White Paper of Next Generation Fronthaul Interface
版本號 1.0
2015年6月4日
中國移動通信研究院
上海貝爾股份有限公司
諾基亞網絡
中興通訊股份有限公司
博通公司
英特爾中國研究中心
聯系人：
黃金日：huangjinri@chinamobile.com
袁雁南：yuanyannan@chinamobile.com
近些年來，集中BBU（BaseBand Unit，基帶單元）、拉遠RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠單元）的C-RAN（Centralized, Cooperative, Cloud & Clean - Radio Access Network）網絡部署在全球許多國家和地區得到了越來越廣泛的應用，但受CPRI（Common Public Radio Interface，通用公共無線電接口）的限制和現有BBU/RRU接口帶寬要求高的影響，若沿用CPRI進行前傳組網，則會限制C-RAN更大規模的部署；另外面向4.5G及未來5G的無線技術也對現有CPRI提出了新的挑戰。本白皮書旨在解決這些問題，提出了NGFI（Next Generation Fronthaul Interface，下一代前傳接口），并列出多種可選的接口功能劃分方案。以期產業界各方共同探討，形成業界共識，推動NGFI的成熟，促進未來無線網絡的發展。
本版白皮書內容涵蓋了下一代前傳網絡接口演進需求、設計原則、應用場景和潛在方案等技術領域，對無線接入網絡未來的演進方向具有很好的參考價值。希望這版技術白皮書能在推廣NGFI框架思路的同時，也能為未來傳輸設備的設計提供指標性參考。衷心感謝上海貝爾股份有限公司、諾基亞網絡、中興通訊股份有限公司、博通公司、英特爾中國研究中心等成員單位的辛勤撰寫。作為NGFI白皮書的第一版，有很多技術觀點還未成熟，歡迎業界與我們共同探討，希望今后能夠吸納更多的技術觀點，使其內容更加豐富翔實。
1 概要
1.1 現有網絡面臨的挑戰
C-RAN提倡的BBU集中化部署，具有加快網絡部署、降低運維和投資成本、有效支撐協作化及載波聚合等LTE-A關鍵技術、提升網絡性能等顯著優勢[1]。但C-RAN部署的一個主要挑戰來自于前傳網絡。以LTE為例，CPRI接口要求高帶寬、低時延，雖然目前基于有源或者無源波分傳輸技術可有效解決此前傳問題，節約光纖使用量，但會引入額外的傳輸設備，造成成本上升。因此，如果能設計一個更加靈活、更低帶寬的前傳網絡，將能進一步解決C-RAN組網的傳輸問題。另外，C-RAN集中化后的雙路由保護需求也要求實現BBU基帶池和RRU間的靈活路由。總之，傳統CPRI接口很難支持未來無線網絡集中式部署的組網需求。
從傳統CPRI接口承載移動通信數據的效率角度分析。移動通信業務具有顯著的動態變化特性，寫字樓、住宅區等區域存在潮汐效應，凌晨時段大部分網絡處于低業務負載狀態。然而，現有的BBU與RRU采用的定速率前端傳輸接口CPRI或OBSAI（Open Base Station Architecture Initiative）是一種基于TDM（Time-division Multiplexing，時分復用）協議的定速率前傳接口，即使在沒有業務負載的情況下仍會傳輸CPRI/OBSAI流，數據傳輸效率低下[2]。
1.2 未來網絡的需求
從現有無線網絡功能和結構的演進分析，目前3GPP已在R12中引入了基于LTE的雙連接，R13正在討論在LTE+WiFi異構網絡中提供異構雙連接的功能。進一步為滿足未來5G容量密度1000倍提升的要求，需要引入超密集、靈活的小基站部署。超密集小基站的部署勢必帶來頻繁的站間切換和信號干擾問題。上述問題需要通過集中控制面，以及大基站和小基站之間更緊密地空口協作來解決。由此可見，網絡結構正朝著C/U分離、控制集中的方向發展。因此，前傳接口需提供低時延和高帶寬傳輸服務，并通過BBU/RRU功能重構滿足無線網絡結構演進的需求。
從未來無線網絡向5G演進的場景需求分析。5G時代除了繼續支持現有網絡應用外，還會引入許多新的用戶應用。例如：密集城區無處不在的高清/超高清甚至3D全息影片和視頻、任何地方50+Mbps的高速用戶體驗、大于350km/h的高速移動應用、傳感網、觸覺互聯網、E-Health、自然災害監測等[3]。為滿足5G多樣化業務場景的需求，未來網絡需要具備按需快速定制、快速部署的能力，從而需支持大規模RAN共享等功能，從而前傳網絡必須具有更大靈活性和可擴展性。
從未來5G網絡新技術引入的角度分析，越來越多的新技術和新特性將會出現以提升用戶帶寬、網絡容量、業務時延等性能，從而應對上述新的應用需求[4]。首先，隨著無線帶寬和天線數增加，現有BBU和RRU間傳輸帶寬急劇增加，通過BBU/RRU功能重新劃分可滿足網絡Massive MIMO等新技術對前端傳輸的要求。其次，面向低時延和高帶寬的上層業務需求，業務下沉和核心網功能邊緣化趨勢明顯。在考慮業務命中率的前提下，將業務下沉至BBU集中部署機房是對業務命中率和業務時延需求的一種折中選擇。在這種情況下，高帶寬、低時延的前傳網絡是滿足上層業務需求的基礎。
基于上述討論，我們認為目前產業界普遍應用的CPRI/OSBAI接口主要適用于點對點連接，由于其傳輸效率低、靈活性差、難以擴展等缺點，特別是集中化部署成本過高，無法滿足面向5G演進的前傳網絡組網需求。
為了更好地提升網絡資源使用效率，更好地支持無線網絡向5G系統演進，也為了更好地支撐BBU的集中化部署，我們需要重新定義BBU和RRU的功能，設計一個基于分組傳輸技術的BBU和RRU接口，即下一代前傳網絡接口，以應對網絡持續演進的挑戰。
1.3 關于本白皮書
本白皮書展示了中國移動對于“下一代前傳網絡接口NGFI”的愿景，并提出了NGFI的主要技術挑戰、研究框架并定義了關鍵需求指標。我們誠邀工業界和學術界的研究機構積極參與NGFI關鍵技術的研究，共同推動相關標準化及產業化進程。
作為白皮書第一版，本文或許還不夠全面，并可能存在某些不一致的地方，歡迎提出修改意見和建議。隨著時間推移，新的研究內容可能會被加入到更新的版本中。
2 NGFI定義、優勢及應用場景
2.1 NGFI接口的定義
NGFI是指下一代無線網絡主設備中基帶處理功能與遠端射頻處理功能之間的前傳接口。NGFI是一個開放性接口，至少具備兩大特征：一方面是重新定義了BBU和RRU的功能，將部分BBU處理功能移至RRU上，進而導致BBU和RRU的形態改變，重構后分別重定義名稱為RCC（Radio Cloud Center，無線云中心）和RRS（Radio Remote System，射頻拉遠系統）；另一方面是基于分組交換協議將前端傳輸由點對點的接口重新定義為多點對多點的前端傳輸網絡。ss此外，NGFI至少應遵循統計復用、載荷相關的自適應帶寬變化、盡量支持性能增益高的協作化算法、接口流量盡量與RRU天線數無關、空口技術中立RRS歸屬關系遷移等基本原則。NGFI不僅影響了無線主設備的形態，更提出了對NGFI承載網絡的新需求。
