CN113726435B - 一种应用于多服务ddas系统的高效率前传网络传输方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于多服务DDAS系统的高效率前传网络传输方法，通过搭建了多运营商多服务DDAS系统测试平台，支持三家运营商全制式服务信号的同时传输，可根据系统各通道的业务数据带宽选择吞吐率，通过降低数据缓存深度实现低时延数据传输，并使用无源波分复用技术提高光纤链路传输容量，以解决未来移动服务数据量过大的问题。

Description

一种应用于多服务DDAS系统的高效率前传网络传输方法

技术领域

本发明涉及一种应用于多服务DDAS系统的高效率前传网络传输方法，属于无线接入网技术领域。

背景技术

在未来的移动通信网络中，移动业务类型、数量及带宽无疑将不断增加，前传网络承载的数据量也会成倍增长。然而网络基础设施及光纤资源有限，如何实现包括2G、3G、4G甚至5G等服务信号的同时传输成为摆在运营商面前的一道难题。多运营商多服务支持的DDAS系统可在一张承载网上实现全制式信号覆盖，如何利用一张承载网来满足多通道、大带宽和低延迟新业务的前传需求给前传网络的设计带来巨大挑战。

在前传接口协议研究方面，CPRI接口协议的传输速率恒定，未来多业务、大带宽的无线信号传输将导致CPRI接口速率急剧增长，其频谱效率低的缺点越发凸显，对光收发器的性能及光纤资源数量要求更高，最终导致网络建设成本增加。基于物理层功能前构的eCPRI前传技术在射频拉远单元(RRH)和基带处理单元(BBU)之间建立功能分割点，可有效降低前传接口数据量，可以说体现了通信技术发展的一个趋势，但该方案使得RRH在复杂度、功耗、成本等方面都有所增加。从目前移动网络演进的过程可以看到，5G网络的出现并不意味着对2G、3G及4G网络的摒弃，而且考虑到新技术的研发、生产周期，5G网络的规模商用还需时间，各种网络制式服务将长期共存。然而，传统的前传接口协议无法兼容eCPRI接口。

现有前传网络传输方法存在前传协议传输速率恒定，频谱效率低、前传接口无法同时兼容多种制式网络的缺点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，面对未来移动服务数据量过大、现有前传网络传输方法存在前传协议传输速率恒定，频谱效率低、前传接口无法同时兼容多种制式网络的缺点，提出了一种应用于多服务DDAS系统的高效率前传网络传输方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种应用于多服务DDAS系统的高效率前传网络传输方法，步骤如下：

(1)将前传网络中接收端各通道业务数据以时分复用方式进行帧排布；

(2)将DDAS系统处理器的控制信息融合于前传网络链路中进行传输；

(3)于帧结构中周期分布同步信息；

(4)于自定义帧中预留空置位置以支持定位数据、IoT类信息传输；

(5)根据自定义前传接口协议将前传数据嵌入至GTX模块的数据输入口中，将前传数据转换为GTX模块并行输入信号；

(6)于前传协议中引用先入先出队列FIFO对各通道业务数据及控制信息分别进行缓存，根据各通道数据的吞吐率设置FIFO的读写速度，将吞吐率低于预设标准的业务数据及控制信息存入FIFO中，由前传接口以高速式中周期性取出数据组成前传帧结构。

