M表示误差函数；N0表示调制符号所占用（包含）的基带数据比特数；Es表示基带数据的比特能量。

若基带数据采用格雷码，则 PAM调制信号误码率可近似表示为：

通过上述计算能够对5G通信基带数据调制，以此实现基于CPRI协议的5G通信基带数据传输。

3 实验对比

为验证此次研究的基于CPRI协议的5G通信基带数据传输方法的有效性，进行实验分析，并将传统的传输方法与此次研究的方法对比，以保证实验的严谨性。通过行为模拟（Vivado2017.2软件中的行为级模拟）进行仿真验证，在此基础上，又增加了其他模块，构成一个简单的验证系统。码率选择模块将外部异步码率选择信号转换为与 CPRI核心数据时钟同步的信号，在第一周期内改变节点 B帧。

以上述环境进行实验验证，主要对比两种方法的数据传输时间，与数据传输后信源数据处理的准确性。

3.1 数据传输时间对比

此次研究的传输方法与传统的数据传输方法的数据传输时间对比结果如表1所示。

表1 数据传输时间

通过表1能够发现，此次研究的数据传输方法传输后，所花费的数据传输时间明显减少，通过几个测试点的对比结果可知，此次研究的传输方法的传输时间都少于传统方法。

3.2 数据传输后信源数据处理准确度对比

此次研究的基于CPRI协议的5G通信基带数据传输方法与传统方法处理后对于信源数据处理结果如表2所示。

表2 信源数据处理准确度对比

通过分析表2可知，传统的数据传输方法在传输后存在信源数据处理准确度低的情况，在几个数据的传输上，准确度都低于此次研究的方法。传统方法处理准确度低的原因是在数据传输中造成了数据的丢失，降低了传输效果，而此次研究的基于CPRI协议的5G通信基带传输方法效果较好的原因是，采用了CPRI协议对数据进行了压缩处理，并提出了数据调制机制，从根本上提高了数据传输效果。

4 结 论

设计了一个基于CPRI协议的5G通信基带数据传输方法，并通过实验验证了此次研究的方法的有效性。通过此次研究的方法能够有效提高数据传输的准确性，降低数据传输过程中丢失问题，通过提高数据传输速度，满足了设计需求，具备一定的实际应用意义。但是由于研究时间的限制，此次研究的数据传输方法还存在一定的不足，在后续的研究中还需要做进一步的处理，以提高数据传输效果，为相关领域提供借鉴意义。