本文解释两个问题:A.什么是增强性通用公共无线电接口(eCPRI)?B.eCPRI在5G和开放无线网络中如何应用的?
1. CPRI (通用公共无线电接口)及特点
CPRI(通用公共无线电接口)是拉远设备(RRH)、无线设备(RE)、基站单元(BBU)或无线设备控制器(REC)之间“前传”网络的标准接口;无线拉远设备(RRH)分布在城郊和市区间隔几公里的铁塔上;这些RRH必须连接到中心位置的基(站)带单元;这些无线单元(RRU)与基站之间的连接也通常被称为“前传”。
4G(LTE)网络中CPRI接口做为前传连接;现在eCPRI(增强型通用公共无线电接口)已成为5G与公共无线网之间前传连接的一项重要技术。
2. eCPRI(增强型通用公共无线电接口)
eCPRI的规范是基于(如IP或以太网)分组数据的前传网络,可实现高效灵活的无线数据传输。 在eCPRI协议中规定向协议栈的上层提供多种用户面数据服务。
3.eCPRI 协议架构
通过eCPRI协议中包括一个或多个功能模块,主要包括发送或接收eCPRI信息。
控制和管理面:节点操作、管理和维护中数据流的控制和管理。
用户平面(三种数据流)
A. 无线基站到用户设备(UE)的数据流;用户设备到无线基站的数据流。
B. 与A 相关的实时控制数据。
C. eCPRI之外其他协议平面/数据流。
同步面:节点间同步和定时信息数据流。
4. 功能分解
eCPRI规范支持5G,可满足5G及未来移动网络的需求;相对CPRI,eCPRI协议支持蜂窝基站物理层内部灵活和分离的定位功能,其中 eREC (或BBU)包含部分物理层和空口的高层功能;,eRE (或RRH)包含部分物理层和模拟(射频)功能。下图显示了3GPP 4G (LTE)或5G (NR)无线基站的协议栈层;图中描绘了从A到E的五个功能层间分隔。
如图所示,eNB/gNB只包含两个单元eREC和eRE,它们的拆分只有在两个节点可以实现。如将 A(RRC层)从一个包含协议栈中对整个单元中分离,这将不能有效地支持许多特性(如需小区协调)。 在eCPRI中假设eNB/gNB包含eREC和eRE(s),参照下文单元内部分割用红线标记;这这是一个例子说明如何解释这个图形,蓝色和黄色的区域在一个eNB/gNB中显示eREC 和eRE位置。
在物理帧内进行分割优点是: 可以支持载波聚合、网络MIMO、下行复用、上行L1层复用等联合处理功能。 这些特征中也会被其他分割支持。与高层分割相比,帧内分割缺点是:前传网络需要“高”容量和“低”延迟。
与传统的CPRI相比,eREC和eRE之间拆分后前传接口的比特率降低。如观察下行链路,在物理层不同处理阶段,有三个进程提高了比特率。 这三个过程分别是调制,端口扩展与波束斌形,IFFT +循环前缀处理(即从频域到时域)。 通过向前移动分裂,前传速率将降低,反之亦然。而当拆分点移动到MAC层时,用户平面实时控制数据的比特率会增加,反之亦然。
5. eCPRI and CPRI 异同
CPRI特点
· CPRI是一个点对点的接口。
· 它有一个主端口和一个从端口,通过光缆/电缆(单跳)连接
· 网络功能是应用层功能,不受CPRI接口本身影响。
· 支持的拓扑依赖于REC/RE功能
· 支持的逻辑连接包括
点对点(1 REC—1 RE)
点对多点(1 REC—n Res)
· 冗余、服务质量、安全性等, REC/RE功能(如需)
eCPRI特点
· 物理层面上不再有主端口和从端口之分;
· eCPRI层位于传输网络层之上;
· eCPRI层不关注传输网络层的实际拓扑结构;
· 传送网络可能包括一些本地网络,如由eREC/eRE供应商提供的本地交换。
· 支持的逻辑连接包括:
2 (one eREC – one eRE)点对点与CPRI相同;
2 (one eREC – several eREs)点对多点,与CPRI相同;
2 (eRECs – eREs, eRECs – eRECs, eREs – eREs)多点到多点,新eCPRI并非总是需要。
· 冗余、服务质量、安全等是传输网络的主要功能; 必要时,eCPRI节点需要实现适应传输网络层协议来支持这些功能。
6.eCPRI优势
所需带宽减少10倍
· 所需带宽可根据用户平面的流量进行扩展
· 以太网可在同一交换网络中同时承载eCPRI流量和其他流量
· 一个以太网络可同时承载来自多个系统供应商的eCPRI流量
· Ethernet-OAM可用于网络的操作、管理、维护、供应和故障排除
· 新接口是一个实时传输接口,可支持复杂的协调算法,保证最佳的无线性能
该界面面向未来,可支持无线网络的软件更新
· IEEE 802.1CM网络标准(时间敏感),可保证高优先级流量的抖动和延迟降低,802.1CM支持抢占低,优先级数据包以调度高优先级延迟和抖动敏感的传输。
7.eCPRI在5G和RAN中应用
4G (LTE)网络中,前传网络主要是私有协议,如CPRI和OBSAI。这些协议由于使用更高的频段(数百MHz)和大规模MIMO技术,在5G环境下并不具有成本效益。
另一方面eCPRI协议比G CPRI协议的带宽扩展效率高了10多倍,所以需要较少的传输资源;eCPRI作为一个开放的接口也解决了专有问题,使得运营商更容易为RRUs 和基带单元混合匹配供应商设备。eCPRI是一种数据包接口,可在已有以太网中构建,利用现有以太网。
References: eCPRI Specification