所述步骤(1)中，将各通道业务数据以时分复用方式进行帧排布的具体步骤为：

(1-1)以奈奎斯特采样准则作为约束条件，将前传网络架构接收端采集的各通道业务信号进行量化压缩及采样压缩；

(1-2)根据预设带宽分配机制，将各通道业务数据吞吐率根据各通道带宽进行配置，并控制数据吞吐率α于指定范围内；

(1-3)将各通道业务数据以时分复用的方式进行帧排布。

所述步骤(1-2)中，数据吞吐率α的指定范围为：取值与步骤(1-1)中，业务信号经采样压缩后的信息速率一致。

所述步骤(2)中，所述控制信息包括执行信息、告警信息，根据业务类型降低吞吐率β倍以降低链路传输速率。

所述步骤(6)中，吞吐率预设标准具体为：根据前传网络架构接收端采集各通道业务信号的采样率确定。

各通道数据传输采用无源WDM实现多路并发光纤数据的同时传输。

前传网络接收端设置有同步检测模块，对前传接口数据的同步状态进行检测，当前传接口为同步状态时正常解析前传数据，否则前传数据输出为零。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明提供的一种应用于多服务DDAS系统的高效率前传网络传输方法，可同时支持多制式前传数据传输的高效率前传网络传输方法，该方法可根据系统各通道的业务数据带宽选择吞吐率，通过降低数据缓存深度实现低时延数据传输，同时使用无源波分复用技术提高光纤链路传输容量，以解决未来移动服务数据量过大的问题，通过同步检测模块可对链路接收数据的同步状态进行检测，防止对接收端的器件造成损坏。

附图说明

图1为发明提供的高效率前传网络架构框图；

图2为发明提供的前传接口协议组帧框图；

图3为发明提供的同步检测模块的逻辑框图；

图4为发明提供的4G前传接口协议与5G前传接口协议示意图；

具体实施方式

一种应用于多服务DDAS系统的高效率前传网络传输方法，通过搭建了多运营商多服务DDAS系统测试平台，支持三家运营商全制式服务信号的同时传输，可根据系统各通道的业务数据带宽选择吞吐率，通过降低数据缓存深度实现低时延数据传输。同时，本文使用无源波分复用技术提高光纤链路传输容量，以解决未来移动服务数据量过大的问题。同步检测模块可对链路接收数据的同步状态进行检测，防止对接收端的器件造成损坏。

具体步骤如下：

(1)将前传网络中接收端各通道业务数据以时分复用方式进行帧排布；

其中，将各通道业务数据以时分复用方式进行帧排布的具体步骤为：

(1-1)以奈奎斯特采样准则作为约束条件，将前传网络架构接收端采集的各通道业务信号进行量化压缩及采样压缩；

(1-2)根据预设带宽分配机制，将各通道业务数据吞吐率根据各通道带宽进行配置，并控制数据吞吐率α于指定范围内；

数据吞吐率α的指定范围为：该值与(1-1)中业务信号经采样压缩后的信息速率一致。

(1-3)将各通道业务数据以时分复用的方式进行帧排布；

(2)将DDAS系统处理器的控制信息融合于前传网络链路中进行传输；

其中，控制信息包括执行信息、告警信息，根据业务类型降低吞吐率β倍以降低链路传输速率；

(3)于帧结构中周期分布同步信息；

(4)于自定义帧中预留空置位置以支持定位数据、IoT类信息传输；

(5)根据自定义前传接口协议将前传数据嵌入至GTX模块的数据输入口中，将前传数据转换为GTX模块并行输入信号；

(6)于前传协议中引用先入先出队列FIFO对各通道业务数据及控制信息分别进行缓存，根据各通道数据的吞吐率设置FIFO的读写速度，将吞吐率低于预设标准的业务数据及控制信息存入FIFO中，由前传接口以高速式中周期性取出数据组成前传帧结构，其中：

吞吐率预设标准具体为：前传网络架构接收端采集各通道业务信号的采样率。

各通道数据传输采用无源WDM实现多路并发光纤数据的同时传输。

前传网络接收端设置有同步检测模块，对前传接口数据的同步状态进行检测，当前传接口为同步状态时正常解析前传数据，否则前传数据输出为零。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

