CN100379306C - 连接主基站与射频拉远单元的接口装置 - Google Patents

连接主基站与射频拉远单元的接口装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连接主基站与射频拉远单元(RRU，RadioRemoteUnit)的接口装置，分别设置在主基站和RRU中，并与主基站或RRU中设置的用于承载数字基带信号的数字接口连接，包括用于完成承载数字基带信号的数字接口与以太网物理层接口间协议格式转换的接口转换模块、以太网物理层接口和时钟模块，时钟模块接收来自接口转换模块的参考时钟，生成工作时钟和外部工作时钟，并分别提供给接口转换模块和以太网物理层接口，基带处理单元和射频拉远单元之间采用双绞线，经以太网物理层接口实现远距离同步传输数字信号。

Description

连接主基站与射频拉远单元的接口装置
技术领域
本发明涉及分布式基站，尤指一种分布式基站中连接主基站与射频拉远单元(RRU，Radio Remote Unit)的接口装置。
背景技术
在无线基站系统中，无线接入网为用户提供了无线接入功能，主基站与射频模块如RRU，可以进行各种形态的组网，如：星型、链型、树型等。
其中，RRU是根据第三代合作伙伴计划版本99/版本4(3GPP R99/R4)频分双工(FDD)协议开发的室外型射频拉远单元，RRU的物理结构形式一般采用一体化结构，适应多种安装需求，小体积的室外型RRU满足靠近天线安装的要求，大大降低对机房选取的要求；主基站包括室内宏基站、室外宏基站、室内型基带单元(BBU，baseband Unit)、室外型BBU等。
目前，RRU通常通过光接口与主基站连接，共享主基站的基带处理和主控时钟资源。图1是现有技术采用光纤拉远RRU的连接示意图，从图1可见，主基站与RRU之间通过光接口采用光纤连接，实现基带数据在主基站与RRU间的传输。
对于图1所示的采用光纤拉远RRU的实现方案，在短距离传输时，铺设成本高，施工难度大；另外，为了采用光纤拉远RRU，需要在主基站和RRU中新增光模块，从而提高了设备成本，同时也降低了设备可靠性。而一般楼宇中的布线采用双绞线，尤其是非屏蔽双绞线，如果要求使用光纤，需要重新铺设，不利于利用已有线缆资源进行建网，增加了工程施工的成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种连接主基站与射频拉远单元的接口装置，能够降低工程施工的成本，提高设备可靠性，且保证射频拉远单元与主基站之间的时钟同步。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种连接主基站与射频拉远单元RRU的接口装置，分别设置在主基站和RRU中，并与主基站或RRU中设置的用于承载数字基带信号的数字接口连接，该接口装置包括：
用于进行协议转换的接口转换模块，接收来自承载数字基带信号的数字接口的数字基带信号并转换为符合以太网物理层接口协议格式的信号；从承载数字基带信号的数字接口上的数字基带信号中恢复出参考时钟，或接收来自以太网物理层的时钟信号并经过分频处理后得到参考时钟，将得到的参考时钟发送给时钟模块；
用于连接主基站与RRU的以太网物理层接口，接收来自接口转换模块转换后的数字基带信号并发送给对端以太网物理层接口；或从接收到的数字基带信号中提取时钟信号发送给接口转换模块；
用于保证主基站与RRU间同步传输的时钟模块，接收来自接口转换模块的参考时钟，生成工作时钟和外部工作时钟，并分别提供给接口转换模块和以太网物理层接口。
所述时钟模块包括：锁相环PLL、压控晶体振荡器VCXO和X分频电路；
所述PLL接收所述参考时钟，对该参考时钟进行PLL+VCXO锁定线路恢复时钟处理，生成所述工作时钟；同时将生成的工作时钟发送给X分频电路，生成所述外部工作时钟。
所述以太网物理层接口为千兆以太网物理层接口芯片，所述分频处理为八分频；所述X分频电路为五分频电路。
所述主基站接口装置中的以太网物理层接口工作于时钟主模式，所述主基站接口装置中的接口转换模块从承载数字基带信号的数字接口上的数字基带信号中恢复出所述参考时钟，所述主基站接口装置中的以太网物理层接口接收来自接口转换模块转换后的数字基带信号并发送给对端以太网物理层接口；
所述RRU接口装置中的以太网物理层接口工作于时钟从模式，所述RRU接口装置中的接口转换模块接收来自以太网物理层的时钟信号并经过频率转换后得到所述参考时钟，所述RRU接口装置中的以太网物理层接从接收到的数字基带信号中提取时钟信号，将该时钟信号发送给接口转换模块。
所述以太网物理层接口之间通过屏蔽或非屏蔽双绞线连接。
