C-RAN组网时的CPRI时延抖动测试方法

噪声光电转换器模块，需要插在8163B的机箱里才可工作，其内置10Gbps光信号的标准参考滤波器、光功率计及高带宽放大器。81495A的光电转换增益高达400V/W，因此输入光信号强度可以低至-10dbm。为了节省体积和成本，一个8163B的机箱里可以同时插入2个81495A的模块。而N1075A-S32是另一种光电转换器，其数据速率最高到32Gbps且内置分光器，但是由于光电转换增益仅为110 V/W，为了保证最后输出的电信号进入示波器后仍然有较好的信噪比，所以需要被测光信号的光强不能太小（建议>-5dbm）。

DSA90000X系列是非常高性能的高带宽实时示波器，最高带宽可达33GHz，最大采样率80G/s，固有抖动小于150fs，同时可以捕获4条CPRI接口的信号并进行物理层解码。发送端的信号经光电转换器后连接示波器通道1，接收端的信号经光电转换器后连接示波器通道3。测试中用实时示波器捕获发端和收端的信号并进行时延和抖动的测量；

下图是使用DSA90000X实时示波器配合N1075A光电转换器做CPRI时延抖动测试的实际测试环境。

图5   实际的CPRI传输时延抖动测试环境

四、时延测试步骤

时延测试的方法是测试BBU发出信号的超帧帧头的时刻到RRU收到的信号的超帧帧头的时间差。
1) 设置示波器对输入信号波形进进行采集，采集时间至少为200us。如图6中黄色通道CH1波形为BBU发出的CPRI信号波形，蓝色通道CH3波形为RRU收到的CPRI信号波形。
2) 设置示波器对通道CH1和通道CH3的波形进行解码，并分别搜索CPRI超帧头的同步字符。
3) 记录通道CH1第一个同步字符K28.5发生的时刻，如图6中的值为: -59.90911203us。
4) 记录通道CH3中后续的同步字符K28.5发生的时刻，如图7中的值为：-41.52044482us。
5) 把两个测量结果相减即为光纤加上传输设备造成的时延。即传输系统时延＝-41.52044482us -（-59.90911203us）＝18.38866721us。

此时测量出的时延为光纤时延加上传输设备造成的时延，可以减去光纤长度造成的时延得到传输设备时延。如果测试环境允许也可以直接采用0km光纤进行测试，以得到传输设备本身的时延数据。

注意：由于CPRI协议中每66.67us会有一个超帧的帧头发送，因此同步字符会以66.67us为周期出现，当使用长光纤时需要注意合适的同步字符位置的选取。比如使用15km光纤时，光纤造成的时延约为75us，已经超过了超帧帧头的出现周期，所以在第4步中应选择相对于第3步的时间结果75us之后的第一个同步字符出现的时刻作为有效数据。

图6   BBU发出的CPRI信号解码结果 双击图片查看大图

图7   RRU收到的CPRI信号解码结果 双击图片查看大图  

五、抖动测试步骤

当进行完系统的时延测试时，下一步是进行CPRI信号经传输后抖动的测量。这需要进行一段时间内的多次连续测量并比较输入信号和输出信号间时延的相对变化范围。测试步骤如下：

1) 根据前面时延测量结果，对两路信号间的固有时延在示波器里进行补偿，如图8所示。可以看到进行补偿后输入和输出信号基本重合。

图8固有时延的补偿 双击图片查看大图

2) 设置示波器对通道CH1的K28.5同步字符触发并进行多次波形采集，这样通道CH1的同步字符会一直保持在时间的零点，即屏幕的正中央。如果系统有抖动，通道CH3的K28.5同步字符的发生时刻会有左右的时间变化。图9分别是三次测量中，通道CH3的K28.5同步字符发生的时刻，可以明显看到时延的变化情况。

图9   三次测量中时延的变化情况

3)在示波器的Trigger Action里设置自动保存测量结果，如图10所示，可以设置自动保存测量结果的次数。随后用户可以对测量结果进行整理和统计分析。

图10   设置自动保存每次测量结果的拷屏

六、测试结果分析

采用前述的测试方法在机房环境理对市面上4家主流的设备厂商的无线接入网设备进行了CPRI时延抖动的测试。其中2家采用OTN传输方案，2家采用彩光直驱方案，测试中使用的光纤长度从0km～15km不等，CPRI接口上承载9.8304Gbps的真实业务。每次测试都是在约3分钟的时间内进行30次测量并对结果进行统计分析。
测试结论如下：

采用OTN传输方案时，端到端由于设备造成的时延（扣除光纤时延以后）普遍在几个us左右，抖动约在2～4ns不等。这可能由于有OTN的成帧解帧过程会造成一定的时延和抖动。收发端进行精确的时钟同步可能有助于减小时延抖动。

采用彩光直驱方案时，端到端由于设备造成的时延（扣除光纤时延以后）普遍在几百ns左右，抖动都<300ps。这可能由于直驱方式没有数据处理，所以时延和抖动都较小。

在机房环境下的