通用公用无线接口（CPRI）承载方案研究.pdf

版权声明 本 研究报告 版权属于中国通信标准化协会，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本 研究报告 文字或者观点的，应注明“来源：中国通信标准化协会”。违反上述声明者，本协会将追究其相关法律责任。 研 究 报 告 要 点 随着 3G/4G 无线 应用的普及和快速发展， 带宽快速 增长， 目前 面临 CPRI 接口 业务的承载问题。 ITU-T已经开始了 CPRI承载的光层、电层相关 技术标准的研究工作。为了满足国内运营商 无线基站前传和回传 需求，以及运营 商对传送网灵活性的需求， 本报告对 CPRI承载 方案 进行了研究 。 本研究报告 第 3 章对 CPRI 承载 网络需求 和 应用场景 进行了分析。第 4 章对关于 CPRI光层和电层 标准化进展情况进行了介绍。第 5 章介绍了 CPRI 光接口要求 。第 6 章对 CPRI承载方案进行 讨论和分析，包括 光纤直连、无源合分波、有源 OTN/WDM、 无源有源混合OTN/WDM、 WDM-PON 等承载方案 。第 7 章 对 有源 OTN/WDM 及无源分合波的 CPRI 承载方案进行多厂家测试验证 。 第 8 章对全文进行了总结 和承载方案的对比 。 附录 A 进行了 CPRI 接口带宽分析。附录 B介绍 了时延补偿技术。 本研究报告参考了 CPRI Specification V6.1 通用无线接口（ CPRI）：接口规范等， 并 结合中国实际需求制定而成。 传送网与接入网技术工作委员会 传送网 工作组 研究单位： 华为技术有限公司 、 中国电信集团公司 、 中国联合网络通信集团有限公司 、 中国信息通信研究院 、 中国移动通信集团公司 项目负责人： 李时星 、 荆瑞泉 项目参加人： 沈世奎 完成日期： 2015 年 8 月 31 日 目 录 1. 范围 . 1 2. 缩略语 . 1 3. CPRI 承载应用场景和需求分析 . 1 3.1. C-RAN 简介 . 1 3.2. CPRI 承载应用场景 . 4 3.3. CPRI 承载需求分析 . 5 3.3.1. 降低机房需求，支持 快速建网 . 5 3.3.2. 提高基带资源使用效率 . 6 3.3.3. 承载带宽需求 . 6 3.3.4. 多路复用需求 . 7 3.3.5. 频率、时延需求 . 7 3.3.6. 需求小结 . 8 4. CPRI 承载标准化进展情况 . 9 4.1. 光层 . 9 4.1.1. G.metro 标准简介 . 9 4.1.2. 移动接入网络应用 . 10 4.1.3. G.metro 解决方案 . 11 4.1.4. TWDM-PON 标准简介 . 12 4.2. 电层（ CPRI OVER OTN） . 14 5. CPRI 接口要求 . 18 5.1. 支持的无线电标准 . 18 5.2. 工作范围 . 18 5.3. 同步 /时序 . 18 5.3.1. 频率同步 . 18 5.3.2. 定时校正误差（ Time Alignment Error） . 19 5.3.3. 链路时序精度 . 20 5.3.4. 往返延迟精度 . 20 5.3.5. TDD Tx-Rx 切 换点精度 . 21 5.4. 延迟测量 . 21 5.4.1. 每个链路往返线缆延迟 . 21 5.4.2. 一个多跳连接的往返延迟 . 21 5.5. 链路维护 . 22 5.6. 服务质量 . 22 5.6.1. 最大延时 . 22 5.6.2. 承载设备最大延迟 . 22 5.6.3. CPRI 链路比特误码率 . 22 6. CPRI 承载方案 . 23 6.1. 方案一：光纤直连方案 . 23 6.2. 方案二：无源合分波方案 . 23 6.3. 方案三：有源 WDM/OTN 方案 . 24 6.4. 方案四：无源 +有源混合 WDM/OTN 方案 . 25 6.5. 方案五： WDM PON 方案 . 27 7. CPRI 承载方案测试 . 27 8. CPRI 承载方案研究的主要结论 . 28 附 录 A CPRI 接口带宽分析 . 31 A.1 CPRI 帧结构 . 31 A.2 带宽计算示例 . 32 A.3 带宽压缩 . 33 附 录 B 时延补偿 . 34 1 通用公用无线接口（ CPRI）承载方案研究 1. 范围 本报告 研究了无线 基站 CPRI接口的 承载方案 。主要内容包括 CPRI承载 网络需求、应用场景、标准化进展情况、 CPRI光接口要求 、 CPRI承载方案分析及测试 等 。 2. 