所述用于承载数字基带信号的接口为高速接口，或其它自定义接口；
所述高速接口为通用公共无线接口CPRI。
所述接口转换模块包括：与所述承载数字基带信号的接口连接的高速串行SERDES接口或同步并行接口，与以太网物理层接口连接的吉比特介质无关接口GMII系列或SERDES系列接口；
所述GMII系列接口包括：GMII、简化吉比特介质无关接口RGMII、或10位精简接口RTBI接口；所述SERDES系列接口为1.25G SERDES接口。
所述以太网物理层接口为百兆或千兆以太网物理层芯片。
所述接口装置设置在用于级联主基站与RRU组网的级联设备中。
由上述技术方案可见，本发明接口装置通过用于完成承载数字基带信号的数字接口如高速接口与以太网物理层接口如吉比特介质无关接口(GMII)、简化GMII(RGMII)、10位精简接口(RTBI)或1.25G高速串行(1.25GSERDES)接口间协议格式转换的接口转换模块以及以太网物理层接口，实现了在主基站和射频拉远单元之间通过双绞线尤其是非屏蔽双绞线远距离传输数字基带信号；同时，设置主基站侧接口装置中的以太网物理层接口工作于时钟主模式，而射频拉远单元的接口装置中的以太网物理层接口工作于时钟从模式，本发明接口装置通过时钟模块，使得射频拉远模块的工作时钟同步于主基站，保证了射频拉远单元与主基站间的同步传输。
附图说明
图1是现有技术采用光纤拉远RRU的连接示意图；
图2是本发明接口装置组成示意图；
图3是本发明接口装置中时钟模块组成示意图；
图4是本发明采用双绞线拉远RRU的连接实施例一示意图；
图5是本发明采用双绞线拉远RRU的连接实施例二示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：包括用于完成承载数字基带信号的数字接口与以太网物理层接口间协议格式转换的接口转换模块、以太网物理层接口和时钟模块，时钟模块接收来自接口转换模块的参考时钟，生成工作时钟和外部工作时钟，并分别提供给接口转换模块和以太网物理层接口，基带处理单元和射频拉远单元之间通过以太网物理层接口实现远距离同步传输。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举较佳实施例，对本发明进一步详细说明。
图2是本发明接口装置组成示意图，在主基站和RRU中均包括有该接口装置，分别与主基站或RRU上设置的用于承载数字基带信号的数字接口连接，通过该接口装置实现主基站与RRU间数字基带信号的同步传输。如图2所示，该接口装置包括以下部分：
(1)接口转换模块，用于完成承载数字基带信号的数字接口如通用公共无线接口(CPRI)等高速接口或其它接口与以太网物理层接口间协议格式的转换，即将来自承载数字基带信号的数字接口的数字基带信号转换为符合以太网物理层接口协议格式的信号；将转换后的数字基带信号发送给以太网物理层接口；从来自承载数字基带信号的数字接口上的数字基带信号中恢复出参考时钟或接收来自以太网物理层的时钟信号并进行分频处理得到参考时钟，并将得到的参考时钟发送给时钟模块。该接口转换模块面向主基站/RRU的高速接口提供SERDES接口或同步并行接口，面向以太网物理层接口提供GMII/SERDES系列接口。其中，GMII系列接口包括GMII/RGMII/RTBI系列接口，SERDES系列接口可以为1.25G SERDES接口。需要说明的是，当面向主基站的承载数字基带信号的数字接口提供SERDES接口，面向以太网物理层接口提供SERDES接口时，面向主基站的接口是符合CPRI协议的SERDES接口，面向以太网物理层的接口是符合以太网协议的SERDES接口，两者协议不同，同样需要通过接口转换模块进行协议格式转换。
(2)以太网物理层接口，用于连接主基站与RRU，实现主基站与RRU间的数字基带信号在CAT5/5E/6类双绞线上的长距离传输。在主基站侧，接收来自接口转换模块转换后的数字基带信号并发送给对端以太网物理层接口；RRU中的以太网物理层接口接收来自对端以太网物理层接口的数据基带信号并提取时钟信号，将该时钟信号发送给接口转换模块。
该以太网物理层接口可以为现有百兆或千兆以太网物理层芯片。以太网物理层芯片提供GMII/RGMII/RTBI或1.25G SERDES接口与接口转换模块对接。
比如，千兆以太网物理层芯片采用PAM-5编码等技术，可以在CAT5/5E/6类双绞线上将千兆数据传输至少100m的距离。在主基站侧，可以设置千兆以太网物理层芯片固定工作于千兆模式，将来自接口转换模块的数字基带信号发送至100m外的RRU；RRU通过自身接口装置中的以太网物理层芯片接收来自主基站的数字基带信号，并通过接口转换模块将获得的数字基带信号转换后发送给RRU的CPRI。
