現(xiàn)代無線基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)使用運(yùn)行cpri普通公共射頻接口協(xié)議的光纖傳輸頻率、相位,、復(fù)合數(shù)據(jù)和控制信息,。人們對(duì)無線數(shù)據(jù)的需求一直在呈指數(shù)式增加。運(yùn)營商和設(shè)備供應(yīng)商都在努力設(shè)法減小在基帶單元和無線單元之間運(yùn)行多根高數(shù)據(jù)速率光纖所需的資本投資和運(yùn)維成本,。

本文描述了一種針對(duì)高斯類波形使用mu-law壓縮的方法——例如cpri接口中使用的基帶iq數(shù)據(jù),。mu-law壓縮在音頻應(yīng)用中很常見，實(shí)現(xiàn)效率,，但對(duì)基帶信號(hào)來說在保真度方面會(huì)有過多的損失,。這種靈活的壓縮機(jī)制應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)lte長期演進(jìn)測(cè)試波形時(shí)具有2:1的壓縮比，而且誤差矢量幅度evm不到1%,。

引言

典型的lte宏無線系統(tǒng)由兩部分組成：基帶處理和無線部分,。這兩部分一般通過光纖通道連接，協(xié)議接口由名為cpri的公開規(guī)范所確定,。在這個(gè)規(guī)范中,，這些塊被定義為無線設(shè)備控制器rec和無線設(shè)備re，見圖1,。另外一種類似的接口是開放架構(gòu)計(jì)劃obsai,。

cpri定義了各種拓?fù)洌�包括點(diǎn)到點(diǎn),，點(diǎn)到多點(diǎn),，鏈和環(huán),。cpri可以傳輸同步、控制和管理c&m和基帶iq數(shù)據(jù),。

圖1：無線設(shè)備控制器到無線設(shè)備的接口,。

背景

cpri是由行業(yè)內(nèi)具有緊密合作關(guān)系的一些oem廠商定義的。cpri###早是針對(duì)3gpp utraumts開發(fā)的,，但隨后經(jīng)擴(kuò)展覆蓋了wimax,、3gpp e-utralte和3gpp gsm。隨著無線標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn),，iq數(shù)據(jù)的帶寬需求有了地提高,。

表1：不斷增長的帶寬需求。

采樣率,、天線數(shù)量和無線設(shè)備數(shù)量的增加推動(dòng)cpri標(biāo)準(zhǔn)幾乎每?jī)赡晏岣咭槐兜膸���,，見圖2和表1。這種帶寬的增加推高了數(shù)字實(shí)現(xiàn)邏輯和收發(fā)器和光學(xué)部分激光器模塊和光纖的成本,。###新的cpri v6.0版本標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)引入了10.1376gbps鏈路,，而且使用66b64b編碼代替其它線路速率使用的8b10b編碼提高了這種速率鏈路的效率。效率的提高是非常令人滿意的,。

圖2：間推移不斷上升的cpri速率,。

本文介紹了一種壓縮iq數(shù)據(jù)的方法，它能減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,，同時(shí)在保真度方面的損失相對(duì)較小,。

mu-law壓縮

mu-law壓縮是一種在規(guī)定數(shù)字范圍內(nèi)重新分布數(shù)值的方法，當(dāng)隨后的量化執(zhí)行完成后,，它能信號(hào)保真方面的損失###小,。重新分布是用一個(gè)對(duì)數(shù)函數(shù)從零擴(kuò)展數(shù)字完成的。擴(kuò)展率通過選擇常數(shù)mu_compand_val進(jìn)行控制,。

mu-law壓縮常用于音頻壓縮方案中,，是itu-t建議g.711和g.191的方法。在這些音頻壓縮方案中,，規(guī)定了mu_compand_val=255的上限值,。它通過直接比特移位實(shí)現(xiàn)2n指數(shù)和分段線性近似，其中移位的數(shù)量取決于指數(shù)值見表2,。圖3顯示了段數(shù)與8位輸出之間的關(guān)系,。

表2：itu-t建議g.711。



圖3：分段線性近似mu_compand_val=255,。

除了mu-law外,，itu-t還了一種非常類似的稱為a-law的方案。a-law映射到稍有不同的段，小數(shù)字時(shí)會(huì)產(chǎn)生稍有不同的結(jié)果,。

