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          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          2020年02月05日 10:12 ? 次閱讀

          現代無線基礎設施系統使用運行CPRI(普通公共射頻接口)協議的光纖傳輸頻率、相位、復合數據和控制信息。人們對無線數據的需求一直在呈指數式增加。運營商和設備供應商都在努力設法減小在基帶單元和無線單元之間運行多根高數據速率光纖所需的資本投資和運維成本。

          本文描述了一種針對高斯類波形使用Mu-law壓縮的方法——例如CPRI接口中使用的基帶IQ數據。Mu-law壓縮在音頻應用中很常見,實現效率很高,但對基帶信號來說在保真度方面會有過多的損失。這種靈活的壓縮機制應用于標準LTE(長期演進)測試波形時具有2:1的壓縮比,而且誤差矢量幅度(EVM)不到1%。

          引言

          典型的LTE宏無線基站系統由兩部分組成:基帶處理和無線部分。這兩部分一般通過光纖通道連接,協議接口由名為CPRI的公開規范所確定。在這個規范中,這些塊被定義為無線設備控制器(REC)和無線設備(RE),見圖1。另外一種類似的接口是開放基站架構計劃(OBSAI)。

          CPRI定義了各種拓撲,包括點到點,點到多點,鏈和環。CPRI可以傳輸同步、控制和管理(C&M)和基帶IQ數據。

          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          圖1:無線設備控制器到無線設備的接口。

          背景

          CPRI是由行業內具有緊密合作關系的一些OEM廠商定義的。CPRI最早是針對3GPP UTRA(UMTS)開發的,但隨后經擴展覆蓋了WiMAX、3GPP E-UTRA(LTE)和3GPP GSM。隨著無線標準的演進,IQ數據的帶寬需求有了極大地提高。

          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          表1:不斷增長的帶寬需求。

          采樣率、天線數量和無線設備數量的增加推動CPRI標準幾乎每兩年提高一倍的帶寬,見圖2和表1。這種帶寬的增加推高了數字實現(邏輯和收發器)和光學部分(激光器模塊和光纖)的成本。最新的CPRI V6.0版本標準已經引入了10.1376Gbps鏈路,而且使用66b64b編碼代替其它線路速率使用的8b10b編碼提高了這種速率鏈路的效率。效率的提高是非常令人滿意的。

          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          圖2:隨時間推移不斷上升的CPRI速率。

          本文介紹了一種壓縮IQ數據的方法,它能減少傳輸的數據量,同時在保真度方面的損失相對較小。

          Mu-law壓縮

          Mu-law壓縮是一種在規定數字范圍內重新分布數值的方法,當隨后的量化執行完成后,它能保證信號保真方面的損失最小。重新分布是用一個對數函數從零擴展數字完成的。擴展率通過選擇常數Mu_compand_val進行控制。

          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          Mu-law壓縮常用于音頻壓縮方案中,是ITU-T建議G.711和G.191的推薦方法。在這些音頻壓縮方案中,規定了Mu_compand_val=255的上限值。它通過直接比特移位實現2n指數和分段線性近似,其中移位的數量取決于指數值(見表2)。圖3顯示了段數與8位輸出之間的關系。

          表2:ITU-T建議G.711。

          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          圖3:分段線性近似Mu_compand_val=255。

          除了Mu-law外,ITU-T還推薦了一種非常類似的稱為A-law的方案。A-law映射到稍有不同的段,小數字時會產生稍有不同的結果。

          3GPP測試和要求

          蜂窩無線系統中的信號保真度是由3GPP定義的。測試規范TS 36.104用誤差矢量幅度(EVM)定義了信號保真度。EVM是指從理想星座點到被測點的矢量大小。對于64QAM信號來說,64QAM 的E-UTRA要求是

          Mu-law/A-law 測試

          將各種不同的Mu_compand_val數值用于壓縮和解壓縮。圖10顯示了Mu_compand_val與EVM的關系圖,其中藍線是A-law ,紅線是Mu-law。高的Mu值映射到數量以相同指數呈指數式增加的樣值,對64QAM數據來說將產生很差的結果。在Mu_compand_val=255點,EVM最差,只執行一次簡單的量化。與ITU建議相比,這里明顯需要低得多的指數/擴展率。