如圖2-1所示，NGFI前傳網絡連接RRS和RCC。其中，遠端射頻系統RRS包括：天線、RRU以及傳統BBU的部分基帶處理功能RAU（Radio Aggregation Unit，射頻聚合單元）等功能。與現網的當前部署相對應，遠端功能應部署在現有無線站址位置，對應功能的作用區是當前宏站的覆蓋區域以及以宏站為中心拉遠部署的微RRU和宏RRU的覆蓋區域。圖中RAU為一個邏輯單元，實際設備形態與具體的實現方案有關，可以與原有RRU進行功能整合形成新RRU實體，也可以獨立設計為一個硬件實體。
無線云中心RCC包含傳統BBU除去RAU外的剩余功能、高層管理功能等，由于是多站址下的多載波、多小區的功能集中，從而形成了功能池，這一集中功能單元的作用區域應包括所有其下屬的多個遠端功能單元所覆蓋的區域總和。相比扁平化的LTE網絡設計，引入基帶集中單元，并非引入一個高層級的網元，而僅是在考慮未來更高等級的協作化需求引入的基礎上，進行BBU/RRU間的形態重構，并不影響LTE的扁平化網絡結構。
NGFI接口實現了連接RRS和RCC的功能，即：重新劃分完成后的BBU與RRU間接口。其接口能力設計指標定義需考慮BBU/RRU功能重構后對帶寬、傳輸時延、同步等提出的新要求。
2.2 NGFI的設計原則
2.2.1 統計復用
統計復用原則是指在一定組網規模（如100載波/1000載波等）下，RCC與RRS之間傳輸的數據帶寬需求對前傳網絡而言具有統計復用效果，可減少前端傳輸網絡的帶寬配置，達到降低成本的目的。
2.2.2 載荷相關的自適應帶寬變化
載荷相關的自適應帶寬變化原則是指RCC和RRS之間的NGFI接口帶寬與上層業務載荷成正比變化。載荷相關的自適應帶寬變化原則是統計復用原則的必要條件之一。
2.2.3 盡量支持性能增益高的協作化算法
盡量支持性能增益高的協作化算法原則是指在滿足前三項原則的情況下，BBU/RRU功能重新劃分后，盡量支持性能增益高的協作化算法（如聯合調度、聯合接收、聯合發送等）。
2.2.4 接口流量盡量與RRU的天線數目無關
盡量使得接口傳輸帶寬與RRU支持的天線數目無關是指，將與天線直接相關的計算放至遠端，可更好地適應未來演進引入大規模天線陣的需求，避免因RRU支持的天線數上升而帶來NGFI接口帶寬需求的大幅上升。
2.2.5 空口技術中立原則
NGFI接口除了應支持現有的4G LTE技術外，還應該支持未來的5G空口技術。即：對于未來的5G空口技術，RCC和RRS之間的接口也應滿足2.2.1~2.2.5所描述的準則。對前傳數據的承載，我們建議采用以太網傳輸。這不僅可以充分利用已有的豐富以太網基礎網絡提高網絡部署速度，同時可以利用分組傳輸的統計復用、靈活路由等特性，提高傳輸效率，靈活組網。
2.2.6 支持RRS歸屬關系遷移
RRS歸屬關系遷移功能是指可根據需要將除RRS外的基帶處理功能從一個RCC遷移至另一個RCC，但是每個RRS在任意時刻只能歸屬于一個RCC。當業務量過大時，RRS歸屬關系遷移功能實現更好的負載均衡；當業務量低時，RRS歸屬關系遷移能實現處理的進一步集中，降低設備功耗，更好地實現無線云中心內處理資源的統計復用。
RRS歸屬關系遷移功能可提高網絡可靠性，當某一RCC故障時，其下屬的RRS可分散遷移至其它RCC進行管理。
2.3 NGFI的邏輯分層
NGFI接口邏輯上可以分成如下三個層面：NGFI數據層，NGFI數據適配層和物理承載層，NGFI數據層包含各類無線技術相關的用戶面數據、控制面數據、同步數據和管理數據；隨著無線技術的演進，在不同的基站功能劃分方法和不同制式的無線接入網絡（4G/5G）中，用戶面數據和控制面數據會有不同的帶寬或性能需求，NGFI數據適配層的引入就是為了保證這些不同需求的無線數據的傳輸特性能很好地匹配底層傳輸網絡的特性，數據適配層可以針對不同的無線數據和傳輸網絡進行適配；物理承載層包含目前的主要無線接入網的傳輸技術，如PTN（Packet Transport Network，分組傳送網），PON（Passive Optical Network，無源光纖網絡）以及WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分復用）等。
2.4 NGFI的主要優勢
NGFI相比較傳統CPRI接口，對運營商組網而言將會從幾個方面帶來顯著的優勢：
·NGFI利用了移動網絡的業務潮汐效應，實現統計復用，提升了傳輸效率，降低了對前傳網絡的成本壓力；
·NGFI大幅降低了RCC-RRS傳輸接口帶寬，在保持RCC/RRS分離結構的基礎上，有利于多天線技術的實現，易于RCC集中化部署并實現無線網絡協作化功能，從而滿足未來無線網絡架構的發展需求；
·NGFI基于以太網傳輸，因此在建設運維上，可以利舊已有傳輸網絡結構，借助以太網傳輸技術實現靈活的組網，可靠且運維界面清晰。同時易于實現統計復用，更好支持保護功能；另外，通過以太網的靈活路由能力，可更好地支持不同運營商之間的前傳網絡共建共享，節約網絡基礎資源；
·更易于實現前傳和后傳網絡共享；
·易于實現網絡虛擬化，更好地支持RAN共享和業務定制要求。
2.5 NGFI的應用場景
2.5.1 綜合業務接入區
綜合業務接入區場景下的NGFI應用是指以綜合業務接入區為單位，對區內的分布式基站，利用接入區內原有的環形光纜網連接RCC和遠端RRS，實現BBU的集中部署，原有光纜網承載NGFI接口數據。其中，一個環上的宏站站點在6-8個，每個站點通常為S2/2/2（即3個小區，每個小區2個載波）配置，但在未來業務量增長的情況下，可升級為S3/3/3配置。另外，RCC集中點和遠端RRS的傳輸距離一般不超過20km。
2.5.2 室分系統部署
在室分系統部署中，利用樓內預先部署的豐富網線資源承載NGFI接口數據，實現RCC與拉遠RRS間的通信。RRS規模視具體場景，可在十幾乃至幾十，甚至上百個。
2.5.3 以宏站機房為集中點的末端集中部署
此場景是為了滿足容量需求，在業務量密集區域，將RCC集中放置在宏站機房，采用微站RRS拉遠覆蓋，提供容量保證，二者之間采用光纖直驅或者利用已有接入網管線進行連接，其中RRS可通過級聯以節約纜線資源。宏站采用典型S3/3/3配置，微站一般為2天線全向覆蓋。宏微站的比例一般在1:3到1:6之間，但在業務量極其密集的情況下，宏站和微站比例可達1:9甚至更高。距離上，宏微站之間一般為幾公里。
此場景可以平滑地支持4G到5G的演進，為滿足廣覆蓋和高速率的要求，未來5G將需要更密集的小站部署，并支持不同制式的異構網，如5G/4G異構、4G/WiFi異構、5G/4G/WiFi異構。小站的控制需要集中在宏站，小站的數據需要通過宏站匯聚。NGFI網絡能提供小站到宏站的匯聚功能，動態的調整小站傳輸網絡配置。
3 實現NGFI的主要挑戰和關鍵技術
3.1 RCC-RRS功能劃分
無線系統包括射頻和基帶功能，而后者又由物理層，第二層（MAC，RLC，PDCP等子層）以及第三層（如RRC）等協議功能層構成。不同的無線網絡架構中，這些功能層可分布在不同的物理設備理實體上。為了滿足未來網絡的組網演進需求，在RCC-RRS間合理分配各層的功能是設計NGFI考慮的核心問題。
