مقدمه
اپراتورهای شبکه موبایل در جهت فراهم کردن پهنای باند بالاتر و بهینه نمودن سرویسهای خود بایستی اقدام به ارتقاء سلول های ارتباطی شبکه بر روی دکل ها نمایند.
یکی از این سرویسها که میبایستی ارتقا یابد ترافیک ویدیویی جهت سرویس دهندگانی مانند یوتیوب ، VINE ، Netflix و غیره میباشد و همین امر باعث گردیده که اپراتورها بدنبال راه حلی برای فراهم نمودن سطحی از سرویسهای خود باشند که باعث رضایت مشتریان آنها شود.
در سیستم کابل پایه مسی نیاز به کابل ریزی مسی جهت رادیو ریموت که در پایین دکل قرار دارد و سپس از رادیو به انتن ها که در بالای دکل نصب شده اند میباشد.
با توجه به قیمت های گران سیستمهای کابل پایه( سلول های ارتباطی) برروی دکلها این نوع سیستمها در تمامی دنیا مورد بازبینی مجدد قرار گرفته و کابلهای مسی ( کواکسیال ، هلیاکس و … ) رفته رفته جای خود را به کابلهای فیبر نوری که هم ظرفیت بالایی در انتقال پهنای باند در مسافتهای طولانی و هم از لحاظ سبکی وزن نسبت به کابلهای مسی سبکتر و هم قیمتی ارزانتر از کابل های مسی دارند بدهند.
پروتکل CPRI
Common Public Radio Interface
با روی کار آمدن فیبر نوری و نصب آن برروی سلولهای ارتباطی پروتکل جدیدی بنام CPRI بوجود آمده است.
فیبر نوری و CPRI با هم این اجازه را به اپراتورها میدهد تا بتوانند سرویسهای با کیفیت بالاتر و سریعتری را به دارندگان گوشیهای موبایل ارائه کنند. اجازه دهید نگاهی به تفاوت های مهم سلول های ارتباطی کابل پایه مسی و سایتهای بروز شده 4G LTE بیاندازیم.
در زیر ساخت سیستمهای کابل پایه مسی محدویت های زیادی وجود دارد در این نوع از زیر ساخت اپراتورها نیاز به یک مکان اختصاصی و استفاده از تقویت کننده های مناسب ، منابع تغذیه و باطری ها و سیستم های خنک کننده دارند و همچنین اطمینان از عملکرد همه عناصر بر اساس مشخصات مورد نیاز بطور قطع محدویت آفرین است . با توجه به تقاضای کاربران تلفن همراه به سرویسهای جدید و راضی نگه داشتن انها نیاز به ایجاد و نگهداری سایت های سلولی کابل پایه بیشتری خواهد بود و بدلیل بار مالی و هزینه های هنگفت ، اجرا و ایجاد اینگونه سایت ها مقرون به صرفه نخواهد بود.
اگر ما نگاهی به سایتهای سلولی مشابه ارتقاء یافته بیندازیم در می یابیم که کابلهای مسی بین ایستگاه زمینی پایه (BTS) و سلول های آنتن بر روی دکل تعویض شده اند . حرکت از کابلهای مسی به سمت فیبر نوری باعث کم شدن نویز ، پایین آمدن پاور مصرفی مورد نیاز ، بالا رفتن پهنای باند و از همه مهمتر افزایش مسافت برای شبکه های سلولی بر اساس معماری جدید C-RAN (Cloud Radio Access Radio) شده است و یکی دیگر از تفاوت های مشخص، رادیو ریموتی که در شبکه های کابل پایه در پایین دکل مستقر میشد به بالای دکل و به نزدیکی آنتن منتقل شده و یا در برخی از موارد انتن و رادیو ریموت در هم ادغام و یکی شده اند. پروتکل ارتباطی بر روی فیبر نوری بین BBU و RRU or RRH) ( بنام CPRI در سال 2003 میلادی توسط بعضی از فروشندگان BTS مانند اریکسون ، نوکیا- زیمنس ، الکاتل ، NEC و Huawei تعریف و یک مشخصات عمومی در دسترس که استاندارد رابط کاربری بین دستگاه های BBU , RRU است تعیین گردید. پروتکل CPRI شامل دولایه جهت انتقال اطلاعات کاربر ، اطلاعات مدیریتی ، کنترلی و همچنین هم زمانی بین BBU و RRU میباشد .
بررسی لایه های CPRI
پروتکل CPRI از دو لایه تشکیل شده که هر لایه شامل زیر لایه هایی به شرح زیر میباشد.
زیر لایه های لایه 2 که در شکل 1 نشان داده شده اند عبارتند از :
IQ data که در فاز چهاربعدی مدولاسیون بر روی ان انجام گرفته RF اطلاعات دیجیتال شده از سیگنال
دیتای هم زمانی : هماهنگ سازی فریمهای ارسالی از لحاظ زمانی بین فرستنده و گیرنده. (Synchronization)
L1 In band Protocol
اطلاعات سیگنالینگ مربوط به لینک ارتباطی است که مستقیما” بوسیله لایه فیزیکی انتقال داده میشود . این اطلاعات ضروری است . برای مثال زمان شروع بکار سیستم ، زمان های بحرانی عملکرد سیستم و ….
