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5G系统中BBU与RRU之间前传接口(CPRI)带宽计算.pdf

发布时间：2022-06-10 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.51M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    5G 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)的含义及考虑因素 (R3-160754) 在 RAN3 #91bis 会议的 R3-160754：Fronthauling: Motivations and Constraints中， Mitsubishi Electric 分析了 Fronthauling 的基本概念，对其动因和局限进行了简单分析。 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。 RAN 下，小区间的移动性多在 CU 内部完成，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，则 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- 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。 具体体现在以下几个方面： 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，以及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 Office 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，早期规范讨论过程中， CU/DU 切分考虑高层和底层等多种选项。目前高 层(1~3 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， 2x2 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及其修改稿 R3-160986中，对前传提供 了明确的计算方法，提出了 “614.4Mbps/10MHz/天线端口 ”的基本结论，并在此基础上对 不同天线端口和带宽进行了估算分析。具体说明如下。 R3-160986中提到，如果在 BBU 与 RRH 之间进行切分，则其接口上传送的是 I/Q 信号。 5G 系统中如果也采用同样的切分方式，则计算表明，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 分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 CP，则为 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，传输部分强调为最大理论值，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，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中体现了出来。 TR 38801-060中，表格题目和文字描述都有部分变化。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部分。 4 TR38.801(V14.0.0)中结论 在 RAN3 #91bis 的 Mitsuibishi 提案讨论和修改的基础上，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部分。 5 BBU 与 RRU 之间 CPRI 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 进行基带信号处理，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以及 TR38.801 中信息，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，则： - 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 ： 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 规范中，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比特填充的方式来对空闲位进行填充，以获 取较大的比特宽度。对于上下行采用不同比特宽度时，这种处理方法比较有用，但在 CPRI 上进行影射时，通常上下行都会采用相同的采样宽度。 简单来讲， I/Q 信号到 CPRI 接口的影射遵循以下规则：
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