無線前傳設備是為了滿足未來5G物聯(lián)網(wǎng)海量連接和增強覆蓋需求而生的一種新型基站前端數(shù)據(jù)無線傳輸技術。本文首先介紹了無線接入網(wǎng)基站結構的演進和無線前傳的應用需求。接下來介紹了R&S公司CPRI轉換模塊EX-IQ-Box配合信號與頻譜分析儀FSW測試無線前傳設備的測試方案和測試結果。

1．無線接入網(wǎng)基站結構演進概述

以前的2G、3G通信時代的無線接入網(wǎng)基站架構如下圖一（左）所示，基站的射頻收發(fā)信機部分（RRU）和基帶處理部分（BBU）單元均放置在機房，室外天線和RRU之間采用同軸線連接。傳統(tǒng)基站部署網(wǎng)絡中，基站的擴容是運營商一個頭疼的大問題，這是由于傳統(tǒng)基站的各個模塊通常是集成在一起的，例如基帶單元和射頻單元通常是無法完全分離的。如果需要進行擴容，在基帶單元資源緊張的情況下，增加基帶單元的同時就必須增加射頻單元，導致無法避免地射頻單元浪費。此外，運營商必須為機房配置UPS和空調(diào)冷卻，同軸線系統(tǒng)所需的放大器等器件的能耗也很大。

隨著光纖通信技術的發(fā)展，同軸線逐漸被光纖所取代。光纖不需要放大器等器件，并且?guī)捜萘看螅瑐鬏斁嚯x長。2003年6月，愛立信、華為、NEC、西門子和北電共同發(fā)起成立了CPRI(Common Public Radio Interface，通用公共無線接口)標準化組織。CPRI是一種RF over Fibre的光纖通信技術，是基站內(nèi)部基帶單元和射頻單元之間的接口。BBU和RRU因此可以設計成單獨的模塊，基站接收到的載波數(shù)字化后通過標準的CPRI接口拉遠實現(xiàn)分布式組網(wǎng)——即分布式基站，RRU從機房中移出，靠近天線放置在鐵塔上，如圖一（中）所示。分布式基站不僅帶來了快速便捷的網(wǎng)絡部屬，而且光纖技術有利于大幅降低運營商建網(wǎng)的成本。

借助于CPRI數(shù)據(jù)傳輸，一種新的C(entralized)-RAN出現(xiàn)了。它利用集中式BBU基帶池和分布式RRU的部署，通過CPRI接口在RRU和BBU之間傳輸數(shù)據(jù)。前傳（fronghaul）就定義為基站RRU射頻前端將數(shù)字化后的基帶數(shù)據(jù)傳給基帶BBU進行處理的鏈路。這種結構可以經(jīng)濟而有效的方式降低無線接入網(wǎng)的建設和維護成本，實現(xiàn)先進的多點傳輸和接收技術、更靈活的多標準支持、更有效地應對潮汐效應、以及更好的RAN 邊緣業(yè)務支持等。C(loud)-RAN是在C(entralized)-RAN的基礎上演進的一種更優(yōu)化效率的結構，基站部分物理層基帶信號處理（即前端）從集中化基帶池中分離，數(shù)字前端與RRU融合，回傳被集中協(xié)作處理的BBU取代，BBU基帶池對RRU來說成為虛擬的物理資源，形成“軟”基站，支持多標準通信和各種應用層業(yè)務，即所謂的云化，如圖一（右）所示。一個集中式基帶池可以靈活擴展支持10載波、100載波甚至更多，多個小區(qū)間可以靈活地進行協(xié)作調(diào)度、處理以及分層協(xié)作，同時可以降低能源消耗、運維成本。

圖一.傳統(tǒng)基站結構（左），分布式基站結構（中），云基站結構（右）

如前文所述，前傳現(xiàn)在主要還是采用基于光纖的CPRI通信。但隨著5G時代的到來，大量的終端和物聯(lián)網(wǎng)設備需要通過基站接入網(wǎng)絡，終端龐大的數(shù)量會是4G時代的10倍以上，因此小基站和微基站部署的的數(shù)量會爆發(fā)式增長。再使用基于光纖的CPRI進行數(shù)據(jù)前傳會導致部署成本高昂、布線擴容復雜。于是，采用無線前傳的需求應運而生。市場上現(xiàn)有的無線前傳設備一般工作在射頻（6GHz以下頻段）或毫米波（E-band、V-band）頻段，采用QAM高階調(diào)制方式進行點對點直射（LOS，Line of Sight）傳輸。以EBlink公司的無線前傳產(chǎn)品FL58為例，如圖二（右）所示，前傳設備和RRU、BBU連接的方式仍然采用CPRI接口，工作在5.8GHz頻段，在70MHz帶寬內(nèi)提供最高7.5Gbps的數(shù)據(jù)速率。無線前傳擺脫了有線光纖的束縛，相當于基站RRU的衍生和擴展，并可以多級連接，覆蓋更多的熱點和建筑物盲區(qū)。