          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          圖10:不同Mu_compand_val時的誤差矢量幅度(%)。

          當Mu_compand_val約等于5時OFDMA信號出現最佳點。雖然Mu_compand_val=255顯示為高效的實現點,但對OFDMA波形來說EVM很差,需要低得多的值。

          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          圖11:Mu_compand_val=8 (a)壓縮后的IQ星座 (b)建模后的誤差矢量幅度。

          用Mu_compand_val=8建模Mu-law壓縮如圖11所示。Mu-law函數可以通過擴展數據填充更多的IQ可用數字范圍。從16位到8位的Mu-law壓縮可以產生0.55%的誤差矢量幅度。

          3GPP測量

          一旦實現完成,就可以使用3GPP測試模型和工業標準測量設備進行實際的3GPP測量。圖12顯示了E-UTRA解調波形。在這個特定結果中,使用實際硬件并將Mu_compand_val設為8可以測到0.791%的平均誤差矢量幅度。

          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          圖12:3GPP的誤差矢量幅度測量。

          IQ映射器自動生成工具

          CPRI標準提供了一種將IQ數據映射到CPRI幀的幀結構和通用方法,但沒有嚴格的標準,供應商可以實現各種不同的方案。CPRI壓縮合成很難,因為可以使用不同的位寬。IQ映射器的實現非常獨特,每家供應商都可以為這個模塊開發定制的RTL。Altera開發的一款工具可以極大地簡化這個過程。該工具基于Excel,用戶可以在里面選擇線速率,然后為每個IQ樣值在單元中填入AxC載波。填充比特用于完整地填充幀。一旦CPRI幀被填滿,VB宏將為特定映射結構自動產生RTL代碼。如果要求多種用例,該工具可以用來自動產生多個IQ映射器實例。圖13和圖14分別顯示了帶3個AXC載波、每個載波有16位I和Q的IQ映射器以及帶8位I和Q的類似映射器。在工具產生RTL之后,代碼被簡單地追加到Altera CPRI宏核IP,用于產生完整的CPRI設計。

          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          圖13:用于具有16位IQ數據的3個AxC的IQ映射器域。

          使用分段近似方法實現Mu-law壓縮的低保真損失方法研究

          圖14:用于具有8位IQ數據的3個AxC的IQ映射器域。

          本文小結

          使用分段近似方法實現從16位到8位的Mu-law壓縮只有0.79%的低保真損失。相比3GPP規定的8%,這種損失造成的性能劣化是相當小的。延時和實現面積也可忽略不計。

          CPRI壓縮和IQ映射器工具都已經被集成進Altera最新的CPRI IP內核v6.0中。

          責任編輯:gt

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          近十年來,復用技術已經在大容量的光纖傳感領域被研究和應用,特別是對FBG復用技術的研究受到廣泛關注。....
          發表于 2020-01-16 09:31? 63次閱讀
          利用波分復用技術和碼分多址技術相結合的光纖光柵傳...

          無線影音傳輸系統的技術特點與應用領域介紹

          在設計安裝一個完善的無線影音系統在采購器材之間就要充分考慮使用環境的實際情況、發射機的體積和耗電、能....
          發表于 2020-01-16 09:21? 88次閱讀
          無線影音傳輸系統的技術特點與應用領域介紹

          基于射頻識別技術實現ETC系統的設計方案

          地址到名稱的轉換可以通過另一個新的套接字函數getnamein{o()進行。getnameinfo(....
          發表于 2020-01-16 09:11? 84次閱讀
          基于射頻識別技術實現ETC系統的設計方案

          用于檢測光纖端面的三種方法的優勢和不足之處分析

          光纖端面檢測技術可以查出兩類主要的加工問題:幾何問題和清潔問題。幾何問題通常是在拋光或處理的過程中造....
          發表于 2020-01-16 09:05? 71次閱讀
          用于檢測光纖端面的三種方法的優勢和不足之處分析

          面向物聯網的Sub-GHz無線技術的解決方案分析

          在那些要求能效高、電池壽命長(如要求電池使用壽命達5-15年),并且傳輸距離遠的應用中,Sub-GH....
          發表于 2020-01-15 16:44? 210次閱讀
          面向物聯網的Sub-GHz無線技術的解決方案分析

          工作在2.4514GHz的能量收集片狀天線的設計...