當前的設備形態實現的功能劃分方案主要包括：
·一體化基站：所有無線功能集中于一個物理設備，包括基帶和射頻處理。
·分布式基站：所有基帶處理相關的協議功能集中到BBU設備上，射頻相關的功能集中到RRU或者有源天線系統上。
上述這兩種劃分方式，前者不利于實現跨站間的協作化算法和功能實現，后者在線網部署時又遇到帶寬過大導致傳輸難以支持的問題。因此，在NGFI網絡架構下需要重新思考BBU-RRU（RCC-RRS）間功能劃分方案，以更好地滿足未來網絡演進需求。RCC-RRS功能劃分方案需要結合無線網絡技術和前傳網絡技術聯合設計。既要滿足無線網絡性能要求，又要兼顧到前傳網絡的壓力，同時RCC-RRS功能劃分還需滿足未來無線網絡演進的更多需求。
3.2 無線數據分組化
無線數據分組化指RCC和RRS之間傳輸的無線載荷數據使用分組數據包的形式封裝。相比傳統CPRI接口以TDM幀格式的方式封裝，分組數據包傳輸化將提供更好的靈活性和可擴展性，既可以滿足高層無線數據傳輸的需求、具備識別無線用戶載荷的能力，也可以實現無線用戶載荷和相關的控制載荷在分組交換網絡中的高效傳輸。為了達到既滿足無線數據傳輸的高要求同時保留分組化優勢的目的，根據無線數據特征實現分組化傳輸將會是實現NGFI接口功能在傳輸領域需要考慮的問題。
考慮到無線載荷對于時延、時延抖動以及同步非常敏感，在分組化傳輸時可能需要在無線載荷前面引入特定的分組頭以傳遞無線載荷傳輸所特定的帶內控制信息如時間戳或者序號等，以便于接收端和發送端更好地協調。無線載荷加上引入的分組頭即完成無線載荷的分組化封裝。無線載荷分組化封裝可以是結構已知（Structure Aware）或者結構未知（Structure Agnostic）。在定義過程中需要重點研究封裝需求和應用場景、一種或者多種不同的分組頭具體格式以及由于分組頭引入的封裝開銷。除了關注于傳送層封裝以提供基于數據流層面統計復用之外，無線載荷傳送所必需的同步技術也將是研究的重點。無線載荷封裝技術的研究和能力提升，可與RRS/RCC之間無線功能劃分方式無關，也與具體的無線技術（2G/3G/4G/5G）無關，具有較好的前向兼容/空口技術中立性。
封裝后的無線載荷對傳輸網絡透明，可以由不同的傳輸技術承載，包括以太交換，MPLS-TP交換，IP路由，L2/L3 MPLS交換等等。對于每種承載網絡技術，需要根據其特點，確定封裝后的無線載荷如何承載，同時為了與現存的其他協議或者封裝類型相區分，可能需要為無線載荷封裝引入新的封裝/協議標識符。不同承載技術體系的承載和轉發效率、網絡和業務的擴展性和適應性、運行維護管理能力、網絡和業務的生存能力、以及產業鏈的支撐程度等會有所差異。需要根據傳輸網絡整體策略并結合各傳輸技術的技術特點作出相應的選擇。
3.3 NGFI傳輸的主要挑戰
3.3.1 NGFI的傳輸時延
NGFI接口RCC-RRS數據傳輸時延被定義為，數據從RCC網口發送至RRS網口所需的傳輸及交換的總時間，上下行所需時間對稱。相比較傳統的CPRI接口，新的NGFI接口將會帶來額外延時損失，這主要是因為交換網絡中交換設備的額外交換時延所致。考慮到當前LTE協議要求用戶UE（User Equipment）側與系統側的HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request，混合自動重發請求）交互時間是固定的，若將RCC-RRS的功能劃分點放在HARQ過程中，那么這里既包括了數據傳輸時延，也包括了數據處理時延。因此若傳輸時間拉長，則將會要求處理時延縮短，這將會給RCC的芯片處理能力提出更高的要求。若RCC-RRS功能切分點放置于HARQ以外，將會有過多功能前置于遠端位置，將影響多載波的協作化性能。因此傳輸時延是考慮NGFI的核心因素。
3.3.2 NGFI傳輸時延抖動
NGFI接口的傳輸抖動被定義為，數據從RCC網口發送至RRS網口所需傳輸時間的波動范圍。傳輸抖動的影響主要體現在兩方面：其一，兩側無線設備需要實現數據緩存，彌補抖動的影響。抖動越大，數據緩沖空間越大，設備復雜度越高。其二，基帶的實際處理時序，需按照數據最晚到達時間設計。抖動越大，則留給基帶處理的時間越短。
NGFI如果基于以太網傳輸時，傳輸節點的存在會額外增加業務報文的抖動，為了保證無線性能，需要對傳輸設備進行特殊的設計或優化，以降低抖動，滿足NGFI的抖動要求。
3.3.3 NGFI的同步問題
NGFI潛在的同步方案包括在RAU側引入GPS或北斗和通過前傳網絡實現同步等。同步方案如果采用在RAU側引入傳統的GPS或北斗作為同步源，對NGFI的影響相對較小。如采用從前傳網絡中提取時鐘同步，則需要仔細考慮同步時鐘對前傳網絡的需求。同步精度與前傳網絡的規模和傳輸設備性能相關。一般情況下，前傳網絡需要支持SyncE和1588v2。
·相位同步需求
傳統BBU的BackHaul網絡，需滿足TDD系統的空口上下行同步需求，根據3GPP定義，空口精度需達到+/-1.5us。采用1588v2協議進行不同站間的時間同步，實現的同步精度可達到納秒量級，考慮BBU數據處理可能帶來的額外精度損失，中國移動現網要求BackHaul網絡提供的時間同步精度為：經過30跳PTN設備引入的時間誤差不能超過1us。
而進一步考慮物理層協作化技術的需求，不同RRU（同站的RRU或者不同站點的RRU）的不同天線間的同步誤差需小于130ns，才可支持多RRU間的下行聯合發送功能。如果跨RRS進行物理層協作化，那么這個指標會對現在的網絡提出更高的要求，需要將前端傳輸網絡和無線網絡進行聯合設計。
·頻率同步需求
NGFI接口相比傳統接口，并未對頻率同步需求提出更高的要求。傳統BBU的BackHaul采用同步以太網技術（Synchronous-Ethernet，簡稱SyncE）實現頻率同步。宏站頻率同步指標定義為0.05ppm，目的是為了滿足LTE無線空口的頻率同步誤差的需求。在NGFI環境下，RRS可以通過前傳網絡的SyncE獲取頻率同步。
3.3.4 NGFI的傳輸帶寬
為滿足用戶良好的使用體驗，前傳網絡必須保證一定的帶寬，以支持進出RCC的數據速率。
3.4 NGFI引入的影響
3.4.1 NGFI對RRU側的影響
同傳統的RRU相比，支持NGFI協議在一定程度上增加RRU側的復雜度，主要體現在如下3個方面：
·將部分無線協議棧功能及算法處理功能移至RRU側實現；
·增加了時鐘同步模塊，實現1588v2/SyncE。
·擴充了現有BBU-RRU點對點連接方式，考慮前傳網絡組網的需求，需將每一個RRS看作一個網元，額外增加對RRS的管理功能。
·對于一體化RRS，如果將部分基帶處理功能移到RRS側會對增加RRS的熱耗散，對RRS的體積和重量會帶來較大的影響。RRS的尺寸、重量、熱耗與發射功率等級息息相關，按照目前RRS散熱能力估算，在高溫極限時，熱容積大致為15W/升，每增加15W的功耗。相比原有RRU，估計會使RRS體積增加1L，相應地RRS重量會增加約1KG左右。
