多速率自適應(yīng)技術(shù)在Ir協(xié)議中的應(yīng)用
摘要:以TI公司的TLK10002為例,研究了多速率環(huán)境下的PRU設(shè)備自適應(yīng)接入問(wèn)題,給出了RRU設(shè)備速率自適應(yīng)的流程圖和方法。采用本方案的RRU設(shè)備,能夠自動(dòng)進(jìn)行通信速率調(diào)整,極大地降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度和工作量,具有廣闊應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:Ir協(xié)議;RRU BBU;自適應(yīng);多速率;TD
基于基帶單元(BBU)加遠(yuǎn)端射頻單元(RRU)的分布式基站架構(gòu)以其低成本、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、施工方便、節(jié)約基站站址資源等優(yōu)勢(shì),在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)被廣泛使用。通常BBU和RRU之間采用光纖進(jìn)行基帶數(shù)據(jù)和信令信息傳輸,其常用的數(shù)據(jù)接口有CPRI和OBSAI兩種標(biāo)準(zhǔn)。目前中國(guó)TD-SCDMA(以下簡(jiǎn)稱TD)網(wǎng)絡(luò)的BBU和RRU采用自主研制的Ir協(xié)議來(lái)傳輸基帶數(shù)據(jù)和信令信息。Ir協(xié)議具有多種傳輸速率,如1.2288 Gbps(以下簡(jiǎn)稱1.2 G),2.4576 Gbps(以下簡(jiǎn)稱2.5 G)和6.144 Gbps(以下簡(jiǎn)稱6 G)等。由于TD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是分階段展開(kāi)的,必然會(huì)出現(xiàn)不同速率接口設(shè)備混合組網(wǎng)的問(wèn)題。因此研制具備對(duì)不同速率接口具有自適應(yīng)能力的RRU設(shè)備具有重要意義。文中將以TI公司TLK10002為平臺(tái)開(kāi)展研究。
1 TD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
1.1 TD分布式基站架構(gòu)
TD基站架構(gòu)是由BBU和RRU設(shè)備構(gòu)成。其核心思想是將基站的基帶部分和射頻部分分開(kāi),射頻(PRU)部分可以根據(jù)需要靈活放置于任何地方,BBU設(shè)備集中放置使多個(gè)PRU設(shè)備共享基帶資源,BBU通過(guò)光纖與建筑物內(nèi)的多個(gè)RRU連接?;谶@種架構(gòu)的基站具有組網(wǎng)方式靈活、組網(wǎng)性能高和擴(kuò)容靈活等優(yōu)勢(shì)。
目前TD網(wǎng)絡(luò)中,BBU和RRU之間的接口采用中國(guó)自行研制的Ir協(xié)議。該協(xié)議支持BBU和RRU設(shè)備之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接,星形鏈接,鏈形鏈接,環(huán)形鏈接等多種方式。在工程應(yīng)用中常見(jiàn)的是鏈形鏈接和星形鏈接的混合組網(wǎng),如圖1所示。
在TD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期,由于用戶數(shù)量較少,BBU和RRU之間的接口多采用1.2 G速率的Ir協(xié)議,可以實(shí)現(xiàn)24載扇數(shù)據(jù)傳送。在TD網(wǎng)建設(shè)中期,隨著用戶數(shù)量增多和設(shè)備功能增強(qiáng),Ir協(xié)議接口速率升至2.5 G,隨之支持2.5 G的RRU設(shè)備大量應(yīng)用于TD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。目前部分TD基站Ir協(xié)議接口速率達(dá)到6 G。
隨著網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容,高速接口設(shè)備與低速接口設(shè)備共同工作在同一個(gè)通信鏈路上,由于通信速率的不同,彼此無(wú)法進(jìn)行正常的通信,所以多速率自適應(yīng)技術(shù)成為TD基站混合組網(wǎng)問(wèn)題的關(guān)鍵。
1.2 串行器/解串器功能