圖二.無線前傳的內(nèi)在需求（左）和系統(tǒng)結構圖（右）

2．無線前傳設備的R&S測試方案

要使用通用的測量儀表對無線前傳設備進行測試，首先需要解決CPRI接口轉換的問題。R&S EX-IQ-Box數(shù)字基帶接口模塊為R&S信號發(fā)生器和頻譜信號分析儀產(chǎn)品提供靈活的數(shù)字基帶輸入和輸出信號，它的主要應用領域是將R&S的數(shù)字I/Q信號轉換成用成用戶自定義或標準化的數(shù)字信號格式，或反之。EX-IQ-Box內(nèi)置任意波形發(fā)生器（ARB選件），能播放由R&S WinIQSim2、Matlab或其他工具軟件生成的波形文件，并且在CPRI接口上同時可以支持多達4個不同的信號傳輸。R&S EX-IQ Box加配CPRI接口擴展板選件后，EX-IQ-Box能產(chǎn)生和接收符合CPRI協(xié)議標準的數(shù)字IQ數(shù)據(jù)，模擬BBU或RRU工作狀態(tài)。如圖三所示，EX-IQ-Box能單獨進行上行或下行測試，也可以支持上下行并行測試。此外，EX-IQ Box也可以實時的插入CPRI協(xié)議規(guī)定的C&M信息。CPRI接口板的配置主要通過R&S的DigIConf配置軟件來完成。

圖三. R&S EX-IQ Box替代RRU/BBU測試BBU/RRU的組網(wǎng)圖

無線前傳設備測試組網(wǎng)圖如圖四所示的，使用EX-IQ-Box替代BBU（上行測試）或RRU（下行測試），發(fā)射標準的LTE和WCMDA信號，通過CPRI接口送進無線前傳設備發(fā)射。在接收端可采用另一臺EX-IQ-Box替代RRU或BBU，把CPRI信號轉換為數(shù)字基帶IQ信號后，通過數(shù)據(jù)基帶接口送進信號分析儀（如R&S FSW信號與頻譜分析儀）進行解調(diào)和分析，得到如頻譜圖、ACLR、EVM、信噪比和星座圖等典型發(fā)射機測試結果和指標。

圖四. R&S EX-IQ Box替代RRU或BBU測試無線前傳設備的組網(wǎng)圖

3．無線前傳設備測試典型設置和測試結果

首先在R&S WINSIM2波形文件制作軟件中產(chǎn)生LTE和WCDMA信號波形文件。由R&S WINSIM2產(chǎn)生的LTE和WCDMA波形文件，通過DigIConf配置軟件加載到信號發(fā)生側的EX-IQ-Box的內(nèi)置任意波形發(fā)生器中，如圖五所示，最多可加載四個不同信號的波形文件。加載波形后可讀出采樣率、采樣點數(shù)和信號峰均比。

圖五. R&S EX-IQ Box模擬BBU或RRU產(chǎn)生信號的設置界面

在控制軟件“DigIConf”的“Downlink(TX)”設置標簽頁中設置IQ電信號到CPRI光信號的映射（圖六）。需要設置的參數(shù)較多，具體方法和步驟請參考R&S公司網(wǎng)站的應用指南“CPRI RE Testing”(編號1GP78)。在這里我們加載了LTE和WCDMA兩個信號來模擬基站的多載波或多模的工作場景。分析側的EX-IQ-Box需要把“Mode”切換為CPRI REC Test。由于使用信號分析儀解調(diào)，信號輸出接口選擇“DIG IQ OUT 2”，其余的CPRI設置和信號發(fā)生側的EX-IQ-Box保持一致。最后打開激活所有的設置即配置成功。

圖六. R&S EX-IQ Box CPRI信號產(chǎn)生的設置界面

信號解調(diào)分析的目前只支持同時對一個AoC的分析，多個AoC需要分時進行。圖七（上）和（下）是EX-IQ-Box將無線前設備傳接收側的CPRI信號轉換為數(shù)字IQ信號后，信號與頻譜分析儀FSW對10MHz帶寬的LTE信號和WCDMA信號的基帶IQ頻譜測試和解調(diào)結果，信號的EVM經(jīng)無線前傳設備后仍然保持0.36%和0.17%。

圖七. 無線前傳設備測試結果——LTE（上）和WCDMA（下）

4．小結

隨著5G時代的到來，無線接入網(wǎng)基站必將迎來新的技術革新，各種技術也紛紛登場。由于海量終端需要接入，可以展望無線前傳設備在未來5G通信中具有廣泛的應用。使用R&S EX-IQ-BOX配合頻譜與信號分析儀能夠完成對無線前傳設備的研發(fā)和測試。