3.4.2 NGFI對傳輸網絡的影響
支持NGFI的傳輸設備應該具有較大帶寬、低時延、低抖動、支持高時間同步精度、低成本、高集成度等特性。網絡需要考慮丟包率、時延、時延抖動等參數。不同的功能劃分方案對NGFI網絡傳輸丟包率、時延和時延抖動等的要求是不同的。并且在某一劃分方案下不同類型的數據對NGFI網絡傳輸丟包率、時延和時延抖動等的要求也是有差異的。
·丟包率：應該避免NGFI的無線前傳網絡流量擁塞，例如支持QoS。
·低時延：為控制時延，對NGFI的無線前傳網絡的傳輸距離和跳數有一定限制。
·時延抖動：盡量減小。
從前述應用場景來看，NGFI的組網需求與目前回傳網絡（Backhaul）的需求差別是很大的，利用現有的回傳網絡（PTN）實現NGFI數據的傳輸面臨很大的挑戰。
現在作為傳輸承載網絡的PTN強調的全程全網，業務的組織有可能需要跨越數十甚至上百公里，網絡覆蓋面積廣，業務傳送距離遠。接入設備是和BBU站點盡量采用共站方式。PTN網絡同時為移動回傳和大客戶租線業務服務。但是前傳網絡的組織方式和回傳有較大的不同。首先，網絡是以BBU Pool為核心展開，業務覆蓋面積小，傳送距離短，前傳網絡是可以在水平方向分割成若干獨立的小島，業務互不糾纏。其次，RRU站點的分布數量多，間距近，不一定有接入機房，和現有的PTN接入機房，互相重合較小。因此，從網絡架構和分布上決定了，無法完全重用現有的PTN網絡。
4. NGFI潛在方案分析
本章主要針對NGFI潛在的方案進行討論分析，目前并未窮舉所有的劃分方案，期待業界更多的劃分方案輸入作為最終方案的選擇。另外，目前僅基于現有LTE進行初步量化分析。對于部分未來網絡需求（Massive MIMO、超短幀等），目前僅給出初步的定性分析。后續將逐漸深入研究，分析各個潛在方案的優劣勢和對NGFI的性能要求。
4.1 RCC和RRS潛在接口劃分方案分析
如上圖所示，以LTE為例分析RCC和RRS接口劃分方案，以及RCC和RRS接口劃分方案對前端傳輸帶的寬需求和對無線側的影響。其中，上行和下行基帶處理可分為載荷相關的用戶級處理和載荷無關的小區級處理。圖中綠色框圖為載荷相關的用戶級處理功能模塊，黃色框圖為載荷無關的小區級處理功能模塊，圖中藍色框圖中的信道估計和均衡雖然是載荷相關的用戶級處理，但是信道估計和均衡處理復雜度還與接收天線數正相關。
為了評估RCC和RRS接口劃分方案對前端傳輸帶寬的需求，首先進行如下基本假設[5]：
1）20M LTE載波；
2）2端口；
3）8天線；
4）下行頻譜效率為2b/s/hz，上行頻譜效率為1.8b/s/hz；
5）下行滿負載時最高調制等級為64QAM，上行滿負載時最高調制等級為16QAM；
6）最大用戶數為100。
備注：下述接口帶寬的計算，是基于每扇區每載波得到的小區帶寬。RCC和RRS接口劃分方案帶寬評估未包含同步信息和以太網包頭，其中以太網包頭引入的載荷與以太網包長度有關。目前僅對不同劃分方案給出簡略分析，對于上下行的處理，也可采用不同的接口劃分方法。同時，不同信道的處理方法也可采用不同劃分方式進一步提高效率。比如PSS，SSS，RS，PBCH信號，可以通過配置的方式通過RAU產生，來降低帶寬需求。
4.1.1 方案1——層2內部劃分方案
層2（L2）內部劃分是考慮LTE-A、Pre-5G、5G演進需求，同時盡量降低對傳輸網絡要求，且部署容易的方案。L2內部劃分方案總體架構上滿足以下幾個方面的要求：
1）網絡架構上能夠做到ms級實時的多小區協作，靈活地支持復雜調度算法；
2）L2調度需具有良好的基于用戶數、連接數的可擴展性，可以靈活地滿足不同基站容量，不同網絡規模的需要，同時滿足超高密度小區、Hetnet網絡的需求；
3）劃分在RCC功能的處理復雜度與業務量線性相關與載波數無關，而劃分至遠端RSS功能盡量與業務量無關；
4）能夠適應現有傳輸網絡（延遲，抖動，帶寬），具有良好的適應性。可以支持從百us到10ms的傳輸時延；
5）可以兼容不同制式的物理層技術，并且能夠協同工作；
6）支持面向業務感知的調度。
High MAC-Low MAC劃分方案是L2內部劃分方案的一種，其出發點包括兩個方面：一方面把時延要求較高的部分功能（如HARQ）挪到RRU端，其余功能仍保留在BBU端，可降低對NGFI傳輸網絡時延的要求；另一方面隨著無線網絡演進，NGFI需考慮對多載波間協作需求的支持。經分析，MAC功能可以劃分為跨載波MAC功能和單載波MAC功能兩部分。
其中，跨載波MAC功能是多載波共有的“大腦”，通過搜集信息及處理決定是否需要多載波間協作以及多載波間如何進行協作；單載波MAC功能指單個載波內MAC功能，如邏輯信道到傳輸塊的映射/解映射，數據復用/解復用以及HARQ等功能。High MAC-Low MAC劃分方案符合接口帶寬隨業務載荷（如載波數、協作用戶數）動態變化原則。跨載波MAC和單載波MAC之間交互的信息主要包括小區和用戶的信道信息。協作載波構成第一級協作簇，多個第一級協作簇構成第二級協作簇，依次類推。
由此可見，多載波間的協作是一種樹狀多層級的協作。其中，不同層級所需的數據/信息量不同，傳輸交互周期也不同。為了便于評估High MAC-Low MAC劃分方案的接口帶寬，假設：
1）協作載波數為5；
2）5個載波最大并發協作用戶數為300。
那么基于現有LTE初步估計，High MAC-Low MAC劃分方案數據面帶寬與MAC/PHY劃分方案數據面帶寬相近，下行約為150Mb/s，上行約為75Mb/s；基于經驗分析控制面信息，上行交互信息主要包括信道測量信息，下行交互信息主要包括下行控制信息。因此，估算每個協作用戶需交互的信息雙向均為10字節，從而5個載波上的300個用戶并發協作時交互信息的傳輸帶寬約為24Mb/s。考慮因實現方式不同，引入的實際開銷可能會有所差異，假設以最大數據帶寬的10%-20%作為額外開銷。因此，在High MAC-Low MAC劃分方案下，每載波下行和上行總帶寬分別為：
1）下行：180Mb/s
2）上行：109Mb/s
由于HARQ隨單載波MAC功能一起放在遠端的RRU側，MAC內部劃分方案中NGFI接口傳輸將不受LTE最大HARQ響應時間4ms的時序限制。High MAC-Low MAC劃分方案中跨載波MAC與單載波MAC間傳輸時延要求與具體應用場景相關，如信道變換越快則傳輸時延越短。初步預計在High MAC-Low MAC劃分方案下，對NGFI傳輸時延的要求約為百us級別。基于現有研究初步評估，時延要求較高的MAC功能放置到RRU上后，NGFI接口傳輸往返時延可放寬到3~5ms時，對無線性能沒有明顯影響。
