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1、word5G系统中BBU与RRU之间前传接口(CPRI)带宽计算发布时间：2017-08-22 10:22:57 来源：5G通信技术标签：5G资源复用1 5G系统中前传(Fronthaul)的含义与考虑因素 (R3-160754)在RAN3 #91bis会议的R3-160754：Fronthauling: Motivations and Constraints中，Mitsubishi Electric分析了Fronthauling的根本概念，对其动因和局限进展了简单分析。5G系统中采用C-RAN架构，它可以通过网络功能虚拟化实现硬件资源的共用和扩展。C-RAN下，小区间的移动性多在CU内部完成
2、，而不再需要通过外部接口。如果传输网提供路由和复用特性，如此BBU和RRU之间不再是1对1 的关系了，它们之间可以动态影射，实现资源的动态复用。C-RAN下，通过CU/DU功能切分，实现BBU资源的集中化，可以降低OPEX和CAPEX。具体表现在以下几个方面：降低站址需求降低安全风险共享机房资源(空调/电源)Mitsubishi认为Fronthualing包括CU与DU之间的接口，以与支撑该接口的底层网络。“Fronthauling is a mean enabling to split RAN functions and locate them partly in a Central Off
3、ice and partly distribute them. It includes the interfaces between central and distributed functions, and the underlying network that transports the interfaces.需要说明的是，早期规X讨论过程中，CU/DU切分考虑高层和底层等多种选项。目前高层(13层)确定选用选项2，底层仍需进一步讨论，但是物理层BBU与RRU之间的带宽资源需求最大，因此Fronthaul多集中在分析BBU与RRU之间的传统的CPRI接口。举例来说，目前LTE系统中，2
4、x2 MIMO，20MHz小区带宽，峰值速率170Mbps，所需的CPRI带宽约为2.5Gbps。随着载波数和MIMO流数的增加，CPRI带宽资源也几乎成倍增长。5G系统中，峰值速率增加n x100倍，会导致CPRI链路的带宽需求高达250Gbps。虽然可以采用传输压缩，但是毋庸置疑的是，C-RAN模式下RAN功能切分对接入网带宽资源的要求相当高。2 5G系统中前传(Fronthaul)带宽计算 (R3-160986/ R3-161012)在RAN3 #91bis会议上，Mitsubishi在R3-160754与其修改稿R3-160986中，对前传提供了明确的计算方法，提出了“的根本结论，并在
5、此根底上对不同天线端口和带宽进展了估算分析。具体说明如下。R3-160986中提到，如果在BBU与RRH之间进展切分，如此其接口上传送的是I/Q信号。5G系统中如果也采用同样的切分方式，如此计算明确，每个天线端口下，每10MHz就需要614.4Mbps的传输资源。当频率带宽和天线端口都增加时，所需的传输带宽线形增加，如下表所示。RAN架构PHY/RF别离的最大传输带宽需求举例 R3-160986附录A中提供了计算方法，整理如下：天线阵子数 (编者注：原文是antenna elements，如上图所示)CPRI采样比特宽度：按15比特考虑。每个子帧中的OFDM符号数：20MHz下为14，如果考虑
6、CP，如此为15。FFT数目：2048 (原文注：每个子帧中的OFDM符号数和FFT数目的乘积与系统带宽成比例) 。同时考虑I/Q支路时，传输带宽需乘以2。传输带宽计算方法：下行：接口带宽峰值比特率 = 基站天线阵子数 x 比特宽度 x 每个子帧中的OFDM符号数 x FFT数目 X 2(I/Q支路) 1ms上行：接口带宽峰值比特率 = 基站天线阵子数 x 比特宽度 x 每个子帧中的OFDM符号数 x FFT数目 X 2(I/Q支路) 1ms在后续R3-161012修改稿中，在表格下方明确标注了计算方法：接口带宽峰值比特率 = 基站天线阵子数 x 采样频率(与系统带宽成比例) x 比特宽度(每
7、个采样) + 开销3 5G系统中前传(Fronthaul)带宽结论 (R3-162102)在RAN3 #92会议上，Ericsson在R3-162422 Clarifications on fronthaul bit rate requirements中提议，传输局部强调为最某某论值，且建议明确增加采样率等备注信息，即：The calculation is made for sampling frequency of 30.72 Mega Sample per second for each 20MHz and for a Bit Width equal to 30。(译文：计算基于20MHz