          能量收集是給通信系統中包括天線在內的各種射頻/微波元器件供電的一種有效方法。通過為自主射頻標簽(RF....
          發表于 2020-01-15 16:39? 237次閱讀
          工作在2.4514GHz的能量收集片狀天線的設計...

          小米洛斐圓點藍牙機械鍵盤,有線和無線兩種連接方式

          近日小米有品開啟了年貨節,眾多商品開啟滿減和多件打折優惠,其中洛斐圓點藍牙機械鍵盤“口紅”配色限時特....
          發表于 2020-01-15 15:20? 796次閱讀
          小米洛斐圓點藍牙機械鍵盤,有線和無線兩種連接方式

          Emtelle新光纖終端設備助力高效部署FTTH

          為了應對全球對預連接光纖解決方案不斷增長的需求,預連接、吹塑光纖電纜和管道網絡解決方案廠商Emtel....
          發表于 2020-01-14 14:49? 272次閱讀
          Emtelle新光纖終端設備助力高效部署FTTH

          索尼推出無線藍牙多功能拍攝手柄,采用桌面三腳架式...

          今日,索尼中國正式發布了無線藍牙多功能拍攝手柄GP-VPT2BT。這款手柄采用無線設計,支持藍牙4.....
          發表于 2020-01-14 13:53? 714次閱讀
          索尼推出無線藍牙多功能拍攝手柄,采用桌面三腳架式...

          非預置光纖技術的接續理論、應用優勢及應用分析

          非預置光纖接續理論應用在現場連接器中時,現場光纖在連接器的狀態、位置有特殊要求,也有一個3D標準,U....
          發表于 2020-01-13 16:56? 169次閱讀
          非預置光纖技術的接續理論、應用優勢及應用分析

          如何優化光纖宏彎損耗,提高測試效率

          而注2中描述:為了保證彎曲損耗易于測量和測量準確度,可用1圈或幾圈小半徑環光纖代替100圈光纖進行試....
          發表于 2020-01-13 16:51? 138次閱讀
          如何優化光纖宏彎損耗,提高測試效率

          關于智能耳機技術問題?

          現在智能耳機的發展越來月成為趨勢,例如蘋果的airpos,但是有沒有哪位大佬能夠幫忙解釋一下這款耳機到底集成了什么樣...
          發表于 2020-01-13 16:16? 286次閱讀
          關于智能耳機技術問題?

          LTE-SAE體系結構特點及網絡性能介紹

          除此之外,由于3GPP和3GPP2已經就CDMA和LTE-SAE系統之間的互通達成一致,CDMA運營....
          發表于 2020-01-13 16:03? 132次閱讀
          LTE-SAE體系結構特點及網絡性能介紹

          中國首批14項5G標準發布,接軌全球5G標準為5...

          “5G標準發布及產業推動大會”9日在北京召開,會議舉行中國首批14項5G標準發布儀式。這些5G標準涵....
          發表于 2020-01-11 09:38? 163次閱讀
          中國首批14項5G標準發布,接軌全球5G標準為5...

          香橙派Orange Pi Zero開發板如何連接無線網絡

          方法1:]a. 命令行輸入 看是否有網卡(wlan*) $ insmod xradio_wlan.ko c. 輸入命令 ifconfig,應該可以看到 wlan0(假設是...
          發表于 2020-01-10 19:49? 3693次閱讀
          香橙派Orange Pi Zero開發板如何連接無線網絡

          水雨情和山洪地質災害監測系統的工作原理及應用功能

          我國是一個多山的國家,山丘區面積約占全國陸地面積的三分之二。我國主要位于東亞季風區,暴雨分布范圍廣;....
          發表于 2020-01-10 17:07? 169次閱讀
          水雨情和山洪地質災害監測系統的工作原理及應用功能

          Bitwave無線監控傳輸系統解決高速遠距離傳輸...

          隨著國家大力拉動內需的經濟政策的制定,交通運輸為代表的基礎建設成為其中最為重要的內容之一
          發表于 2020-01-10 16:43? 116次閱讀
          Bitwave無線監控傳輸系統解決高速遠距離傳輸...

          飛傲M11 Pro音樂播放器開售,采用不銹鋼外形...