圖2是RRU光纖接口原理示意圖。在下行方向,光纖收發(fā)器將光纖傳送的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)提供給串行/解串器,進(jìn)行串并/并轉(zhuǎn)換,將低速并行信號(hào)傳送到FPGA,由其根據(jù)Ir協(xié)議要求將本級(jí)RRU所需要的數(shù)據(jù)提取出來(lái),并將接收到的數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)發(fā)至下聯(lián)光纖接口,傳送給下一級(jí)RRU;在上行方向,F(xiàn)PGA接收來(lái)自于下一級(jí)RRU的上行數(shù)據(jù),并將本級(jí)RRU需要上傳的數(shù)據(jù)根據(jù)Ir協(xié)議插入到相應(yīng)的位置,再將重組后的低速并行數(shù)據(jù)幀發(fā)送給串行/解串器進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換,繼而將高速串行電信號(hào)送給光纖收發(fā)器,由其將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào),從光纖發(fā)送出去。
圖2所示的串行/解串器是光纖接口的核心器件。應(yīng)具備以下功能:1)數(shù)據(jù)串/并轉(zhuǎn)換和并/串轉(zhuǎn)換功能,即將高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為低速并行數(shù)據(jù),和將低速并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高速串行數(shù)據(jù);2)時(shí)鐘提取功能,即將包含在數(shù)據(jù)中的時(shí)鐘信息提取出來(lái),供后續(xù)時(shí)鐘電路使用;3)8B/10B編解碼功能,在下行,進(jìn)行8B/10B的解碼,在上行,進(jìn)行8B/10B的編碼;4)線路的監(jiān)測(cè)功能,串行/解串器位于RRU整個(gè)電路的前端,它能監(jiān)測(cè)到線路上的變化,如8B/10B編解碼錯(cuò)誤,線路信號(hào)的惡化等。
1.3 TLK10002功能介紹
TLK10002是TI公司推出的一款雙通道的串行/解串器芯片,它具有以下主要特點(diǎn):1)低速端數(shù)據(jù)速率范圍為0.5Gbps至5 Gbps,高速端數(shù)據(jù)速率范圍為1 Gbps至10 Gbps;2)支持所有的CPRI和OSBAI速率;3)支持8 B/10 B編解碼功能:4)同一種參考時(shí)鐘支持不同的光接口速率;5)信號(hào)丟失(LOS)檢測(cè)功能。
TLK10002可通過(guò)MDIO接口對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行控制和讀取,目前已大量應(yīng)用在基站設(shè)備中。其功能框圖如圖3所示。
2 光纖接口多速率自適應(yīng)方案
2.1 多速率自適應(yīng)原理
首先將Ir協(xié)議涉及的光纖接口通信速率逐一配置到串行/解串器,通過(guò)獲取串行/解串器的狀態(tài)判斷是否檢測(cè)到通信中約定的碼特定型來(lái)進(jìn)行通信速率動(dòng)態(tài)調(diào)整。
在通信系統(tǒng)中,一般要對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行一定的編碼來(lái)達(dá)到特定功能,目前通信系統(tǒng)中所用的高速串行數(shù)據(jù)傳輸,一般采用8B/10B編碼,Ir協(xié)議也如此。8B/10B中的K碼由于其唯一性而作控制之用。K碼的選擇有其特殊性,在不同的速率情況下,保證不會(huì)被誤判。只有在傳輸中,解碼芯片識(shí)別到K碼之后,才會(huì)認(rèn)為通信鏈路已正常建立。
當(dāng)TLK10002芯片中的COMMA DETECT電路,檢測(cè)到K碼,并識(shí)別之后,會(huì)給出提示信號(hào),表明通信鏈路同步已經(jīng)建立,可以進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸。本方案正是利用TLK10002的K碼識(shí)別功能來(lái)進(jìn)行多速率自適應(yīng)設(shè)計(jì)的。
2.2 多速率自適應(yīng)工作流程
