分布式基站 - 无线基础架构离散式SerDes解决方案

　　图1c 分布式基站拓扑

　　开放式基站架构创始联盟(OBSAI)及通用公共射频接口(CPRI)标准适用于无线电设备控制器及无线电设备之间的基频数据通信，以及DBSA中的无线电设备网络。将REC与RE之间的接口标准化之后，不同厂商的REC及RE设备即可交互使用。同时，2G/3G/4G的REC 能够与不同的RE进行通信，因此可实现多种标准的结合与同时运作，并减少设备升级的需求。

　　CPRI及OBSAI均载明其无线电设备控制器及无线电设备之间的高速串行接口，以达到基频数据传输(I/Q数据)，并且在相同接口进行指令/控制与同步(用于RE网络)信息的沟通。

　　图2显示DBSA中的信号流向。对于上传(foward link)的RE，OBSAI/CPRI资料是由序列器/解除序列器(SerDes)所还原，其中会将高速序列数据转换为平行数据，然后将此数据传输至FPGA。FPGA会处理OBSAI/CPRI逻辑，然后将I/Q基频取样传输至数字升压转换器(专用逻辑)，进而将I/Q基频取样调节至数位IF载波。经过向上转换的数据会接着经过数据处理引擎的处理，以减少波峰系数(专用逻辑)，并且以数字方式将信号预失真(专用逻辑)，以补偿功率放大器中产生的旁瓣(side lobe)，并确保功率放大器能够在线性区域中运作。

　　图2 分布式基站架构信号流向

　　在上行链路中，无线射频模块包含所有的模拟功能，能够将RF频带向下转换为中频，然后以数字方式将个别载波向下转换为取样的基频同相及正交(I/Q)组。经过多任务处理的基频取样(I/Q)以及下传与反传中的控制及管理数据会被串行化，然后透过SerDes装置(例如，德州仪器的TLK3134)以光纤缆线进行传送。

　　若想借由分析4G演进方面的DBS以及所需突波来达到更快更稳定的数据联机，则会引起另一个重要问题。由于下行链路及上行链路的数据速率提升，而且愈来愈多的网络申办用户转而使用随选电视等高带宽应用，因此，REC与R之间的序列数据速率也随之增加。使用公式(1)可算出REC及RE之间的序列数据速率(SDR)：

　　SDR=MAcSN2(I/Q)C (1)

　　其中，SDR是REC与RE之间的序列数据速率;M为天线数目;Ac为载波/天线数目;S为采样率(各载波每秒取样次数);N为取样宽度，位/取样;C为REC与RE之间串行传输期间的8b10b数据(10/8=1.25);2(I/Q)=2倍的同相及正交相位资料的倍增系数。

　　透过等式1及表1，对于4个W-CDMA载波、双天线系统，采样率为各载波每秒7.68百万次取样，I-Q取样宽度为 4b/sample的20MHz无线射频而言，其原始序列速率如式2所示：

　　SDR=2×4×7.68×4×2×1.25= 614.4Mbps (2)

　　同样地，透过式1及表1，对于四天线系统、单一载波/天线，LTE 载波采样率为各载波每秒30.72百万次取样，I-Q 数据取样宽度为16b/sample的20MHz无线射频而言，其原始序列速率如式3所示：

　　SDR=4×1×30.72×16×2×1.25=4.915Gbps (3)

　　对于八天线波束形成LTE系统而言，式3中的SDR会倍增为9.8Gbps。因此，I-Q取样宽度、信道宽度或天线载波数目的增加会直接造成REC与RE之间序列数据速率的提高。搭建基础架构的网络设备制造商应该要了解，在LTE演进中，序列数据速率必须从614.4Mbps的中等速率调整为9.8Gbps或12.2Gbps。DBSA的高SDR需要光纤缆线两端的SerDes发挥更高的效能，才能达到稳定的频率数据复原，并符合CPRI或OBSAI标准的抖动规格。为了进一步了解4G的SerDes及数据处理效用，以下将分析CPRI/OBSAI的通信协议堆栈。

　　图3a显示CPRI通信协议层堆栈。一般而言，物理层包含不同通信协议都具备的固定功能。CPRI/OBSAI通信协议层的固定功能物理层是以硬件宏(hard marco)的方式进行实作，以达到严格的时序闭合需求。然而，逻辑层则允许客制化。由于新兴的标准演进，以及网络设备制造商期望透过专属功能建立附加价值，使得逻辑层会随之更新。在实作CPRI/OBSAI接口的逻辑层部份时，FPGA通常会提供所需的弹性。FPGA的逻辑项目能够利用程序加以设计，以支持自定义的逻辑层。

　　图3a CPRI通信协议层堆栈