CN113114404B - 一种通用eCPRI接口拓展装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通用eCPRI接口拓展装置及方法，所述方法中将数据流传输方向分为上行传输方向和下行传输方向，上行传输方向为从端向主端发送数据，下行传输方向为主端向从端发送数据，针对上行传输方向，首先对多路数据进行仲裁与优先级排序，多从端口通过内部RAM资源及仲裁逻辑分时将数据上传到主端口，利用FPGA内部RAM资源缓存输入的数据；针对下行传输方向，通过解析网路包文目的MAC地址，将数据下发特定从端口或广播到多从端口。针对eCPRI协议中同步授时以及时延测试功能，本发明采用硬件时间戳、装置延时补偿以及SyncE手段，确保主从端授时的精准性。本发明能实现前传eCPRI接口的拓展功能，减少前传设备数量和升级成本，增加BBU设备eCPRI接口的利用率与传输效率。

Description

一种通用eCPRI接口拓展装置及方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种通用eCPRI接口拓展装置及方法。
背景技术
随着5G时代的到来，基站天线Massive MIMO技术应用以及载波带宽的大幅扩展。BBU与RRU之间带宽原来的CPRI接口带宽已经不能满足5G时代的需求，其升级版eCPRI接口孕育而生。申请号为CN201710780967.X的专利申请文件中有提到，各大厂家在设计通用主控制器时，考虑到成本、产品体积、后续的产品规划等，控制器的大小及各个接口的数量都不会预留太多。
eCPRI协议的解决方式是降低前传速率。在通信协议栈传输数据会层层加码，越到底层数据量越大的背景下，提出将协议栈在原属BBU的Low Phy功能下沉到RRU，从而达到将BBU与RRU间的通信带宽降低的目的。但同时也提高了RRU的复杂度。
eCPRI的出现解决了5G基站前传通信带宽瓶颈的问题，是未来前传通信接口的趋势。
然而现在市面eCPRI设备少。没有支持eCPRI拓展和交换的专利以及设备，但实际应用场景是有需求。BBU设备的eCPRI接口是有限的，并且增加更多的eCPRI接口，意味着更高的实现与设备成本。
发明内容
基于此，本发明的目的是为了解决eCPRI接口的拓展技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种通用eCPRI接口拓展装置，所述接口拓展装置包括装置端口；
所述装置端口包括：一个主端，采用高速50Gb/s带宽网口，用于连接BBU端口；多个从端，采用10Gb/s带宽网口，用于连接RRU端口；
所述内部组件包括：FPGA芯片、电源电路、时钟电路、一个SFP28连接器及四个SFP+连接器，所述电源电路输出为接口拓展装置供电，所述时钟电路为FPGA提供工作时钟，所述SFP28连接器以及SFP+连接器连接FPGA芯片高速串行双向收发接口。
所述BBU端口带宽大于10Gb/s，所述RRU端口带宽小于等于10 Gb/s。
eCPRI接口的时间信息包括Synchronization Plane的PTP1588类型数据与UserPlane的Message Type 5单向延时测量数据。
所述Synchronization Plane具有时间同步功能，所述User Plane具有MessageType 5 One-Way Delay Measurement单向延时测量的功能。
所述通用eCPRI接口拓展装置采用PTP1588协议、eCPRI接口协议以及SyncE同步功能，用于抵消因拓展装置传输、处理导致的BBU与RRU的时间同步误差与延迟测量误差。
将数据流传输方向分为上行传输方向和下行传输方向，所述上行传输方向为从端向主端发送数据，所述下行传输方向为主端向从端发送数据，所述接口拓展方法包括：
针对上行传输方向，首先对多路数据进行仲裁，按照人为设定的规则，进行优先级排序；多从端口通过内部RAM资源及仲裁逻辑分时将数据上传到主端口，利用FPGA内部RAM资源缓存输入的数据；
针对下行传输方向，通过解析网路包文目的MAC地址，将数据分发至特定从端口或广播到多从端口。
所述接口拓展方法还包括：
S1：将经MAC地址选择后的数据进行PTP1588v2协议解析以及eCPRI协议解析；
S2：将数据分流为时间类型与非时间类型两种类型；
S3：将分流后的数据分别输送至时间与数据处理环节；
S4：对时间类型的传输数据进行时间补偿。
对时间类型的传输数据进行时间补偿的方法包括：
S41：拓展装置解析eCPRI协议，从每个端口网络包文中提取时间类型的时间信息字段；
S42：利用FPGA的Ethernet IPcore具有硬件打时间戳功能，捕捉时间信息包进入以及输出装置的时刻；