缩略语 AQL 接收质量限 Acceptance quality limit AxC 天线载波 Antenna-carrier CPRI 通用无线接口 Common Public Radio Interface CRC 循环冗余校验码 Cyclic Redundancy Check E-UTRA FCS 演进的通用陆地无线接入 帧校验序列 Evolved Universal Terrestrial Radio Access Frame check sequence GPS 全球定位系统 Global Positioning System LOF 帧丢失 Loss of frame LOS 信号丢失 Loss of signal MIMO RAI 多输入多输出 远程报警指示 Multiple-Input Multiple-Output Remote alarm indication PRBS 伪随机二进制序列 Pseudo-Random Binary Sequence RE 无线设备 Radio Equipment REC 无线设备控制 Radio Equipment Control SAP SDI 服务接入点 SAP 缺陷指示 Service Accessing point SAP defect indication UTRA FDD 通用陆地无线接入 频分双工 Universal Terrestrial Radio Access Frequency Division Duplex 3. CPRI 承载 应用场景和 需求 分析 3.1. C-RAN 简介 随着智能终端的快速普及和移动互联网的飞速发展，移动业务呈指数增长，意味着运营商的移动网络面临着更大的传送数据业务的压力；因此运营商需要不断增大移动接入网络的传送带宽和基站数量，来满足迅速增加的用户需求。 由于高频段无线信号的衰耗增加和基站新建站址的获取困难， LTE网络覆盖面临更多问题，尤其是在城区范围。为了提高无线接入业务的终端用户体验，需要进一步增加移动网络的覆盖，因此需要更多不同类型的基站，包 括宏基站、小微基站（ small cell）、室分和 WiFi等。 BBU池组化是无线基站发展的重要方向， BBU池组化可以将基带资源集中，在不同 BBU间动态分配无线资源，实现多点协同（ CoMP）、自适应负载均衡、联合调度和干扰消除等，最终实现频谱资源利用率和网络容量的提升。 2 C-RAN(Centralized-Radio Access Network or Cloud-based Radio Access Network)即集中式无线接入网或基于云的无线接入网。 如图 1所示， C-RAN是基于集中化处理 (Centralized Processing)、协作式无线电 (Collaborative Radio)和实时云计算构架 (Real-time Cloud Infrastructure)的绿色无线接入网构架 (Clean system)。通过减少基站机房数量，减少能耗，采用协作化、虚拟化技术，实现资源共享和动态调度，提高频谱效率，以达到低成本，高带宽和灵活度的运营。 C-RAN集中化部署 技术 目前 已 趋 成熟 并规模化 。 图 1 C-RAN网络 结构 分布式基站的关键模块包括基带单元（ BBU， Base Band Unit）、远端射频 单元（ RRU， Remote Radio Unit）。 BBU可连接多个 RRU，提高基带池共享效率。分布式基站可实现更大容量 BBU集中放置，更大程度节省站址资源。 BBU与 RRU分离之后，它们之间的标准接口 ， 目前存在 三 种接口类型： a) CPRI接口： CPRI联盟于 2003 年 4月由爱立信、华为、 NEC、北电网络及西门子公司发起和成立。 CPRI接口协议包括 L1（物理层）和 L2（数据连接层），目前 CPRI接口可支持 GSM、 WCDMA、CDMA2000、 TD-SCDMA、 WiMAX和 LTE等多种无线通信标准，主流设备 厂商均支持。 b) Ir接口： Ir接口标准由中国通信标准化协会提出，在 TDS-CDMA中得到应用，并进一步扩展到 TD-LTE。 LTE的 Ir 接口协议的层一、层二遵从 CPRI Specification V4.2协议， LTE Ir 接口协议对 CPRI协议的部分内容加以约束以保证互操作性。 c) OBSAI接口： 由诺基亚、中兴通讯、三星等公司发起的一个标准化组织。 OBSAI协议分为 4层，从上至下分别是应用层、传输层、链路层和物理层。 OBSAI规定了3 种光纤速率，分别是 768 Mbit/s、 1536 Mbit/s、 3072 Mbit/s，通常以 1x、 2x、 4x来表示。 由于 CPRI接口获得了更多主流设备厂商的支持，且定义了满足 LTE需求的更高速率，因此， CPRI接口成为国内主流，被广泛采用。 IP / M P L SN etw o r kRRHRRHRRHC en tr a l Of f i c eBBUBBUBBURRHRRHRRHM o b i l e Fr o n th a u l ( M FH)M o b i l e Ba c kh a u l3 CPRI（公共无线接口规范： Common Public Radio Interface）可用于各种无线网络制式（ GSM、CDMA2000、 LTE等），目前已发布到 6.1版本 (2014年 7月）。 