另外，因RLC具有一定的實時性要求，并且MAC層數據可能是突發的，因此兼顧時延要求，所需瞬時帶寬可能遠大于上述估計帶寬。比如單向傳輸時延要求是100us時，所需瞬時帶寬為180Mb/s/100us=1.8Gbps。如果將下行RLC層放在遠端，那么時延要求就可以進一步下降，進而降低傳輸帶寬要求。由于將物理層及單載波MAC功能放在遠端的RRU側，如需進行單載波MAC或物理層性能優化、載波聚合等系統維護及擴容升級，那么放在遠端RRU側的處理芯片或軟件則需要擴容或升級，因此升級維護難度可能會大幅增加。面向未來新技術（如Massive MIMO），High MAC-Low MAC劃分方案對前端傳輸的帶寬要求大幅降低，從而降低了對前端傳輸網絡的需求。High MAC-Low MAC劃分方案有利于在RCC內實現CS（Coordinated Scheduling，聯合調度）、各種PHY層以上的協作技術、以及C/U分離等。
4.1.2 方案2——MAC/PHY劃分方案
MAC/PHY劃分方案在協議的MAC層和PHY層之間進行分割，功能劃分清晰，劃分方案符合接口帶寬隨業務載荷動態變化原則。如果MAC層及以上功能在服務器上集中實現，那么可充分利用服務器性能優勢實現集中式調度、向5G架構演進的新功能。
MAC/PHY分離可以帶來如下優勢：
1）易于實現大規模的集中化處理和調度，方便現有LTE-A需求的開發。例如CA（Carrier Aggregation，載波聚合）、雙連接、CoMP（Coordinated Multi-point Processing，協作多點傳輸技術）、LTE-U等；
2）便于通用處理平臺引入，基于虛擬化技術的發展，易于實現RCC側功能的擴展；
3）易于實現RCC側功能的云化，實現處理能力和資源的共享，避免資源浪費；
4）由于MAC的集中化設計，可以做到ms級多小區協作，易于支持復雜的調度算法，為后續5G網絡架構演進做好準備；
5）PHY層則可以脫離上層的束縛，在硬件和軟件上獨立演進。
20MHz LTE載波MAC和PHY的下行數據峰值帶寬為150Mb/s，上行數據峰值帶寬為75Mb/s。基于前述基本假設4）的頻譜效率，可得20MHz LTE載波MAC和PHY的下行數據平均帶寬為40Mb/s，上行數據平均帶寬為36Mb/s。另外，MAC/PHY劃分方案將引入額外載荷，額外載荷主要指調度和配置信息，如MCS、RB分配、天線配置等。
為了評估調度和配置信息數據量，提出如下附加假設條件：
1）用于指示用戶上行/下行MCS信息開銷為1字節/用戶/毫秒；
2）用于指示用戶上行/下行RB分配信息開銷為1字節/用戶/毫秒；
3）指示上行/下行信道天線配置信息開銷為2字節/用戶/毫秒；
4）如果波束賦形因子位寬為8比特，那么指示用戶下行波束賦形信息開銷為2字節/RB/端口/天線；
5）調度和配置信息組包引入的額外開銷為1字節/用戶/毫秒；
基于前述基本假設6）的最大用戶數，初步估計調度信息及數據所需的下行帶寬約為[(1+1+2+0.5)×100+2×100×2×8]×8×1000=29.2Mb/s；調度信息及數據所需的上行帶寬約為(1+1+2+0.5)×8×100×1000=3.6Mb/s。因此，在MAC/PHY劃分方案下，每載波下行和上行平均帶寬分別為：
1）下行：69.2Mb/s
2）上行：39.6Mb/s
進一步考慮到不同廠商實現方式上的差異，以及封裝到不網絡層面所需開銷的差異，總額外開銷所需帶寬可以按業務帶寬的30%-50%計算，因而每載波下行和上行峰值帶寬分別為：
1）下行：225Mb/s
2）上行：112.5Mb/s
受LTE最大HARQ響應時間4ms的時序限制，MAC/PHY劃分方案下對RCC-RRS之間的NGFI傳輸時延要求較高。有研究數據說明在現有功能處理時延不變的情況下，如果疊加的MAC和PHY之間的傳輸往返時延大于1ms，單用戶峰值速率將會受到顯著影響；如果疊加的MAC和PHY之間的傳輸往返時延小于3ms，對小區平均吞吐量不會有明顯影響。同時，由于MAC層數據可能是突發的，兼顧時延要求，所需瞬時帶寬可能遠大于上述估計帶寬。比如單向傳輸時延是100us時，則實際鏈路帶寬需要225Mb/s/100us=2.25Gbps。面向未來新技術（如Massive MIMO），MAC/PHY劃分方案對前端傳輸的帶寬要求降低，從而對前端傳輸資源的需求降低。MAC/PHY劃分方案有利于在RCC內實現所有PHY層以外的協作技術，主要包括CoMP的CS、各種PHY層以上的增強技術、C/U分離等。由于將物理層功能放在遠端的RRU側，如需進行物理層性能優化、載波聚合等系統維護及擴容升級，那么放在遠端RRU側的物理層功能處理芯片或軟件則需要添加或升級，因此升級維護難度可能會大幅增加。
4.1.3 方案3——Bit-level/Symbol-level劃分方案
Bit-level/Symbol-level劃分方案符合接口帶寬隨業務載荷動態變化原則。在滿負載狀態下，假設公共控制信道占用1個OFDM符號，基于前述基本假設1）和5）的帶寬及調制等級，可得20MHz LTE載波比特級處理和符號級處理之間的下行數據帶寬約為（1200×6×13+1200×2×1）×1000=96Mb/s；假設上行采用軟比特信息位寬為8比特，上行數據帶寬為（1200×4×8×12）×1000=461Mb/s。根據MAC/PHY劃分方案中對調度和配置信息數據帶寬評估，可知在Bit-level/Symbol-level劃分方案下，下行和上行總帶寬分別為：
1）下行：125.2Mb/s
2）上行：464.6Mb/s
受LTE最大HARQ響應時間4ms的時序限制，Bit-level/Symbol-level劃分方案下對BBU-RRU之間的NGFI傳輸時延要求較高。如果時延達不到要求（百us級別），那么LTE空口性能將無法保證。如果需要對除Bit-level外的物理層功能進行更新或增強，那么則需要更新或升級放在遠端RRU側的物理層處理芯片或軟件，因此升級維護難度略微增大。面向未來新技術（如Massive MIMO），傳統CPRI接口對傳輸資源需求巨大，Bit-level/Symbol-level劃分方案對前端傳輸的帶寬要求降低，從而對前端傳輸資源的需求較低。Bit-level/Symbol-level劃分方案不但有利于在RCC內實現MAC/PHY劃分方案中提及的協作化技術，而且有利于在RCC內實現軟信息合并的JR（Jiont Reception，聯合接收）和非相干JT（Joint Transmission，聯合發送）。
4.1.4 方案4——Symbol-level/Sample-level劃分方案
Symbol-level/Sample-level劃分方案符合接口帶寬隨業務載荷動態變化原則。在滿負載狀態下，假設下行采樣點位寬為7比特，那么基于前述基本假設2）的端口數，可得20MHz LTE載波接口4對應的下行數據帶寬約為(1200×7×2×14)×2×1000=470.4Mb/s；假設上行采樣點位寬為10比特，那么基于上述假設3）上行數據帶寬為(1200×10×2×14)×8×1000=2688Mb/s。Symbol-level/Sample-level劃分方案引入的額外載荷主要包括上下行RB分配信息、下行天線配置、下行波速賦形因子、調度和配置信息組包引入的額外開銷。根據MAC/PHY劃分方案中對調度和配置信息數據帶寬的評估，Symbol-level/Sample-level劃分方案中下行額外載荷帶寬為[(1+1+0.5)×100+2×100×2×8]×8×1000=27.6Mb/s；Symbol-level/Sample-level劃分方案中上行額外載荷帶寬為(1+0.5)×8×100×1000=1.2Mb/s；可知在Symbol-level/Sample-level劃分方案下，下行和上行總帶寬分別為：