Control & Management Data داده های مربوط به کنترل و مدیریت سیستمها
اطلاعات کنترلی و مدیریتی که مابین BBU و RRU رد و بدل میگردد.
Vendor specific information اطلاعات اختصاصی سازنده و فروشنده سیستم ها
اطلاعات کاربر بصورت دیجیتال شده و در ه قالب فرم IQ تبدیل شده ارسال میگردد. داده های IQ از آنتن های متفاوت در به روش TDM به نحوی که اطلاعات دریافتی هیچیک از آنتن ها در دیگری تداخل نکنند در کنار هم دسته بندی و بصورت الکتریکال و یا اپتیکال ارسال میگردند.
لایه 1 پروتکل CPRI
لایه1 ، لایه فیزیکی و به شرح زیر میباشد.
زیر لایه های لایه 1 و یا لایه فیزیکی عبارتند از:
مالتی پلکس TDM
نوعی دسته بندی اطلاعات از کانالهای متفاوت است که این اطلاعات بصورت موازی وارد مالتی پلکسر شده و بصورت تقسیم بندی زمانی در کنار یکدیگر و بصورت سریال بطوریکه اطلاعات کانالها تداخلی با یکدیگر نداشته باشند دسته بندی میگردند .
ELECTERICAL TRANSMISSION انتقال الکتریکال
یکی از زیر لایه های فیزیکی که قابلیت انتقال اطلاعات عمل آوری شده بصورت دیجیتال از لایه 2 برروی کابل های مسی را دارد.
OPTICAL TRANSMISSION انتقال نوری
یکی دیگر از زیر لایه های فیزیکی که قابلیت انتقال اطلاعات عمل آوری شده که بصورت دیجیتال از لایه 2 را دریافت و پس از مدولاسیون با لیزر با استفاده از ماژولهای SFP و یا سایر ماژولهای نوری برروی کابل های فیبر نوری را دارد.
CPRI protocol overview
شکل 1
شکل 3 نشان دهنده عملکرد پروتکل CPRI و چگونگی دریافت یک سیگنال RF در RRU و ارسال آن به سمت BBU و بلعکس میباشد.
چنانچه در شکل 3 ملاحظه میکنید سیگنال RF پس از دریافت توسط RRU(Remote Radio Unit) در یونیت RU به دیتای دیجیتال تبدیل و در پروتکل CPRI با نام داده های کاربر بسته بندی میگردد و به عنوان IQ Data شناخته میشوند.
پر دازش سیگنال از سمت BBU (Base Band Unit) به RRU مشابه آنچه در RRU اتفاق میافتد میباشد. ترافیک وارد شده پس از وارد شدن به DU (Data Unit) در پروتکل CPRI بسته بندی و زمانی که RRU ان را دریافت نمود به سیگنال انالوگ تبدیل و پس از تقویت ان را جهت استفاده کاربر انتشار میدهد.
اگر لینک ارتباطی بین RRU و BBU فیبر نوری است این بدین معنا است که در RRU و نیز BBU از ماژول های SFP+ و QSFP+اپتیکال استفاده گردیده و جهت اتصال پچکورد های نوری رعایت CORE LABELING الزامی است یعنی پورت فرستنده (TX) در BBU میبایستی به پورت گیرنده (RX) در RRU و پورت RX در BBU به پورت TX در RRU متصل گردند. در علامت گذاری کر پچکورد ها طبق استاندارد از حروف A و B همراه با اعداد 1 و 2 استفاده میگردد مانند نمونه زیر که یکی از سناریوهای معمول در استفاده از پروتکل CPRI است.
1A CPRI RX port on the RRU &1B CPRI TX port on the RRU
2B CPRI RX port on the BBU &2A CPRI TX port on the BBU
Physical Layer (Layer 1) Specification
Line Bit Rate
برای دستیابی به انعطاف پذیری و بهره وری چندین نرخ بیت مشخص و تعریف شده است و ممکن است لاین بیت ریت CPRI ازمیان گزینه های زیر انتخاب گردند.
CPRI line bit rate option1 = 614.4 Mbit/s , 8B/10B line coding (1 x 491.52 x 10/8 Mbit/s) •
CPRI line bit rate option 2 = 1228.8 Mbit/s , 8B/10B line coding (2 x 491.52 x 10/8 Mbit/s) •
CPRI line bit rate option 3: 2457.6 Mbit/s, 8B/10B line coding (4 x 491.52 x 10/8 Mbit/s) CPRI •
•CPRI line bit rate option 4: 3072.0 Mbit/s, 8B/10B line coding (5 x 491.52 x 10/8 Mbit/s)
• CPRI line bit rate option 5: 4915.2 Mbit/s, 8B/10B line coding (8 x 491.52 x 10/8 Mbit/s)
• CPRI line bit rate option 6: 6144.0 Mbit/s, 8B/10B line coding (10 x 491.52 x 10/8 Mbit/s)
• CPRI line bit rate option 7: 9830.4 Mbit/s, 8B/10B line coding (16 x 491.52 x 10/8 Mbit/s)
• CPRI line bit rate option 7A: 8110.08 Mbit/s, 64B/66B line coding (16 x 491.52 x 66/64 Mbit/s)
• CPRI line bit rate option 8: 10137.6 Mbit/s, 64B/66B line coding (20 x 491.52 x 66/64 Mbit/s)
• CPRI line bit rate option 9: 12165.12 Mbit/s, 64B/66B line coding (24 x 491.52 x 66/64 Mbit/s)
• CPRI line bit rate option 10: 24330.24 Mbit/s, 64B/66B line coding (48 x 491.52 x 66/64 Mbit/s)
هر RE و REC حتما” میبایستی حداقل یکی از نرخ بیت های CPRI ذکرشده را پشتیبانی کند.
