5G系统中BBU与RRU之间前传接口(CPRI)带宽计算

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。C-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-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-