通过上述以太网物理层接口和接口转换模块，实现了主基站与RRU间基带数据通过双绞线尤其是非屏蔽双绞线的远距离传输。
(3)时钟模块，用于保证主基站与RRU保持同步工作。
通常应用中，通过以太网物理层芯片相互连接的实体间时钟是非同步的，但是在主基站与RRU组成的系统中，要求RRU与主基站之间保持同步，图3所示的时钟模块就是为了实现通过以太网物理层芯片连接的主基站和RRU之间保持同步的。
图3是本发明接口装置中时钟模块组成示意图，如图3所示，该时钟模块包括：锁相环(PLL)、压控晶体振荡器(VCXO)和X分频电路，其中X表示一个数值，由实际应用决定，比如5分频等。其中，在主基站侧，PLL接收接口转换模块从承载数字基带信号的数字接口上的数字基带信号中恢复出的参考时钟，对该参考时钟进行PLL+VCXO锁定线路恢复时钟的处理后，生成工作时钟并提供给接口转换模块；同时将生成的工作时钟进行X分频处理后生成外部工作时钟并提供给以太网物理层接口如千兆以太网接口芯片，假设千兆以太网物理层接口芯片的内部锁相环将该外部工作时钟进行5倍频后，千兆以太网物理层接口芯片也就工作在了32倍时钟上。PLL+VCXO处理以及X分频处理属于本领域公知技术，这里不再详细描述实现过程，而强调本发明接口装置中的时钟模块保证了主基站与RRU保持同步工作，组成同步系统。
根据IEEE802.3协议的要求，以太网物理层接口(1000BASE-T)对接时，要求以太网物理层接口的时钟工作在Loop Time模式。Loop Time模式指通信中一侧的以太网物理层接口工作于时钟主(Master)模式，线路侧收发数据时都采用本地时钟；而通信中另一侧的以太网物理层接口工作于时钟从(Slave)模式，线路侧收发都采用线路恢复时钟。在主基站和RRU系统连接中，通过设置主基站的接口装置中以太网物理层接口工作于时钟主模式，而RRU的接口装置中以太网物理层接口工作于时钟从模式，并配合图3所示的时钟模块，实现主基站与RRU的同步工作。其中，时钟工作模式的确定可以通过硬件或软件设置来实现。
图4是本发明采用双绞线拉远RRU的连接实施例一示意图，假设通过软件设置主基站接口装置中的以太网物理层接口工作于时钟主模式，而RRU接口装置中的以太网物理层接口工作于时钟从模式；假设接口转换模块从CPRI中恢复出的参考时钟为4倍时钟，以太网物理层接口中的内部锁相环为5倍频处理，因此接口装置中的X分频为5分频；主基站与RRU之间通过RJ45插口经CAT5/5E/6类双绞线连接。
这样，在主基站，接口装置中的接口转换模块对来自CPRI的基带数字信号进行协议格式转换，经以太网物理层接口后通过RJ45插头连接的双绞线向主基站外传输。在主基站中，时钟模块中的PLL接收来自接口转换模块从CPRI上恢复出的参考时钟即4倍时钟，对该4倍时钟进行PLL+VCXO锁定线路恢复时钟的处理后生成工作时钟即32倍时钟并提供给接口转换模块；同时将生成的32倍时钟进行5分频处理后生成外部工作时钟并提供给以太网物理层接口，以太网物理层接口中的内部锁相环将同步时钟进行5倍频处理后恢复出32倍时钟。通过该接口装置，主基站中的接口转换模块及以太网物理层接口均工作于32倍时钟，即处于同步工作状态。
在RRU，经通过RJ45连接的双绞线和以太网物理层接口接收来自主基站的基带数字信号，接口装置中的接口转换模块对来自以太网物理层接口的基带数字信号进行协议格式转换后发送给CPRI。在RRU中，以太网物理层接口从接收到的数字基带信号中提取与主基站同步的32倍时钟，并将该时钟送到接口转换模块，进行8分频处理，产生供PLL同步使用的4倍时钟；时钟模块中的PLL接收来自接口转换模块分频出来的4倍时钟，对该4倍时钟进行PLL+VCXO锁定处理后生成工作时钟即32倍时钟并提供给接口转换模块；同时将生成的32倍时钟进行5分频处理后提供给以太网物理层接口，作为以太网物理层接口的工作时钟，以太网物理层接口中的内部锁相环将同步时钟进行5倍频处理后恢复出32倍时钟。通过该接口装置，RRU中的接口转换模块及以太网物理层接口均工作于32倍时钟，即处于同步工作状态。由于RRU工作的32倍钟与主基站工作的32倍是同步的，因此整个系统也处于同步工作状态。
从上述工作原理可见，通过本发明接口装置中的以太网物理层接口相连接的主基站与RRU处于同步工作状态，实现了主基站与RRU间基带数据通过双绞线尤其是非屏蔽双绞线的远距离传输。