          飛傲M11 Pro不銹鋼限量版的尺寸為130×70.5×16.5mm,重量為232g。續航方面,電池....
          發表于 2020-01-10 15:31? 762次閱讀
          飛傲M11 Pro音樂播放器開售,采用不銹鋼外形...

          CEVA面向真正無線立體聲耳塞產品開發

          CEVA宣布,隨著支持低功耗音頻(LE Audio)的RivieraWaves低功耗藍牙和雙模IP的....
          發表于 2020-01-10 14:45? 1440次閱讀
          CEVA面向真正無線立體聲耳塞產品開發

          如何定義光纖跳線的端面三項值標準?

          光纖的兩個端面必須精密對接起來,以使發射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去。光纖線路的成功連接取決...
          發表于 2020-01-10 11:11? 134次閱讀
          如何定義光纖跳線的端面三項值標準?

          利用ARM微處理器和ZigBee模塊實現無線串口...

          隨著21世紀科學技術的不斷進步,無線與移動通信相應得到了迅猛的發展。方便快捷的無線接入和無線 互連等....
          發表于 2020-01-09 17:00? 175次閱讀
          利用ARM微處理器和ZigBee模塊實現無線串口...

          基于zigbee技術的無線傳輸網絡在倉庫、倉儲、...

          利用本系統建立的無線傳輸網絡,可根據倉庫需要接入溫度、濕度、安防等倉庫信息智能設備。將各種系統完全整....
          發表于 2020-01-09 16:07? 744次閱讀
          基于zigbee技術的無線傳輸網絡在倉庫、倉儲、...

          小米戶外迷你藍牙音箱推出,支持真無線立體聲互聯功...

            今日,小米正式推出了戶外藍牙音箱mini,支持藍牙5.0,售價99元,將于明日(1月10日)上午....
          發表于 2020-01-09 15:29? 988次閱讀
          小米戶外迷你藍牙音箱推出,支持真無線立體聲互聯功...

          HECATE推出多款電競產品,首款專業2.0電競...

          在CES 2020上,漫步者旗下HECATE推出了多款電競產品,包括頭戴式電競耳機,TWS真無線手游....
          發表于 2020-01-09 14:18? 1367次閱讀
          HECATE推出多款電競產品,首款專業2.0電競...

          FBG光纖反射器,FTTX網絡鏈路監控的理想光端

          光纖(FBG)反射器又稱光纖布拉格光柵濾波器,通常安裝在光網絡ONU前端,結合OTDR設備可實現光鏈路點對點(PT...
          發表于 2020-01-08 09:35? 95次閱讀
          FBG光纖反射器,FTTX網絡鏈路監控的理想光端

          尋找一個音頻燈的pcb文件

          麻煩發到我的郵箱里
          發表于 2020-01-07 14:22? 207次閱讀
          尋找一個音頻燈的pcb文件

          何正確地設置無線數傳模塊波特率

          在無線數傳模塊進行設置時,波特率是一個很重要的參數。本文介紹如何正確地設置波特率。 先簡單介紹一下波特率:波特...
          發表于 2019-12-24 16:51? 3904次閱讀
          何正確地設置無線數傳模塊波特率

          完美替代單端總線收發器SI9241AEY

          自2011年,中科微推出的第一顆2.4G收發一體芯片SI24R1,到后續單發的SI24R2,以及2.4G內置MCU的SI24R2E...
          發表于 2019-12-13 16:19? 612次閱讀
          完美替代單端總線收發器SI9241AEY

          SI4010單芯片遙控設計應用方案指南參考

          遙控器相信大家都不陌生,它已經占據了我們日常生活的絕大部分應用。傳統的遙控器基本上都是采用紅外無線發射裝置,通...
          發表于 2019-12-13 15:41? 599次閱讀
          SI4010單芯片遙控設計應用方案指南參考

          5G手機直通

          是否有模塊,可以和5G手機直接通信,不需要基站的支持...
          發表于 2019-12-04 13:39? 342次閱讀
          5G手機直通

          2.4G無線麥克風怎么連接?

          2.4G無線麥克風,怎么連接音箱?
          發表于 2019-12-03 09:21? 284次閱讀
          2.4G無線麥克風怎么連接?
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