本文介紹了使用Mu率壓縮對高斯波形進(jìn)行壓縮的方法，例如，CPRI接口所使用的基帶IQ數據。Mu率壓縮通常用在音頻應用中，實(shí)現的效率很高，但是對于基帶信號，保真度損失較大。本文介紹偏置二次方方法，減少了分段數量，高效的獲得更適合基帶信號的低Mu值。這一靈活的壓縮方法提供2:1壓縮比，對于標準LTE(長(cháng)期發(fā)展)測試波形，EVM (誤差矢量幅度)劣化不到1%。

典型的LTE宏射頻基站系統包括兩部分：基帶處理和射頻。這些組成一般通過(guò)光纖通道連接，協(xié)議接口由名為CPRI的公開(kāi)規范進(jìn)行定義。在這一規范中，這些模塊被定義為REC (射頻設備控制器)和RE (射頻設備)。請參見(jiàn)圖1。另一種類(lèi)似的接口是OBSAI (開(kāi)放基站體系結構計劃)。

CPRI定義了各種拓撲，包括點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)、鏈，以及環(huán)形拓撲。CPRI傳送同步、C&M (控制和管理)，以及基帶IQ數據。

背景

CPRI是由密切協(xié)作的業(yè)界多家OEM定義的。最初是為3GPP UTRA (UMTS)開(kāi)發(fā)的，但是后來(lái)擴展到覆蓋了WiMAX、3GPP E-UTRA (LTE)，以及3GPP GSM。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)標準的發(fā)展，IQ數據的帶寬需求急劇增長(cháng)。

采樣率、天線(xiàn)數量和射頻數量的不斷增長(cháng)促使CPRI標準的帶寬幾乎每?jì)赡昃蜁?huì )翻倍，如圖2和表1所示。帶寬的增長(cháng)也增加了數字實(shí)現(邏輯和收發(fā)器)和光器件(激光模組和光纖)的成本。最近的CPRI V6.0版標準引入了10.1376Gbps鏈路，使用66b64b編碼替代其他線(xiàn)路速率所使用的8b10b，從而提高了鏈路效率。迫切需要進(jìn)一步提高效率。

本文介紹壓縮IQ數據的一種方法，以相對較小的保真度損失，降低了傳送速率。
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Mu率壓縮

Mu率壓縮這種方法在數值范圍內重新分配數值，這樣，當進(jìn)行后續的量化時(shí)，能夠降低信號保真度損失。采用算術(shù)函數進(jìn)行重新分配，從零開(kāi)始擴展數字。通過(guò)選擇常數Mu_compand_val來(lái)控制擴展率。

Mu率壓縮通常用在音頻壓縮中，是ITU-T建議G.711和G.191推薦的方法。在這些音頻壓縮方法中，設定了較大的Mu_compand_val=255值。它產(chǎn)生2n指數，通過(guò)直接位移實(shí)現分段線(xiàn)性逼近，位移量由指數決定(參見(jiàn)表2)。圖3顯示了分段數和8位輸出。

除了Mu率，ITU-T還建議了非常相似的方法，名為A率。A率映射到稍微不同的分段，小數值時(shí)產(chǎn)生稍微不同的結果。

3GPP測試和要求

蜂窩射頻系統的信號保真度是由3GPP定義的。測試規范TS 36.104以EVM (誤碼矢量測量)定義了信號保真度。EVM是從理想星座點(diǎn)到測量點(diǎn)的矢量大小。

Mu率/ A率測試

使用了各種Mu_compand_val值進(jìn)行壓縮和解壓縮。圖4顯示了Mu_compand_val與EVM對比曲線(xiàn)，以藍色表示A率，紅色表示Mu率。較大的Mu值將指數增加的采樣數映射為同樣的指數，對于64QAM數據，其結果非常差。進(jìn)行一次簡(jiǎn)單量化，Mu_compand_val=255時(shí)，EVM較差。與ITU建議相比，顯然需要很淺的指數/擴展比。

當Mu_compand_val大約是5時(shí)，出現了OFDMA信號最優(yōu)點(diǎn)。雖然Mu_compand_val等于255時(shí)，是高效的實(shí)現點(diǎn)，但是EVM不適合OFDMA波形，需要較小的數值。

圖5中，模擬Mu率壓縮，Mu_compand_val=8。Mu率函數將數據擴展，數據填充超出了IQ數值范圍。從16位到8位的Mu率壓縮得到了0.55%的EVM。
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3GPP測量

實(shí)現之后，使用3GPP測試模型和業(yè)界標準測量設備，進(jìn)行實(shí)際的3GPP測量。圖6顯示了E-UTRA解調后的波形。在這一特殊的結果中，使用實(shí)際硬件，Mu_compand_val被設置為8，得到了平均EVM為0.791%。

IQ映射自動(dòng)生成工具

CPRI標準提供了幀結構和通用方法，映射CPRI幀中的IQ數據，但是并沒(méi)有嚴格的標準，供應商實(shí)現了各種不同的方法。由于可以使用不同的位寬度，因此，CPRI壓縮增大了難度。IQ映射器的實(shí)現比較獨特，每家供應商都為這一模塊開(kāi)發(fā)了定制RTL。Altera開(kāi)發(fā)的工具極大的簡(jiǎn)化了這一過(guò)程。該工具基于Excel，其中，可以選擇曲線(xiàn)斜率，然后，針對每一IQ采樣，在單元中填入AxC載波。使用填充位，使幀填滿(mǎn)。CPRI幀完全填滿(mǎn)后，VB宏會(huì )為某一映射結構自動(dòng)生成RTL代碼。如果需要多次使用，工具可以用于自動(dòng)生成幾個(gè)IQ映射器實(shí)例。具有3路AXC載波的IQ映射器，每個(gè)有16位I和Q，相似的例子具有8位I和Q，分別如圖7和圖8所示。工具生成RTL后，代碼被附到Altera CPRI megacore IP中，生成完整的CPRI設計。

從16位到8位的Mu率壓縮，使用了分段近似，結果是保真度損失非常小，只有0.79%?？紤]到8%的3GPP規范，這是相對較小的劣化。延時(shí)和實(shí)現面積微不足道。

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