5G系统中BBU与RRU之间前传接口(CPRI)带宽计算

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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：

上行I/Q采样宽度：4~20 bits，常用值为12，15和16。

下行I/Q采样宽度：8~20 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基本帧长度Tc=1/fc=1/3.84MHz= 260.41667ns。一个基本帧包含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word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，则有效载荷分别对应240/480/960比特。它们分别对应CPRI选项1/2/3/5，如下图所示。

CPRI基本帧长度为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"数量保持基本一致，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。