نرخ بیت های ذکر شده جهت کاربرد CPRI در حالتهای مختلف تعریف شده است. جدول زیر چند حالت از لایه فیزیکی CPRI را تعریف میکند.
حالت های لایه فیزیکی CPRI
| Line bit rate | Electrical | Optical | |||
| Short Range | Long Range | ||||
| 614.4 Mbit/s | E.6 | OS.6 | OL.6 | ||
| 1228.8 Mbit/s | E.12 | OS.12 | OL.12 | ||
| 2457.6 Mbit/s | E.24 | OS.24 | OL.24 | ||
| 3072.0 Mbit/s | E.30 | OS.30 | OL.30 | ||
| 4915.2 Mbit/s | E.48 | OS.48 | OL.48 | ||
| 6144.0 Mbit/s | E.60 | OS.60 | OL.60 | ||
| 8110.08 Mbit/s*** | E.79 | N.A.*** | N.A.*** | ||
| 9830.4 Mbit/s | E.96 | OS.96 | OL.96 | ||
| 10137.6 Mbit/s | E.99 | OS.99 | OL.99 | ||
| 12165.12 Mbit/s | E.119 | OS.119 | OL.119 | ||
| 24330.24 Mbit/s | E.238 | OS.238 | OL | ||
Electrical Interface (ورودی و خروجی) الکتریکال
هیچگونه استاندارد خاصی برای کابلهای الکتریکال بوسیله CPRI تعریف نشده است ولی عملکرد کابل باید بگونه ای باشد که الزامات عملکرد بین گیرنده ها و فرستنده های رادیویی را پشتیبانی نماید.
Optical Interface (ورودی و خروجی) اپتیکال
عملکرد فیبر نوری باید به گونه ای باشد که الزامات عملکرد فرستنده و گیرنده را پشتیبانی و رعایت کند. فیبرهای نوری توصیه شده برای CPRI عبارتند از:
• IEC 60793-2-10 ed 4.0:Type A1a (50/125 μm multimode)
• IEC 60793-2-10 ed 4.0:Type A1b (62.5/125 μm multimode)
• IEC 60793-2-10 ed 4.0: Type A1d (100/140 μm multimode)
• IEC 60793-2-50 ed 4.0:Type B1, B2, B4, B5, B6 (10/125 μm single-mode)
Line Coding کدینگ خط
درخصوص نرخ بیت های CPRI جهت گزینه های 1 تا 7 کدینگ خط که بصورت سریال ارسال میگردد 8B/10B و مطابق با استاندارد IEEE 802.3 و برای گزینه های 7A,8,9,10 کدینگ 64B/66B میباشد.
Reference Configurations پیکر بندی مرجع
شکل 3 نشان دهنده یک پیکر بندی رایج بین یک RE و یک REC که یک لینک ارتباطی CPRI ان را حمایت میکند. پروتکل CPRI میتواند از سایر توپولوژیهای دیگر مانند. توپولوژی های STAR,CHAIN,TREE,RING نیز پشتیبانی کند.
اپوراتورهای شبکه موبایل نه تنها به بازنگری و ارتقاء شبکه های کابل پایه مسی اقدام نموده اند بلکه با استفاده از پروتکل CPRI و فیبر نوری اقدام به طراحی شبکه سلولی با معماری جدید C-RAN نیز کرده اند .
C-RAN چیست ؟
اگر بخواهیم تعریف ساده ای از C-RAN داشته باشیم آن یک معماری مبتنی بر محاسبات ابری برای شبکه های دسترسی رادیویی است که از 2G-3G-4G و استاندارهای ارتباطات رادیویی آینده نیز پشتیبانی میکند . حرف C خود به تنهایی نماینگر ویژگی های اصلی سیستم مانند پردازش متمرکز ، رادیو مشارکتی و یک شبکه دسترسی به فضای ابری رادیویی در زمان واقعی است. چنانچه در شکل 4 و 5 ملاحظه میکنید BBU ها در یک مکان مرکزی و در فاصله بیست کیلومتری از هر RRU قرار گرفته و از فیبر نوری جهت لینک ارتباطی بین آنها استفاده شده است .
شرکت سبا اتصالات امواج سپیدان اولین تولید کننده انواع پچکوردهای نوری مورد استفاده در لایه فیزیکی پروتکل CPRI
تهیه کننده و نویسنده : نصوحی