列也已经有很多款支持CPRI IP核的FPGA芯片。灵活性最高
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汇报提纲
1、研究背景及现状 2、系统设计与实现
201FPGA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
• 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
→ 提出C-RAN架构
→ 移动通信接入网升级困难
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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
云无线接入网中CPRI协议的FPGA实现 和性能测试
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
汇报提纲
1、研究背景及现状 2、系统设计与实现
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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） →
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谢谢！
延时 测量 模块
PLL延时测量参 考时钟源
300MHz采样时 钟源
JTAG接口 CPRI Slave IP CORE
从设备初 始化控制 及数据产 生模块
嵌入式逻辑分析 仪
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部分实验结果
示波器测量信号传输波形
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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
应用的可行性。
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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
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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
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
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CPRI — What
功能层及帧结构：
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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
备注：FPGA开发板为Altera Stratix IV GT系列
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SOPC设计
开发板 FPGA芯片
50Mhz主时钟
链路速率6.144Gbps
复位按钮 主设备初 始化控制 及数据产 生模块
CPRI Master IP CORE
PLL高速收发机 参考时钟源
LED指示灯
NIOS核 NIOS核 (CPU)
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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 NGPON2 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.
• 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）
2018/10/23 4
Digital RoF 标准发展