论文总字数：30578字

摘 要

随着无线通信技术的发展，对无线信号的覆盖范围的要求日益提高。为了对特定的区域实现低成本覆盖，可以将无线基站的控制部分和射频部分分离。通用公共无线接口（CPRI）协议便是一个旨在确定一个公开规范的无线电设备控制（REC）与无线电设备（RE）之间的无线电基站关键内部接口协议，用于无线基站基带单元（BBU）和远程射频单元（RRU）之间的接口传输。本文研究了在SDR平台上构建射频和基带之间的基于CPRI协议的高速串行数据传输接口的方法，对无线基站从集中式基站到分布式基站的演进，更加灵活的组网以及降低产品成本具有重要意义。

本文首先介绍了CPRI协议的接口规范，并选择在Altera公司的Cyclone V GT系列的FPGA上，以Quartus II软件中的CPRI IP核作为核心模块，利用Verilog语言开发整个系统。之后详细介绍了系统架构和系统中的各个模块的功能，并对各模块进行了相应的功能仿真。最后提出了系统的未来改进方案和完善方向。

关键词： CPRI协议；Quartus II；Altera FPGA；Cyclone V GT平台

The Design and Implementation of CPRI Protocol

Based on Altera FPGA

04011507 Yijia Feng

Instructor: Xiaoshu Chen

ABSTRACT

With the development of wireless communication, the demand for a wider-area coverage of wireless communication is also increasing. For the sake of covering a distinct area at a lower cost, the RF part of a radio base station is separated from the control part. The Common Public Radio Interface (CPRI) Protocol is a protocol aimed at defining a publicly available specification for the key internal interface of radio base stations between the Radio Equipment Control (REC) and the Radio Equipment (RE). This protocol is used for the interface transmission in a radio base station between the baseband unit (BBU) and the remote radio unit (RRU). The paper is mainly about developing the CPRI interfaces on a SDR platform, which has a proud influence on cost reduction and a more distributed and flexible topology of base station network.

To begin with, the paper introduces the CPRI protocol and development tools. The FPGA of Altera Cycone V GT device family is chosen as the platform. The CPRI IP core in Quartus II MegaCore Wizard is supposed to be the kernel module of the system. And the Verilog language is used in the developing process. Then the paper mainly describes the system structure and the function of each module in the system. And functional simulations are done for these modules. Finally, the paper comes up with the improvement strategies of this project in the future.

KEY WORDS: CPRI Protocol, Quartus II, Altera FPGA, Cyclone V GT Platform

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 - 1 -

1.1 课题背景及意义 - 1 -

1.2 课题主要研究内容 - 1 -

第二章 CPRI协议的方案设计 - 2 -

2.1 任务分析 - 2 -

2.2 AD9361简介 - 2 -

2.3 方案比较 - 3 -

2.3.1 传输接口协议比较 - 3 -

2.3.2 硬件实现方案比较 - 3 -

2.4 本章小结 - 4 -

第三章 公共通用无线接口（CPRI）协议研究^[6] - 5 -

3.1 CPRI协议简介 - 5 -

3.1.1 CPRI协议的发起 - 5 -

3.1.2 CPRI协议的规格范围 - 5 -

3.2 系统说明 - 6 -

3.2.1 CPRI协议的系统结构 - 6 -

3.2.2 参考配置 - 7 -

3.3 接口规范 - 8 -

3.3.1 CPRI协议概述 - 8 -

3.3.2 物理层（层1）规范 - 9 -

3.4 本章小结 - 15 -

第四章 CPRI协议的开发环境 - 16 -

4.1 FPGA简介 - 16 -

4.2 Verilog HDL简介 - 16 -

4.3 Quartus II软件介绍 - 17 -

4.4 Cyclone V GT硬件开发平台简介 - 17 -

4.5 本章小结 - 17 -

第五章 CPRI协议的实现 - 18 -

5.1 LTE模块简介 - 18 -

5.2 CPRI系统的总体框架 - 19 -

5.3 CPRI系统的组成部分 - 20 -

5.3.1 CPRI IP核：cpri_re ^[5] - 20 -

5.3.2时钟系统 - 24 -

5.3.3 Phy_reconfig模块和phy_mgmt_ctrl模块 - 25 -

5.3.4 rate_controller模块 - 25 -

5.3.5 channel模块 - 25 -

5.3.5 control unit模块 - 25 -

5.4本章小结 - 27 -

第六章 CPRI协议的设计验证与性能分析 - 28 -

6.1 LTE模块仿真 - 28 -

6.2 子模块仿真 - 28 -

6.2.1时钟系统 - 28 -

6.2.2 phy_mgmt_ctrl模块 - 29 -

6.2.3 rate_controller模块 - 30 -

6.2.4 channel模块 - 30 -

6.2.5 control unit模块 - 31 -

6.3 本章小结 - 31 -

第七章 总结与展望 - 32 -

致 谢 - 33 -

参考文献 - 34 -

第一章 绪 论

1.1 课题背景及意义

随着无线通信技术的发展，对无线信号的覆盖范围的要求日益提高。为了对特定的区域实现低成本覆盖，可以将无线基站的控制部分和射频部分分离。通用公共无线接口（CPRI）协议便是一个旨在确定一个公开规范的无线电设备控制（REC）与无线电设备（RE）之间的无线电基站关键内部接口协议,用于无线基站基带单元（BBU）和远程射频单元（RRU）之间的接口传输。本次课题便是要在SDR平台上构建射频和基带之间的基于CPRI协议的高速串行数据传输接口。本次课题的研究内容对无线基站从集中式基站到分布式基站的演进，更加灵活的组网以及降低产品成本具有重要意义。

1.2 课题主要研究内容

本次课题任务是在SDR平台上构建射频和基带之间的高速串行数据传输接口，将从高性能高集成的射频收发器AD9361接收LTE信号并传输给FPGA，之后在基于Altera Cyclone系列的FPGA上开发基于CPRI协议的传输接口对数据进行接收处理，并利用该协议接口将射频采集信号传给DSP进行基带处理。本次课题对于4G LTE信号从射频远端接收以灵活集成接口传送到基站进行基带处理，实现无线基站的构建方式更加灵活，所以既具一定的研究意义，也有具有广泛的实际应用价值。

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