在本实施例中，如图1所示，应用于多服务DDAS系统中的高效率前传网络传输方法具体步骤为：

1、将各通道业务数据以时分复用的方式在帧中排布；

1.1、在奈奎斯特采样准则的约束下，对各通道业务信号进行量化压缩和采样压缩。

1.2、采用灵活的带宽分配机制，各通道业务数据吞吐率根据各通道带宽灵活配置，即尽可能采用较低的数据吞吐率α。

1.3、将各通道业务数据以时分复用的方式在帧中排布。

2、将系统处理器中的控制信息，包括执行信息和告警信息，融合在前传链路中传输。其中，执行及告警信息的吞吐率会根据业务类型而降β倍，以最大化地降低链路传输速率。

3、将同步信息周期性地分布在帧结构中，以使得远端能正确恢复出前传网络数据。

4、在该自定义帧中预留出空置位置，以支持定位数据和大量IoT类信息的传输，增强系统的业务可扩展能力。

5、根据自定义前传接口协议将前传数据嵌入到GTX模块的数据输入口中，完成将前传数据转换为GTX模块并行输入信号的操作。

6、GTX模块的时钟大小和各类前传数据的吞吐率大小不匹配，为实现前传数据的完整实时传输，前传协议需引用先入先出队列(FIFO)对各路业务数据及控制信息数据分别进行缓存，并根据各路数据的吞吐率设置FIFO的读写速度。在组帧过程中，先将低吞吐率的业务数据和控制信息等存入FIFO模块中，等待前传接口以高速时钟周期性地取出数据，组成前传帧结构。本系统使用了同步时钟来对各级设备间的系统时钟进行同步，提高了各设备间的数据同步性。同时，前传协议帧可以选择较小的FIFO深度，以降低前传链路的时延。

采用无源WDM的方案实现多路并发光纤数据的同时传输，以大大提升前传容量，同时在接收端，同步检测模块可对前传接口数据的同步状态进行检测，只有当前传接口检测为同步状态时，可正常解析出前传数据，否则前传数据的输出值为零。

为测试本发明提出的高效率前传网络方案的性能，我们搭建了多运营商多服务DDAS系统测试平台。该系统可支持三家运营商全制式(包括2G、3G、4G和5G)服务信号的同时传输，具体服务类型、带宽、及前传接口吞吐率大小如下表所示。

根据本发明方法方案，使得该系统的所有服务数据能够同时在单根单模光纤链路传输，并测试系统的信号传输性能。使用R&S公司的SMW200A作为VSG产生各通道对应频率带宽的FDD LTE Uplink信号源，信号调制格式为QPSK。经过射频处理及数字采样后，各路业务基带数据送入前传协议接口。同时，MCU中的控制、告警信息也送入前传协议接口。

根据高效率自定义前传接口协议对各路前传数据进行打包，GTX收发器模块对打包的前传数据进行并串转换。光电转换模块对串行数据进行光电转换得到光信号。光电转换模块采用工作在1330mm波长的10G单模单纤光模块，光模块中光激光器将光信号通过光纤发送到系统另一端。由于系统通道数量多，业务数据量大，同时为了便于管理，根据业务类型设计了4G前传链路和5G前传链路，分别传输2G/3G/4G等14路服务数据和传输5G服务数据。为提高前传光纤链路的承载容量，采用无源WDM技术在单条单模光纤上复用传输多路光纤信号。使用的8通道无源CWDM光路合路器，其中的1270nm波长通道和1290nm波长通道分别连接4G前传光纤链路和5G前传光纤链路。为测试不同光接收功率条件下前传链路的信号传输性能，在远端单元和接入单元之间的单模光纤链路中串接可调光衰减器(VOA)，通过VOA调节光信号衰减值，进而改变接收端的光接收功率值。与发送链路相反，在接收端，对应的8通道无源CWDM分路器根据波长不同对光纤信号进行分路并分别连接4G链路光模块和5G链路光模块。光模块中的PIN光电二极管对光信号进行检测并完成光电转换。自定义前传协议对串行数据进行解包，并恢复出各路基带业务数据及控制信息数据。数模转换模块及射频模块对基带业务数据进行处理并得到射频信号。使用R&S公司的FSW作为VSA对射频信号进行分析并评估系统前传网络的信号传输性能。

如图2所示，如图2(a)所示，在基本帧结构中，经过量化压缩和采样压缩后的业务数据及控制信息以时分复用的方式在帧中排布。各业务数据吞吐率α根据各通道带宽灵活配置。执行及告警信息的吞吐率会根据业务类型而降β倍，以最大化地降低链路传输速率。此外，同步信息周期性地分布在帧结构中，以使得远端能正确恢复出前传网络数据。为了增强系统的业务可扩展能力，该自定义帧中预留出空置位置，以支持定位数据和大量IoT类信息的传输。

图2(b)在时域上显示了自定义前传协议帧结构的示意图，左侧为帧结构，右侧的箭头指向表示了前传数据随时间变化的组帧顺序。

如图3所示，同步检测模块接收高速收发器数据data_in，然后根据自定义前传协议帧结构及K码指示信号，不断检测K码的接收状态。如果同步检测模块能够连续正确接收到5个K码，则判定前传链路数据接收处于同步状态，否则判定为失步。另外，当同步检测模块已判定链路数据同步，其还需继续验证链路是否持续正确接收到K码，否则判定失步。