8、，每秒30.72M的采用频率，比特宽度为30)此建议被采纳并在TR 38801-060中表现了出来。TR 38801-060中，表格题目和文字描述都有局部变化。值得注意的是，此版定型后一直没再变过。具体描述请参见本文最后的附录局部。4 TR38.801(V14.0.0)中结论在RAN3 #91bis的Mitsuibishi提案讨论和修改的根底上，结合RAN3 #92上Ericsson的提议，记录在TR 38801-060中，并一直沿用至今。亦即对于BBU与RRU之间的传输带宽需求，自TR 38801-060定型后，一直就没再变过。具体描述请参见本文最后的附录局部。5 BBU与RRU之间CPRI
9、接口简介BBU与RRU之间采用CPRI接口传输基带信号。上图中，右侧无线设备控制器(REC)即指BBU，左侧无线设备(RE)相当于RRU。BBU进展基带信号处理，并形成I/Q数据流,经CPRI接口传送出去。RRU将CPRI接口上传送的I/Q数据接收下来，并转变成模拟信号，经由天线发射出去。6 LTE系统中CPRI接口带宽详细计算方法分析结合R3-160986以与TR38.801某某息，对LTE系统CPRI带宽计算举例如下。6.1 CPRI接口带宽计算公式接口带宽峰值比特率 = 基站天线阵子数 x 采样频率(与系统带宽成比例) x 比特宽度(每个采样) + 开销TR38.801中表格下标注的计算
10、条件为：基于20MHz，每秒30.72M的采用频率，比特宽度为30。假设LTE载波带宽为20MHz，采用2天线，如此：- 基带带宽：20MHz- IFFT点数：2048 - 子载波间隔：15KHz- 基带I/Q采样率：30.72MHz (=2048 * 15KHz)- 采样位宽：30bit (CPRI I/Q 采样位宽，各15比特)每AxC上I/Q采样数据流：921.6 Mbps (=30 bits*30.72MHz)添加控制字(W0)：983.04Mbps (=16/15*921.6Mbps)添加8B/10B线路编码的开销：1.2288Gbps (=983.04*10/8)2x2 MIMO：
11、 2.4576Gbps (= 2 x 1.2288Gbps)8x8 MIMO：9.8304Gbps (= 8 x 1.2288Gbps)简单说明如下。6.2 CPRI接口I/Q采样位宽CPRI链路采用复数方式传送AxC的数字化的RF信号，每个样值都采用I/Q向量来表示。CPRI规X中，主要处理这种信号格式。I/Q样值交织在一起形成单个word。这些word一起组成满足采样率和比特宽度需求的信号。根据空口需求和上下行特性，CPRI可以采用不同的比特宽度。下行方向上，比特宽度为8到20比特，为了获取较高的采样速率，上行比特宽度为4到20比特。另外，I/Q采样值较小时，也可以采用信号扩展或者采用预留
12、比特填充的方式来对空闲位进展填充，以获取较大的比特宽度。对于上下行采用不同比特宽度时，这种处理方法比拟有用，但在CPRI上进展影射时，通常上下行都会采用一样的采样宽度。简单来讲，I/Q信号到CPRI接口的影射遵循以下规如此：上行I/Q采样宽度：420 bits，常用值为12，15和16。下行I/Q采样宽度：820 bits，常用值为12，15和16。不过通常上下行都采用15比特的采样宽度。如华为BBU-RRU IR接口说明书(2012-7)中规定，下行I/Q位宽为15bit，其中业务有效I/Q数据位宽占高13bit，低2bit无效。上行I/Q位宽为15bit，无DAGC(DAGC即数字自动增益
13、控制)。6.3 CPRI帧结构和帧长度LTE系统中，子载波间隔为15KHz，其符号长度与子载波间隔成反比，为1/(15KHz)。2048个IFFT采样点落入一个符号内(即1/(15KHz)，故采样频率相当于15KHz * 2048 = 30.72MHz。CPRI链路上传送多个基带I/Q数据流，每个I/Q数据流对应一个载波和一个天线。AxC是指一个天线上所传送的单个载波的I/Q数据。CPRI根本帧长度Tc=1/fc=1/3.84MHz= 260.41667ns。一个根本帧包含16个word。其中第一个word为控制word，其余15个word为用户面I/Q数据。每个word中8个比特。根据单个w
14、ord上影射的比特长度，CPRI可分为不同类型，对应不同的有效载荷。比如，每个word中影射8比特时，有效载荷为120bit。同理，每个word中影射16/32/64比特时，如此有效载荷分别对应240/480/960比特。它们分别对应CPRI选项1/2/3/5，如如下图所示。CPRI根本帧长度为260.41667ns(=1/3.84MHz)，故上述不同有效载荷下，对应的速率分别计算如下：6.4 CPRI线路编码CPRI线路编码可以采用8B/10B或者64B/66B两种方式。8B/10B编码表示将8比特的码字影射到10比特的符号上，64B/66B同理。8B/10B编码的特性之一是保证DC 平衡，采用8B/10B编码方式，可使得发送的“0、“1数量保持根本一致，连续的“1或“0不超过5位，即每5个连续的“1或“0后必须插入一位“0或“1，从而保证信号DC平衡，也就是说，在链路超时时不致发生DC失调。通过8B/10B编码，可以保证传输的数据串在接收端能够被正确复原。 6.5 CPRI带宽计算总结根据上述分析和计算结果可知，LTE带宽为20MHz时，采用15bit的I/Q采样位宽每AxC上I/Q采样数据流为921.6 Mbps，添加控制字后为983.04Mbp