1）下行：498Mb/s
2）上行：2689.2Mb/s
考慮到不同廠商實現方式上的差異，比如上下行采樣點位寬可能不一樣，上下行數據帶寬也會不同。當上下行采樣點位寬都為16比特時，并且下行發送的是天線數據而非端口數據時，則上下行業務數據都為(1200×16×2×14)×8×1000=4300.8Mb/s，加上10%的額外開銷，上/下行總帶寬為4730.9Mbps。
受LTE最大HARQ響應時間4ms的時序限制，Symbol-level/Sample-level劃分方案下對BBU-RRU之間的NGFI傳輸時延要求較高。如果時延達不到要求（百us級別），那么LTE空口性能將無法保證。基于現有LTE的OFDM方案，Sample-level處理幾乎不會改變，即使將Sample-level的物理層功能放在遠端的RRU側，也很少影響升級維護。然而，當天線數量顯著增加時，比如64，128天線或更多，在3GPP R13中定義的天線端口數將小于天線數量。如果天線端口數是8時，通過時域賦形因子完成天線數據映射，那么其對傳輸需求和目前8天線一致；如果天線端口數為16或32或64，或者采用非時域賦形因子進行天線數據映射，那么其對前端傳輸要求將顯著增加。Symbol-level/Sample-level劃分方案不但有利于在RCC內實現上述Bit-level/Symbol-level劃分方案中提及的技術，而且有利于在RCC內實現符號級別處理的JR。
4.1.5 方案5——Baseband/RF劃分方案
Baseband/RF劃分方案為現有設備中BBU和RRU的接口方案，接口帶寬與業務載荷無關。帶寬為恒定值：30.72Mbps×32×(10/8)×8=9830.4Mbp/s。在Baseband/RF劃分方案5下，下行和上行總帶寬分別為：
1）下行：9830.4Mb/s
2）上行：9830.4Mb/s
受LTE最大單向時延4ms的時序限制，Baseband/RF劃分方案下對BBU-RRU之間的NGFI傳輸時延要求較高。如果時延達不到要求（us級別），那么LTE空口性能將無法保證。由于RRU側僅完成射頻相關功能，升級維護難度低。面向未來超高容量超密集技術（如Massive MIMO），Baseband/RF劃分方案對前端傳輸的帶寬要求大幅增加，從而對前端傳輸資源的要求大幅增加。Baseband/RF劃分方案雖然可以支持上述所有的協作化技術，但是將CPRI數據封裝成IP包后如何滿足百us數量級的時延要求是一項巨大的技術挑戰。
4.1.6 接口劃分方案對比分析
根據前述對接口劃分方案1至5的帶寬分析，總結得出如下表格。其中，比值是指前端傳輸帶寬和回傳帶寬的比值；接口1、2、3、4的帶寬為最大（或峰值）帶寬，接口5帶寬為恒定值。
綜上所述，不同的接口劃分方案具有不同特征，需要與合適的底層傳輸承載技術匹配才能形成滿足未來無線接入網絡演進的下一代無線網絡主設備接口。
4.1.7 RRS之間數據交互潛在需求分析
在BBU/RRU功能重構后分別重定義名稱為RCC和RRS。根據RRS功能定義，不同RRS之間可以進行數據交互以滿足協作化或其它無線功能的需求，但并非必然選擇。例如，若選定劃分方案4，RRS功能簡單，在RCC中可滿足大部分的協作化或無線功能需求，那么RRS之間就不需要進行數據交互；若選定劃分方案1，如果引入進行物理層間的協作化功能，那么就需要引入RRS間的數據交互功能。在RRS之間的數據交互需求（時延、帶寬等）也隨BBU/RRU功能重構方案的不同而不同。
進一步闡述，如果說RCC和RRS之間的接口劃分方案，是一種硬劃分方案，RRS數據傳輸至RCC匯聚處理。基于RRS和RRS之間的接口劃分，可以作為一種軟劃分方案，RRS和RRS之間的傳輸比較靈活，可以在RRS的功能對等層間進行數據交互。若協作化功能的實現受限于RRS/RCC間功能劃分，如JT、MMSE-IRC、UL軟信息合并等協作化技術，可借助RSS之間數據交互得到實現。
因此，若考慮完整系統對物理傳輸設備需求，前傳傳輸設備既需要支持RCC/RRS間數據通信，也需支持RRS間通信。綜合二者需求，使得傳輸設備的設計更具完備性。
4.2 傳輸和處理時延分配方案潛析
根據LTE協議HARQ過程的要求，假設終端空口上行數據到達RRU基站時間T1子幀時刻（單位ms），那么需要基站在第T1+4個子幀時刻將對應上行時隙的譯碼結果通知終端，終端根據通知，重傳上一次的數據包或者新傳數據包。考慮到上下行空口實際傳送的時間預留，需要考慮T1時刻至T1+4時刻（共涉及5ms時間）中的2ms的時間用于空口傳遞數據，留給基站處理全部數據的時間總計只有=3ms。而時間主要包含了兩部分時間：
·數據在RRU與BBU間的傳輸時間，數據往返時延對等。
·BBU內部處理時間。
4.2.1 采用CPRI接口的BBU/RRU架構的時延估算
當前CPRI連接BBU/RRU的結構下，由于當前CPRI要求最遠支持20KM的傳輸距離，按照光速在光纖中的傳輸速度判斷，光纖傳輸數據的時間為=100us，因此考慮往返時延后，預留給BBU的處理時間總計約：
假設平均密度達到了每基帶板處理6個8天線、20Mhz載波的能力，且同時考慮基帶處理核心芯片的使用數量（2片/單板）和處理能力，即每個芯片處理3個8天線、20M載波。假設每個芯片為N個核。如果假設處理時間為2.8ms，在每1ms有3個載波的3個子幀需要處理，處理時間為2.8/3=0.9ms，等效處理能力為初步估算每載波每ms需要占用1/3的芯片能力N/3。2.8/3=0.9ms的處理時間。表示每個載波的實際處理時間總和約900us，這包含了上行物理層處理時間、下行物理層處理時間，也包含了MAC層處理時間。
4.2.2 采用NGFI的RCC/RRS架構的時延估算
采用NGFI后，若將重劃分的切割點放在HARQ中間，由于引入了額外的交換機的包交換時延，傳送數據時間需額外考慮一定的預留時間。假設最為惡劣的傳輸條件下，所需的單向傳輸數據時間為=500us，那么預留給BBU的處理時間總計約：
如果不改變基帶軟件處理方式，考慮當前基帶芯片的處理能力（單載波絕對處理時間0.9ms），那么將使得現有基帶處理板能力下降為每單板處理4個8天線、20Mhz載波。如果考慮優化基帶軟件處理方式，也可能在同樣處理資源的條件下，通過增加處理任務的并行度來降低處理時延，那么通過基帶軟件優化可利用并行處理減少處理時間。另外，由于基帶處理流程中，耗時最長且無法并行化處理部分是處理流程中無法縮短的最耗時流程。無論將最耗時流程中的子處理模塊放置于遠端還是近端都不會對總時延估算產生影響。