以使用TLK10002的RRU設(shè)備為例,在系統(tǒng)上電后首先從FPGA向TLK10002配置默認(rèn)的1.2 G光纖接口通信速率,然后讀取TLK10002通道同步狀態(tài)置,如果同步成功,則建立后續(xù)通信,開(kāi)始串/并轉(zhuǎn)換;若失敗,則從FPGA向TLK10002配置2.5G光纖接口通信速率,重復(fù)上述過(guò)程,直至Ir協(xié)議中所有通信速率均經(jīng)過(guò)TLK10002的K碼檢測(cè),并查詢到匹配速率,建立后續(xù)通信。文中以1.2 G、2.5 G和6 G速率進(jìn)行自適應(yīng)匹配方法描述,其流程如圖4所示。
對(duì)光纖接口多速率白適工作流程可按如下幾個(gè)步驟進(jìn)行:
1)判斷光纖收發(fā)器是否存在。由圖3可知,要檢測(cè)光纖接口速率,首先是光纖收發(fā)模塊已正常工作。所以在圖4中,第一步是檢測(cè)光纖收發(fā)器是否在位。只有在光纖收發(fā)器在位的條件下,以后的檢測(cè)才有意義,如果收發(fā)器不在位,那么發(fā)送光纖收發(fā)器丟失指示信號(hào)。
2)光纖收發(fā)器速率檢測(cè)。由于大部分光纖收發(fā)器支持?jǐn)?shù)字信息查詢,可通過(guò)數(shù)字接口讀取光纖收發(fā)器支持的速率信息。如果收發(fā)器速率信息為1.2 G,則表示此收發(fā)器最高能支持1.2 G光信號(hào),RRU最高只能工作在1.2 G模式下,就不需要再進(jìn)行后續(xù)的自適應(yīng)了。如果讀取后發(fā)現(xiàn)是2.5 G或6 G的收發(fā)器,則必須進(jìn)行后續(xù)自適應(yīng)工作。
3)光纖收發(fā)器速率檢測(cè)之后,需要檢測(cè)本級(jí)RRU是否已接收到光信號(hào)。只有在已接收到光信號(hào)的時(shí)候,才可以進(jìn)行速率自適應(yīng)。LOS(信號(hào)丟失)信號(hào)表示收發(fā)器接收到的光功率不在收發(fā)器的正常工作范圍之內(nèi)。
4)如果RRU已接收到上級(jí)設(shè)備發(fā)送的光信號(hào),必須逐一匹配Ir協(xié)議規(guī)定的所有接口速率,文中先進(jìn)行1.2 G光纖速率接口匹配。先將TLK 10002配置成1.2 G的速率。
5)延時(shí)后,讀取TLK10002的同步標(biāo)志寄存器。如果這個(gè)寄存器狀態(tài)為1,說(shuō)明TLK10002已在數(shù)據(jù)流中找到了相應(yīng)的COMMA信號(hào),說(shuō)明速率已適配成功。
6)如果讀取到的同步標(biāo)志寄存器為0,表示速率未匹配。此時(shí)將TLK10002配置成另外一種速率即2.5 G進(jìn)匹配,成功則建立通信鏈路,失敗再進(jìn)行6 G匹配,如果成功建立通信鏈路,如果失敗通過(guò)狀態(tài)指示燈進(jìn)行報(bào)警,由人工進(jìn)行相應(yīng)處理。
3 效果驗(yàn)證
通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室以圖1的方式進(jìn)行十級(jí)RRU混合組網(wǎng)試驗(yàn)。BBU光纖收發(fā)裝置為6 G,10個(gè)RRU光纖收發(fā)器為1.2G。將各級(jí)RRU光纖正確連接,經(jīng)測(cè)試每級(jí)RRU告警指示燈亮,表明RRU未能正確匹配BBU速率。然后將BBU光接口配置為2.5 G,RRU的光收發(fā)器更換為6 G,重新連接,經(jīng)測(cè)試每級(jí)RRU均自適應(yīng)的工作在2.5 G。最后將BBU光接口配置為2.5G,4個(gè)RRU光收發(fā)器更換為2.5G,其他6個(gè)為6G,經(jīng)測(cè)試每級(jí)RRU均自適應(yīng)的工作在2.5 C。表明在混合組網(wǎng)下的多速率自適應(yīng)接口設(shè)計(jì)是成功的。
通過(guò)上述測(cè)試實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,文中所述的光纖接口多速率自適應(yīng)方案已經(jīng)具備一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著光通信技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的嫁接應(yīng)用,基站設(shè)備供應(yīng)商必須不斷提高新設(shè)備對(duì)原有設(shè)備的自適應(yīng)能力。本文就以TLK10002為例,對(duì)RRU光接口的多種速率自適應(yīng)進(jìn)行了探討,并經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明該方案可行??梢酝茝V到更多的通信自適應(yīng)設(shè)備中。