在发射端，FPGA将15路通道的业务数据和控制信息数据进行处理，按照自定义前传接口协议以时分复用的方式对前传数据进行打包，设计了4G前传接口帧结构和5G前传接口帧结构，如图4所示，在4G基本帧中，经过采样压缩和量化压缩后，15路业务数据的吞吐率如表1所示，链路速率被压缩为7.455Gbps。业务数据量和控制信息数据量的比值为1/32。根据各类控制信息的实时性要求，该类数据的总体吞吐率降低5倍(β)，故控制信息数据速率为7.455Gbps*1/32*1/5。将同步信息、控制字和保留信息考虑在内的话，链路总体传输数据速率为9.8304Gbps。由于链路传输速率小于10Gbps，业务数据总吞吐率为588.8MHz，图4a所示的4G前传帧结构可配置参数如下，sys_clk＝245.76MHz，w＝15360，b＝32(GTX模块配置32位并行接口)。

具体帧结构中，W＝1为帧头，W＝2为K码，从W＝3后的14651个Dword为业务数据和控制数据，按照时间先后顺序，先以I路和Q路交错的方式传第一路的12*160个IQ数据，然后以同样方式传输第二路10*160个IQ数据，以此类推将第剩余12路的IQ数据打包发走。最后再传输剩余的控制信息、保留信息和帧尾数据等。在5G基本帧与4G基本帧类似，其中，单路5G业务数据速率被压缩为1.966Gbps，图4b中所示5G前传帧结构中可配置参数如下，sys_clk＝245.76MHz，w＝15360，b＝32(GTX模块配置32位并行接口)。

图4b中具体帧结构中，W＝1为帧头，W＝2为K码，从W＝3后的14651个Dword可放置业务数据和控制数据，而第一路5G业务数据只占据了33个Dword，故5G基本帧还可扩展支持其他服务。我们通过在FPGA中调用配置IP core来实现FIFO模块，同时将缓存业务数据和控制信息数据逇FIFO深度设为512，不仅能保证传输数据的完整性，同时尽量降低前传接口协议引入的时延。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种应用于多服务DDAS系统的高效率前传网络传输方法，其特征在于步骤如下：

(1)将前传网络中接收端各通道业务数据以时分复用方式进行帧排布；

(2)将DDAS系统处理器的控制信息融合于前传网络链路中进行传输；

(3)于帧结构中周期分布同步信息；

(4)于自定义帧中预留空置位置以支持定位数据、IoT类信息传输；

(5)根据自定义前传接口协议将前传数据嵌入至GTX模块的数据输入口中，将前传数据转换为GTX模块并行输入信号；

(6)于前传协议中引用先入先出队列FIFO对各通道业务数据及控制信息分别进行缓存，根据各通道数据的吞吐率设置FIFO的读写速度，将吞吐率低于已知标准的业务数据及控制信息存入FIFO中，由前传接口以高速式周期性取出数据组成前传帧结构，使用无源波分复用技术提高光纤链路传输容量；

所述步骤(1)中，将各通道业务数据以时分复用方式进行帧排布的具体步骤为：

(1-1)以奈奎斯特采样准则作为约束条件，将前传网络架构接收端采集的各通道业务信号进行量化压缩及采样压缩；

(1-2)根据预设带宽分配机制，将各通道业务数据吞吐率根据各通道带宽进行配置，并控制数据吞吐率α于传输需求范围内；

(1-3)将各通道业务数据以时分复用的方式进行帧排布；

所述步骤(1-2)中，数据吞吐率α的指定范围为：取值与步骤(1-1)中，业务信号经采样压缩后的信息速率一致；

所述步骤(2)中，所述控制信息包括执行信息、告警信息，根据业务类型降低吞吐率β倍以降低链路传输速率；

所述步骤(6)中，吞吐率预设标准具体为：根据前传网络架构接收端采集各通道业务信号的采样率确定；

各通道数据传输采用无源WDM实现多路并发光纤数据的同时传输；

前传网络接收端设置有同步检测模块，对前传接口数据的同步状态进行检测，当前传接口为同步状态时正常解析前传数据，否则前传数据输出为零。

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