S43：利用滞留延时纠正解析的时间信息字段，计算两个时刻的时间差值，将原时间包文的时间信息字段替换为补偿后的新时间包文字段；
S44：将纠正后的时间类型数据与非时间类型数据对齐、合并输出。
使用FPGA 内部计数器，计算该信息包进出装置的时长，计算精度由FPGA逻辑功能的驱动时钟频率决定。
本申请的有益效果：
1、能实现前传eCPRI接口的拓展功能，减少前传设备数量和升级成本；
2、可增加BBU设备eCPRI接口的利用率，增加eCPRI接口的传输效率；
3、能补偿因拓展设备导致前传设备间的同步与延时测量误差；
4、本发明通用性与兼容性强，符合eCPRI标准协议；
5、本发明设计灵活，采用FPGA实现，可根据场景需求灵活支持多个端口数。
附图说明
图1为本发明eCPRI拓展装置应用示意图；
图2为eCPRI拓展装置结构示意图；
图3为时延补偿处理结构示意图；
图4为本装置内部结构示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，在本实施例中，提供一种通用eCPRI接口拓展装置，此通用eCPRI拓展装置基于FPGA实现，使用预制的10Gb/s和50/40Gb/sEthernetIPcore实现高速eCPRI接口。装置端口分为1个主端与多个从端的结构。主端为高速50Gb/s带宽网口，从端为稍低10Gb/s带宽网口，同时要求与装置主端连接的BBU端口为大于10Gb/s，而与装置从端连接的RRU端口带宽小于等于10Gb/s。
具体的，如图4所示，所述接口拓展装置包括装置端口及内部组件；
所述装置端口包括：一个主端，采用高速50Gb/s带宽网口，用于连接BBU端口；多个从端，采用10Gb/s带宽网口，用于连接RRU端口；
所述内部组件包括：FPGA芯片、电源电路、时钟电路、一个SFP28连接器及四个SFP+连接器，所述电源电路输出为接口拓展装置供电，所述时钟电路为FPGA提供工作时钟，所述SFP28连接器以及SFP+连接器连接FPGA芯片高速串行双向收发接口。
利用主端高带宽可以分时与多个从端的数据传输数据，但在一段时间内，多从端与单主端的总数据带宽一致，并不会出现传输带宽不足，数据溢出的情况。
数据流方向分为上行和下行。下行方向主端通过解析网路包文目的MAC地址，从而将数据分发特定从端口或广播到多从端口。上行方向多从端通过内部Ram资源以及仲裁逻辑分时将数据上传到主端口。
除数据链路上拓展外，由于eCPRI协议Synchronization Plane有时间同步功能，User Plane有Message Type 5 One-Way Delay Measurement单向延时测量的功能。eCPRI接口拓展装置需要补偿数据包因为在拓展装置中处理、传输导致的时间延迟量。
拓展装置解析eCPRI协议，从每个端口网络包文中提取该两种时间类型的时间信息字段。同时利用FPGA的Ethernet IPcore具有硬件打时间戳功能，高精度捕捉时间信息包文进入以及出装置的时刻，计算两个时刻的时间差值，将原时间包文的时间信息字段替换为补偿后的新时间包文字段。根据PTP1588协议以及eCPRI协议，该方式能够抵消因为拓展装置传输、处理导致BBU与RRU的时间同步误差与延迟测量误差。
具体的，在本实施例中，如图3所示，为前传场景的eCPRI接口拓展，特别是BBUeCPRI接口拓展。数据流方向分为上行和下行，传输数据类型分为时间类型与非时间类型。
首先对主端与多从端数据交换方式说明：
对于下行传输方向，即主端向从端发送。通过解析数据帧头MAC地址，可得到数据应该从哪个从端口输出的路由信息，数据可以是端对端，也可是广播数据。
上行方向，由于在同一时刻，可能存在多路从端数据上传，需要对多路数据进行仲裁、排序。按照人为设定的规则，如时间先后、数据类型、或者端口优先级进行优先级排序。高优先级数据先输出，低优先级后输出。后输出的数据，利用FPGA内部RAM资源进行缓存。
eCPRI接口协议是建立在以太网协议的基础上，上行方向数据仲裁与排序的基本操作颗粒为一个以太网包。
然后对时间类型传输数据的时间补偿方式说明：
以单个从端的时延补偿结构进行说明；下行方向经MAC地址选择后的数据首先进行PTP1588v2协议解析以及eCPRI协议解析，将数据分流为两种类型，即时间类型与非时间类型。分流后数据分别输出到时间与数据处理环节。非时间类型数据不做任何处理。时间类型数据需解析时间信息字段，记录该信息包进入以及出拓展装置的滞留延时，使用滞留延时纠正解析的时间信息字段。最后将纠正后的时间类型数据与非时间类型数据对齐、合并输出从端。
eCPRI接口的时间信息包含Synchronization Plane的PTP1588类型数据与UserPlane的Message Type 5单向延时测量数据共两种数据类型。
