數字直放站中CPRI協議的FPGA實現
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隨著移動通信的發展。通信網絡覆蓋范圍已經成為衡量通信網絡運行的重要標準，直接影響著運營商的經濟效益。而直放站的發展應用，已成為提高運營商網絡質量，解決網絡盲區或弱區問題，增強網絡覆蓋的主要手段之一。一個基站可以與幾個直放站相連，可以組成鏈狀、星型、樹型等靈活的拓撲結構，使基站的覆蓋范圍大大增加。同時，既節省空間，又降低成本，提高了組網的效率。
但由于傳統模擬直放站設備間沒有統一的協議規范，無法滿足系統廠商與直放站廠商的兼容，無法實現基站和直放站之間更有效的互通，從而限制了兩者之間控制和數據的可靠傳輸。2003年6年，由包括愛立信、華為、NEC、北電網絡及西門子5大集團合力制定了CPRI(Common Public Radio Interface)接口。該組織成立的主要目的是制定這個接口的標準協議，從而使該接口成為一個公共的可用的指標。開放的CPRI接口為3G基站產品和2G數字直放站在增加效益，提高靈活性方面提供了便利。
1 CPRI協議概述
CPRI規范定義了物理層和鏈路層兩層協議，能實現數字基帶IQ信號傳輸時分復用，其協議結構圖如圖1所示。物理層用千兆以太網的標準，傳輸的數據采用8 B／10 B編解碼，通過光模塊串行發送，為達到所要求的靈活度和成本效益，線路比特速率有614．4 Mb／s，1228.8 Mb／s和2 457．6 Mb／s三種。鏈路層定義了一個同步的幀結構。幀結構包括基本幀和超幀，每個基本幀的幀頻為3．84 MHz，包括16個時隙，根據線路比特率的不同，每個時隙的大小分別為1 B。2 B，4 B。其中第一個時隙為控制時隙，其余15個時隙為I／O數據時隙，用來傳送I／O數據流。超幀則由256個基本幀構成，256個基本幀的控制時隙共同構成超幀的控制結構(如圖2所示)，同時，定義了快速C／M通道(以太網)和慢速C／M通道(HDLC)，用于傳送控制類和管理類的數據，可以對直放站進行維護。
2 硬件實現方案
2．1 方案對比
對于CPRI硬件實現方案，有以下幾種方案可以選擇：
(1)PMC方案。采用PMC7830或PMC7832芯片，這一類芯片把CPRI協議全部集成在芯片內部，只留出接口，使用簡單方便，可完全支持用于無線基站連接的公共射頻接口(CPRI)規范。
(2)用帶ROCKET IO的FPGA實現CPRI協議，此方法靈活性高，但開發時間周期會比較長，影響產品開發。
(3)FPGA與SCAN25100相結合。由FPGA實現CPRI的成解幀及相關接口設計，SCAN25100負責完成8 B／10 B編解碼和高速串并轉換。鏈路層的幀協議修改方便，而物理層則由芯片完成，使用簡單，性能穩定。開發成本較低，且擴展性好。
(4)FPGA與TLK4015相結合。TLK4015是4通道、0．6～1．5 Gb／s通道收發器，當系統需要多的通道數時，使用該方案可以減少電路板尺寸。
2．2 硬件詳細設計
該設計采用第3種的硬件實現方案，整個硬件實現由5個部分組成，如圖3所示，分別為CPRI鏈路層協議實現模塊，CPRI物理層協議實現模塊、光傳輸模塊、時鐘管理模塊和系統配置與監控模塊。
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