綜上，若預留給傳輸的時間過少，那么對交換延遲的要求就會過高，造成傳輸設備的成本上升。若預留給基帶處理的時間過少，那么將會對無線主設備的的要求提高。總時間一定的條件下，如何裁定預留給數據傳輸和基帶處理的時間將會是平衡雙方設備的首要問題，但考慮到包交換帶來的額外優勢，一定程度的成本上升是可以容忍的。，所以將劃分點放置于HARQ中間，并非完全不可接受。
傳輸設備集采規范為單跳設備引入的轉發處理時延不超過50us，這樣6跳設備引入的處理時延就會達到300us。然而，可用于傳輸設備的當前交換芯片轉發時延可以低至1us/芯片左右，現有傳輸設備時延偏大主要來自于系統設計的各種考量，以及外圍的輔助芯片（實現復雜的QoS設置等）引入的額外時延。目前已有交換芯片公司正在規劃小于1us的交換芯片，因此如果使用優化設計的前端傳輸網絡交換設備，盡量基于優化的單芯片設計方案，減少輔助芯片的使用，適當配置交換芯片，預計可以將單跳設備引入的時延降低到20us，甚至10us以內。
4.3 數據統計復用收斂比分析
數據統計復用收斂比是基于參考業務模型估計得到，參考業務模型是基于北京移動提供的現網數據建立。后續將以更小的時間顆粒度（比如15分鐘）分析多個站點在不同時間區間的負載總和，另外還需要分析更多的現網數據來完善參考業務模型。
收斂是指N對應到M的一個過程。假設X個基站的總前端傳輸峰值帶寬為N，當基站均按照參考業務模型工作時，如果在一定的服務質量約定下，帶寬為M的前端傳輸系統就能夠滿足X個基站的前端傳輸需求，則定義數據統計復用收斂比為M:N。
4.3.1 現網數據統計分析
北京移動提供了天寧寺附近6個站點連續7天的負載監測數據，其中4個站點為室外宏站，包含11個TDD LTE載波；2個是站點為室內分布系統，包含25個載波。監測數據的時間顆粒度為15分鐘，即每15分鐘查詢一次載波負載狀態。監測數據區域位于中國移動研究院附近，區域內4G終端用戶數量巨大，可視為一個典型的CBD業務區，滿足典型TDD LTE業務場景要求。
6個站點分別命名為站點1至6，業務量數值以百分數計，數值范圍是[0，100]。回傳帶寬單位是兆比特每秒（Mbps）。峰值或谷值子項中時間是指峰值或谷值在每天0到24小時出現的絕對時間，平均值子項中時間是指業務量處于[平均業務量-1%，平均業務量+1%]區間的持續時間長度，單位為小時（h）
由上述統計數據，初步可得如下特征
1）業務峰值不高，并且持續時間較短，不超過30分鐘；
2）多個站點同時出現峰值概率幾乎為0；
3）業務谷值很低，并且持續時間較長，大于2小時；
4）多個站間會同時出現谷值，并且重疊時間較長；
5）平均業務量較低，并且大部分時間的業務量分布在平均業務量附近；
6）寫字樓等辦公區域潮汐效應十分顯著，每天至少有1/2時間處于0負載狀態；
7）上行業務量低于下行業務量，特別是上行回傳帶寬幾乎是下行回傳帶寬的1/10。
4.4 方案小結
根據對上述潛在方案的分析，NGFI是綜合考慮前端傳輸帶寬、成本、時延、移動業務特征、對未來新技術的支持、升級維護難度和可支持的協作化算法等級等因素的折中方案。同時考慮向Cloud RAN的演進過程，以及傳輸網絡向更高帶寬、更低傳輸時延演進的發展趨勢，為了更好地適應未來無線技術的發展變化，增強前傳接口的生命力，NGFI接口應該是一個可演進的接口。
方案5由于帶寬要求高屬于CBR（Constant Bit Rate，恒定比特率）業務。在光纖資源相對富裕和有條件直接部署低成本的傳輸設備的應用場景下，采用基于CPRI的傳輸技術也可以滿足基帶集中化部署的需要。在單站天線數目較少，拉遠距離相對較短的場景下（如室內部署），若配合使用ROE（Radio Over Ethernet）/COE（CPRI Over Ethernet）技術，由于可以充分利用現有基站設備和傳輸資源，該方案仍有其優勢。
基于劃分方案1的設備，可以在現有的PTN傳輸網上升級實施，將MAC層時延要求較高的功能部署到RRS上，可以大大降低RCC設備成本，同時向5G演進時不會對傳輸網以及RCC已有的硬件投資造成較大沖擊；在現有轉發跳數不多的PTN網絡上或者未來較低轉發時延的下一代PTN網絡上，基于劃分方案2的設備則可以直接部署。
隨著基站虛擬化技術向物理層的進一步推進，并且考慮到未來基于物理層的協作處理技術的發展變化，未來基于物理層內部劃分方案的需求也會越來越明顯。由于這類方案將需要跨載波處理的L1以上的功能集中部署在服務器上，僅需本地處理部分放在遠端，未來無線技術演進只需要升級服務器上的軟件以及遠端設備即可。由于該方案對帶寬需求較大，對時延抖動要求更嚴格，現有PTN無法滿足要求。如果在成本相對較低的傳輸網絡上部署，需要下一代高帶寬，低時延抖動的PTN網絡支持。
至于哪一種劃分方案適用于NGFI，還需后續進一步深入研究各潛在的劃分方案。
5 NGFI需求定義
本章內容應在第四章潛在方案分析充分討論形成共識的基礎上，針對共識方案整理指標要求。目前本章僅提供NGFI需求的功能性定義，對于部分標注為TBD的性能指標定義還有待進一步完善和確定。
5.1 GFI無線接口要求
5.1.1 數據分組化要求
NGFI接口上需要支持四種類型數據流：
·無線用戶平面數據包
·控制管理包
·同步包（SYNC-E SSM、IEEE1588v2）
·OAM包
5.1.2 同步要求
因最終宏站空口的頻率同步目標精度滿足0.05ppm，時間同步目標精度為+/-65ns（TBD）。因此RCC-RRS之間的NGFI接口頻率同步精度暫定為+/-4.6ppm（TBD），時間同步精度目前暫定為+/30ns（TBD）。在NGFI后續研究中將會建立相關模型做進一步分析。
5.1.3 帶寬要求
NGFI上下行傳輸帶寬和所采用的無線功能劃分方案相關，同時也依賴于載波數目和信道帶寬，在某些特定劃分方案下與天線數目也有關系。不同劃分方案的傳輸帶寬要求參見表3-1，NGFI的傳輸帶寬要求為：
NGFI下行傳輸帶寬不超過150Mbps。（TBD）
NGFI上行傳輸帶寬不超過500Mbps。（TBD）
5.1.4 最大時延要求
前端傳輸網絡至少支持6跳，單向最大總傳輸時延不超過220us（TBD）。
其中，光纖傳輸最大時延不超過100us（與支持的最大傳輸距離相關）。
5.1.5 傳輸距離要求
前傳網絡支持的最大傳輸距離為20km。
5.1.6 時延抖動要求
對NGFI分組數據而言，前端傳輸網絡至多支持6跳，單向最大時延抖動不超過60us（TBD）。
5.1.7 丟包率要求TBD
5.1.8 傳輸延遲測量和校準
提供RCC-RRS間點對點傳輸時延測量的上報能力，為上層無線側協議棧軟件提供必要的指示性信息。時延測量應在設備上電或者RCC-RRS之間傳送通道建立的時候自動發起，也可以由網管手工發起。
5.1.9 QoS要求
RCC和RRS應能對NGFI接口上面傳送的數據包進行QoS標記。
5.1.1 0C&M要求
NGFI接口應能提供C&M通道以便于RCC對RRS的控制和管理。
5.1.11 OAM要求
NGFI接口應能支持符合Y.1731/IEEE802.1ag的以太網OAM功能，以實現對RCC-RRS之間的NGFI接口的故障檢測，故障定位以及性能監測。
5.2 NGFI前傳網絡承載要求