滞留延时计算方式使用FPGA的Ethernet IPcore硬件打时间戳功能，高精度捕捉时间信息包文进入以及出装置的时刻，使用FPGA 内部计数器，计算该数据包进出装置时长。计算精度随FPGA该逻辑功能的驱动时钟频率决定，在500MHz的时钟条件下，理论装置的时间补偿精度为±2ns。
时间信息字段替换方式换利用网络包进出Ethernet MAC的打时间戳点先于时间信息字段的特点，利用输出输两者时间差实现该段数据的替换功能。
需要注意的是，上行时间补偿方式与下行一致。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种通用eCPRI接口拓展装置，其特征在于，所述接口拓展装置包括装置端口及内部组件；
所述装置端口包括：一个主端，采用高速50Gb/s带宽网口，用于连接BBU端口；多个从端，采用10Gb/s带宽网口，用于连接RRU端口，主端高带宽分时与多个从端的数据传输数据，在一段时间内，多从端与单主端的总数据带宽一致；数据流方向分为上行和下行，下行方向主端通过解析网路包文目的MAC地址，将数据分发特定从端口或广播到多从端口，上行方向多从端通过内部Ram资源以及仲裁逻辑分时将数据上传到主端口；
所述内部组件包括：FPGA芯片、电源电路、时钟电路、一个SFP28连接器及四个SFP+连接器，所述电源电路输出为接口拓展装置供电，所述时钟电路为FPGA提供工作时钟，所述SFP28连接器以及SFP+连接器连接FPGA芯片高速串行双向收发接口；
eCPRI接口的时间信息包括Synchronization Plane的PTP1588类型数据与User Plane的Message Type 5单向延时测量数据，所述Synchronization Plane具有时间同步功能，所述User Plane具有Message Type 5 One-Way Delay Measurement单向延时测量的功能，eCPRI接口拓展装置补偿数据包在拓展装置中处理、传输导致的时间延迟量；
所述通用eCPRI接口拓展装置采用PTP1588协议、eCPRI接口协议以及SyncE同步功能，用于抵消因拓展装置传输、处理导致的BBU与RRU的时间同步误差与延迟测量误差；
所述通用eCPRI接口拓展装置解析eCPRI协议，从每个端口网络包文中提取BBU与RRU两种时间类型的时间信息字段，利用FPGA的Ethernet IPcore具有硬件打时间戳功能，高精度捕捉时间信息包文进入以及出装置的时刻，计算两个时刻的时间差值，将原时间包文的时间信息字段替换为补偿后的新时间包文字段，根据PTP1588协议以及eCPRI协议，抵消因为拓展装置传输、处理导致BBU与RRU的时间同步误差与延迟测量误差。
2. 如权利要求1所述的一种通用eCPRI接口拓展装置，其特征在于，所述BBU端口带宽大于10Gb/s，所述RRU端口带宽小于等于10 Gb/s。
3.一种通用eCPRI接口拓展方法，基于权利要求1~2任一项所述的一种通用eCPRI接口拓展装置，其特征在于，将数据流传输方向分为上行传输方向和下行传输方向，所述上行传输方向为从端向主端发送数据，所述下行传输方向为主端向从端发送数据，所述接口拓展方法包括：
针对上行传输方向，首先对多路数据进行仲裁，按照人为设定的规则，进行优先级排序；多从端口通过内部RAM资源及仲裁逻辑分时将数据上传到主端口，利用FPGA内部RAM资源缓存输入的数据；
针对下行传输方向，通过解析网路包文目的MAC地址，将数据分发至特定从端口或广播到多从端口；
还包括：
S1：将经MAC地址选择后的数据进行PTP1588v2协议解析以及eCPRI协议解析；
S2：将数据分流为时间类型与非时间类型两种类型；
S3：将分流后的数据分别输送至时间与数据处理环节；
S4：对时间类型的传输数据进行时间补偿处理。
4.如权利要求3所述的一种通用eCPRI接口拓展方法，其特征在于，对时间类型的传输数据进行时间补偿的方法包括：
S41：拓展装置解析eCPRI协议，从每个端口网络包文中提取时间类型的时间信息字段；
S42：利用FPGA的Ethernet IPcore具有硬件打时间戳功能，捕捉时间信息包进入以及输出装置的时刻；
S43：利用滞留延时纠正解析的时间信息字段，计算两个时刻的时间差值，将原时间包文的时间信息字段替换为补偿后的新时间包文字段；
S44：将纠正后的时间类型数据与非时间类型数据对齐、合并输出。
5.如权利要求4所述的一种通用eCPRI接口拓展方法，其特征在于，还包括：使用FPGA内部计数器，计算时间信息包进出装置的时长，计算精度由FPGA逻辑功能的驱动时钟频率决定。
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