图5是本发明采用双绞线拉远RRU的连接实施例二示意图，如图5所示，当主基站与RRU间通过级联设备如远端信号转发单元(RHUB)组网时，接口装置可以设置在用于级联主基站与RRU组网的级联设备中，主基站与RRU间通过级联设组网的实现与本发明无关，可参考相关专利，这里不再详述。本文将级联设备看作是主基站的一部分。级联设备中的接口转换模块可以连接多个千兆以太网PHY接口芯片，如图5中所示的两个；每个千兆以太网PHY接口芯片可以提供多个接口，与多个RRU实现星型组网，如图5所示，每个千兆以太网PHY接口芯片提供四个接口，每个接口对应一个RJ45插座；千兆以太网PHY接口与RJ45接口之间采用变压器隔离；接口转换模块在主控模块的控制下工作，时钟模块同时向两个千兆以太网PHY接口提供外部工作时钟。RRU侧，接口转换模块在主控模块的控制下工作。级联设备与RRU通过双绞线实现了远距离传输，参见图4的工作原理，级联设备与RRU之间保持同步工作。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种连接主基站与射频拉远单元RRU的接口装置，其特征在于，分别设置在主基站和RRU中，并与主基站或RRU中设置的用于承载数字基带信号的数字接口连接，该接口装置包括：
用于进行协议转换的接口转换模块，接收来自承载数字基带信号的数字接口的数字基带信号并转换为符合以太网物理层接口协议格式的信号；从承载数字基带信号的数字接口上的数字基带信号中恢复出参考时钟，或接收来自以太网物理层的时钟信号并经过分频处理后得到参考时钟，将得到的参考时钟发送给时钟模块；
用于连接主基站与RRU的以太网物理层接口，接收来自接口转换模块转换后的数字基带信号并发送给对端以太网物理层接口；或从接收到的数字基带信号中提取时钟信号发送给接口转换模块；
用于保证主基站与RRU间同步传输的时钟模块，接收来自接口转换模块的参考时钟，生成工作时钟和外部工作时钟，并分别提供给接口转换模块和以太网物理层接口。
2.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于，所述时钟模块包括：锁相环PLL、压控晶体振荡器VCXO和X分频电路；
所述PLL接收所述参考时钟，对该参考时钟进行PLL+VCXO锁定线路恢复时钟处理，生成所述工作时钟；同时将生成的工作时钟发送给X分频电路，生成所述外部工作时钟。
3.根据权利要求2所述的接口装置，其特征在于，所述以太网物理层接口为千兆以太网物理层接口芯片，所述分频处理为八分频；所述X分频电路为五分频电路。
4.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于，
所述主基站接口装置中的以太网物理层接口工作于时钟主模式，所述主基站接口装置中的接口转换模块从承载数字基带信号的数字接口上的数字基带信号中恢复出所述参考时钟，所述主基站接口装置中的以太网物理层接口接收来自接口转换模块转换后的数字基带信号并发送给对端以太网物理层接口；
所述RRU接口装置中的以太网物理层接口工作于时钟从模式，所述RRU接口装置中的接口转换模块接收来自以太网物理层的时钟信号并经过频率转换后得到所述参考时钟，所述RRU接口装置中的以太网物理层接从接收到的数字基带信号中提取时钟信号，将该时钟信号发送给接口转换模块。
5.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于：所述以太网物理层接口之间通过屏蔽或非屏蔽双绞线连接。
6.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于：所述用于承载数字基带信号的接口为高速接口，或其它自定义接口；
所述高速接口为通用公共无线接口CPRI。
7.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于，所述接口转换模块包括：与所述承载数字基带信号的接口连接的高速串行SERDES接口或同步并行接口，与以太网物理层接口连接的吉比特介质无关接口GMII系列或SERDES系列接口；
所述GMII系列接口包括：GMII、简化吉比特介质无关接口RGMII、或10位精简接口RTBI接口；所述SERDES系列接口为1.25G SERDES接口。
8.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于：所述以太网物理层接口为百兆或千兆以太网物理层芯片。
9.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于，所述接口装置设置在用于级联主基站与RRU组网的级联设备中。
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