CPRI接口信号结构如图 2所示： 图 2 CPRI接口信号结构 CPRI链路应用于 REC（ Radio Equipment Control，即 LTE 制式中的 BBU）和 RE（ Radio Equipment，即 LTE制式中的 RRU）之间 。 图 3 CPRI接口所在位置示意图 CPRI 6.0中已定义了 8个速率，如表 1所示 ： 表 1 CPRI接口速率 类 型 速 率 CPRI Option1 614.4Mb/s CPRI Option2 1.2288Gb/s CPRI Option3 2.4576Gb/s CPRI Option4 3.072Gb/s CPRI Option5 4.915Gb/s RRU BBU 空口 CPRI 链路 CPRI 接口 CPRI 光模块 CPRI 光模块 R S S R 4 CPRI Option6 6.144Gb/s CPRI Option7 9.8304Gb/s CPRI Option8 10.1376 Gb/s 为了保证 RRU与 BBU之间的数据可以正常传递，其性能可以满足基站应用要求， CPRI 6.0对同步、时延精度、链路质量、告警等物理层指标进行了规定 。 带宽需求、物理指标要求等是我们评价前传技术方案是否可行重要依据。 3.2. CPRI 承载 应用场景 光纤资源充足的场景，目前多采用 光纤直联 方案 ，每个 RRU至少按需 1对光纤规划部署，总体的纤芯需求 需要考虑 FDD/TD LTE、 频点数目（ 1.8G、 2.1G、 2.6G） 、 扇区数目（ 3、 1） 、 保护方式 等 因素 ；对于光纤资源紧张的场景则需要选择无源 WDM、有源 WDM/OTN、单纤双向等方案实现不同程度的 BBU集中方案。 BBU集中需要考虑承载带宽、传输成本以及可靠性等因素。 CPRI前传网络的承载场景可基于网络规模、光纤拓扑及 BBU集中方式，可简单分为下面三种典型应用 示例 ： 典型 场景一： BBU小 规模 集中 （见图 4） 图 4 BBU小 规模 集中 示例 BBU集中点所在机房位于接入光缆网的配线层及以下（多利用引入层光纤汇聚点的机 房条件）， 典型场景是 BBU集中部署在条件较好的原 3G 机房， 负责集中周边 2KM范围 以内 的远端站 ； 点对点组网简单，光纤充足时采用光纤直连，不够则采用 WDM； 如： 可 支持 30个 CPRI端口 ，接入带宽 302.5/4.9/6.1/9.8G； OAM要求 较 低 。 典型 场景二： BBU中等 规模 集中 (见图 5) 图 5 BBU中等规模集中 示例 2 k mBBURRU 1 0 kmBBURRU5 BBU集中点所在机房位于接入光缆网的主干层（多利用主干层光纤汇聚点的 OLT机房或端局的机房条件），负责集中 最大 周边 10KM 范围 以内 的远端站 ； 可选择 点对点、链型、环型等组网 ；该场景 需要减 少光纤消耗；需具备一定的 OAM能力支持故障定位； 如： 可 支持 60个 CPRI端口， 接入带宽 602.5/4.9/9.8G。 典型 场景三： BBU大 规模 集中 (见图 6) 图 6 BBU大 规模 集中 示例 典型 场景 对区内的分布式基站，利用接入区内原有的环形 光纤 网连接 BBU和远端 RRU，实现 BBU的集中部署，原有光 纤 网承载 CPRI 接口数据。 如： 一个环上的宏站站点在 6-8个，每个站点为 S2/2/2配置， 支持 未来可升级为 S3/3/3配置 ，如此需 支持 150 左右 CPRI端口，接入带宽 150 2.5/4.9/9.8G；接入距离 20KM及以上 。 采用环型或环带链型 组网， 可 减少光纤消耗；需具备强 OAM能力和保护 。 CRAN承载的组网 承载方案 需要与 具体网络 基站规模、 光纤资源及 拓扑 等 匹配 ； BBU大中 小规模集中 程度与覆盖距离也不是严格对应；如 室分系统部署中，利用楼内预先部署的丰富网线资源承载 CPRI接口数据，实现 BBU与拉远 RRU间的通信 ， RRU规模可在十几乃至几十，甚至上百个 ，因此仍可视为 中、 大规模集中 。 目前中 小规模集中 已具备 规模 商用条件， 大规模集中 方案还需要进一步研究完善 。 3.3. CPRI 承载需求分析 3.3.1. 降低 机房需求，支持快速建网 传统的基站建设模 式越 来越 受到挑战 ，基站选址的难度逐步加大。就近选择已有条件的机房分散新建 BBU设备及其配套传输设备的方式存在较大缺点： 各机房内都需要新建配套电源和空调设备，建设周期长、整体投资大； 各机房 BBU设备利用率受到限制； 各机房传输设备利用率不高 。 BBU集中 、 RRU拉远建设可以减少站址需求，减少基带设备和传输配套设备，快速部署。 因此相应的 CPRI承载设备需支持 末端免机房部署， RRU侧支持全室外部署；支持免配置，免维护，远程业务管理。 2 0 kmBBURRU