3gpp測(cè)試和要求

蜂窩無線系統(tǒng)中的信號(hào)保真度是由3gpp定義的,。測(cè)試規(guī)范ts 36.104用誤差矢量幅度evm定義了信號(hào)保真度。evm是指從理想-點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的矢量大小,。對(duì)于64qam信號(hào)來說,，64qam 的e-utra要求是

mu-law/a-law 測(cè)試

將各種不同的mu_compand_val數(shù)值用于壓縮和解壓縮。圖10顯示了mu_compand_val與evm的關(guān)系圖,，其中藍(lán)線是a-law ,，紅線是mu-law。高的mu值映射到數(shù)量以相同指數(shù)呈指數(shù)式增加的樣值,，對(duì)64qam數(shù)據(jù)來說將產(chǎn)生很差的結(jié)果。在mu_compand_val=255點(diǎn),，evm###差,，只執(zhí)行一次簡(jiǎn)單的量化。與itu建議相比,，這里明顯需要低得多的指數(shù)/擴(kuò)展率,。

圖10：不同mu_compand_val時(shí)的誤差矢量幅度%。

當(dāng)mu_compand_val約等于5時(shí)ofdma信號(hào)出現(xiàn)###佳點(diǎn),。雖然mu_compand_val=255顯示為的實(shí)現(xiàn)點(diǎn),，但對(duì)ofdma波形來說evm很差，需要低得多的值,。

圖11：mu_compand_val=8 a壓縮后的iq- b建模后的誤差矢量幅度,。

用mu_compand_val=8建模mu-law壓縮如圖11所示。mu-law函數(shù)可以通過擴(kuò)展數(shù)據(jù)填充更多的iq可用數(shù)字范圍,。從16位到8位的mu-law壓縮可以產(chǎn)生0.55%的誤差矢量幅度,。

3gpp測(cè)量

一旦實(shí)現(xiàn)完成，就可以使用3gpp測(cè)試模型和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行實(shí)際的3gpp測(cè)量,。圖12顯示了e-utra解調(diào)波形,。在這個(gè)特定結(jié)果中，使用實(shí)際硬件并將mu_compand_val設(shè)為8可以測(cè)到0.791%的平均誤差矢量幅度,。

圖12：3gpp的誤差矢量幅度測(cè)量,。

iq映射器自動(dòng)生成工具

cpri標(biāo)準(zhǔn)提供了一種將iq數(shù)據(jù)映射到cpri幀的幀結(jié)構(gòu)和通用方法，但沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),，供應(yīng)商可以實(shí)現(xiàn)各種不同的方案,。cpri壓縮合成很難，因?yàn)榭梢允褂貌煌�的位��,。iq映射器的實(shí)現(xiàn)非常,，每家供應(yīng)商都可以為這個(gè)模塊開發(fā)定制的rtl。altera開發(fā)的一款工具可以地簡(jiǎn)化這個(gè)過程,。該工具基于excel,，用戶可以在里面選擇線速率,，然后為每個(gè)iq樣值在單元中填入axc載波。填充比特用于完整地填充幀,。一旦cpri幀被填滿,，vb宏將為特定映射結(jié)構(gòu)自動(dòng)產(chǎn)生rtl代碼。如果要求多種用例,，該工具可以用來自動(dòng)產(chǎn)生多個(gè)iq映射器實(shí)例,。圖13和圖14分別顯示了帶3個(gè)axc載波、每個(gè)載波有16位i和q的iq映射器以及帶8位i和q的類似映射器,。在工具產(chǎn)生rtl之后,，代碼被簡(jiǎn)單地追加到altera cpri宏核ip，用于產(chǎn)生完整的cpri設(shè)計(jì),。

圖13：用于具有16位iq數(shù)據(jù)的3個(gè)axc的iq映射器域,。



圖14：用于具有8位iq數(shù)據(jù)的3個(gè)axc的iq映射器域。

本文小結(jié)

使用分段近似方法實(shí)現(xiàn)從16位到8位的mu-law壓縮只有0.79%的低保真損失,。相比3gpp規(guī)定的8%,，這種損失造成的性能劣化是相當(dāng)小的。和實(shí)現(xiàn)面積也可忽略不計(jì),。

cpri壓縮和iq映射器工具都已經(jīng)被集成進(jìn)altera###新的cpri ip內(nèi)核v6.0中,。