本節內容暫基于PTN的方案提出建議[6]。
5.2.1 業務承載要求
NGFI接口的無線平面數據包和控制管理包優先采用E-Line（VPWS）承載，也可以采用E-LAN（VPLS）方式承載。
5.2.2 數據轉發和統計復用要求
用于承載NGFI的傳輸設備應該支持基于MPLS-TP的數據轉發并支持統計復用。
5.2.3 QoS要求
用于承載NGFI的傳輸設備應根據NGFI報文中的優先級和著色情況進行服務等級映射，實現DiffServ的每跳行為（PHB）。
5.2.4 同步要求
用于承載NGFI的傳輸設備的頻率同步應遵循G.8262/G.8264 EEC Option 1，時間同步應采用IEEE1588并遵循中國移動PTN相應企業標準。
5.2.5 時延要求
無阻塞時，用于承載NGFI的傳輸設備單跳轉發時延不超過20us（TBD）。
5.2.6 OAM要求
用于承載NGFI的傳輸設備應符合中國移動PTN規范中所要求的以太網業務層和MPLS-TP層的OAM功能。
5.2.7 保護倒換控制
用于承載NGFI的傳輸設備應支持中國移動PTN規范中所要求的網絡保護機制，包括MPLS-TP環網，線性保護以及雙歸保護機制，傳輸保護倒換時延小于50ms。
5.2.8 丟包率要求
不超過90%吞吐量時，對于高優先級數據包，丟包率為0，對于非高優先級數據包，丟包率不超過1×10-7。
5.3 設備形態需求
5.3.1 無線設備形態需求
5.3.1.1 RRS設備要求：對于遠端重新劃分功能后的新RRS應盡量選擇室外設備形態，并由于與傳輸設備的連接接口也暴露于室外，需考慮其滿足室外要求，應通過加強防水、增強密閉性等措施，確保室外設備及其接口的可靠性。
5.3.1.2 RRS同步實現要求：RRS頻率同步來源于前傳網絡，宏站空口同步精度滿足0.05PPM的要求，RRS時間同步來源于外部以太網的1588v2協議，精度滿足+/-65ns的要求。
5.3.1.3 RCC同步實現要求：RCC的頻率和時間同步可來源于外部傳輸網絡或GPS/北斗。
5.3.1.4 網絡管理功能要求：將RRS與RCC視為對等網元，統一進行資源管理，RCC與RRS間對應關系可通過網管配置重新指派。
5.3.1.5 RRS前向兼容性需求：RRS應該提供對NGFI以及傳統CPRI的支持。
5.3.2 傳輸設備形態需求
支持NGFI的傳輸設備可以為PTN、以太交換機等分組交換設備。對于交叉容量：以支持百載波量級的無線前傳網絡為例，假設組環網，環上承載載波數目為N，每個載波前傳需要帶寬BW，分組網絡收斂比為CR，本地基站上下業務帶寬LB，并考慮保護需求，則所需交叉容量為BW*N*CR*2+LB。如果100個載波，每載波需要1G帶寬，收斂比1/3，本地基站上下業務帶寬10G，則所需交叉容量為78G。
對于端口速率：根據上述模型，需支持100G端口。對于本地基站上下業務，需要支持1G、10G端口。支持NGFI的傳輸設備可以以模塊或板卡的形式集成在遠端或局端無線設備中，以節約機房空間。
6 總結
傳統的前傳接口，如CPRI由于自身的點對點傳輸模式，固定速率傳輸特性等原因，存在傳輸效率低，可擴展性差，靈活性差等缺點，不適合未來無線網絡架構。隨著無線網向5G演進，需要進行重新設計。
本白皮書介紹了中國移動關于下一代無線電前傳接口NGFI的思考，設計準則及相關進展，并制定了NGFI需求。NGFI的設計需要聯合考慮無線和傳輸兩個層面。在無線層面，BBU和RRU需要進行功能重新劃分，考慮數據總吞吐量隨空口實際服務用戶的數量變化而改變，利用分組包的統計復用效果降低總傳輸成本。另一方面，還需考慮無線協作化的性能需求。即：將通過集中化可獲得高協作化增益的BBU功能在BBU資源池中實現，針對集中化處理后無協作化增益或者低協作化增益的功能移至RRU實現，分布式放在遠端，從而實現最大的無線增益。此外，NGFI帶寬應該和天線無關，以便更好支持5G多天線技術。
在傳輸層面，NGFI要求接口分組化以便于利用以太網進行傳輸，進而實現靈活的RCC和RRS間的連接關系。如何實現對NGFI數據的支持，尤其是對時延、時延抖動及同步的支持，是設計以太網前傳網絡的主要挑戰。
借此白皮書，我們誠摯地邀請所有移動運營商、電信設備廠商、傳統IT系統廠商、以及關注未來前傳網絡演進的產業界和學術研究機構積極參與到NGFI關鍵技術的研究中，共同推動NGFI愿景早日成為現實。
縮略語
NGFI Next Generation Fronthaul Interface 下一代無線電前傳接口
BBU Baseband Unit 基帶單元
HARQ Hybrid Automatic Repeat Request 混合自動重發請求
RRU Remote Radio Unit 遠端射頻單元
CPRI Common Public Radio Interface 通用公共無線電接口
C-RAN Centralized， Cooperative， Cloud RAN 集中式/協作式/云計算無線接入網
3GPP the 3rd Generation Partner Project 第三代合作伙伴計劃
RCC Radio Cloud Center 無線云中心
RAU Radio Aggregation Unit 射頻聚合單元
Sync-E Synchronous Ethernet 同步以太網
RRS Remote Radio System 遠端射頻系統
UE User Equipment 用戶設備
RB Resource Block 資源塊
CoMP Coordinated Multi-point Processing 協作多點傳輸技術
CS Coordinated Scheduling 聯合調度
JR Jiont Reception 聯合接收
JT Joint Transmission 聯合發送
MCS Modulation and Coding Scheme 調制與編碼策略
PTN Packet Transport Network 分組傳送網
PON Passive Optical Network 無源光纖網絡
WDM Wavelength Division Multiplexing 波分復用
參考文獻
[1]中國移動通信有限公司研究院，C-RAN白皮書 v3.0，2014年7月.
[2]CPRI，Common Public Radio Interface (CPRI) Specification v6.0，Tech. Rep. Aug. 2013，URL: http://www.cpri.info.
[3]NGMN Alliance，NGMN 5G White Paper v1.0， February 17，2015.
[4]Chih-Lin I, Rowell C., Shuangfeng Han, Zhikun Xu, Gang Li and Zhengang Pan，Toward green and soft: a 5G perspective，IEEE Commun. Mag.，52(2)，66-73，2014.
[5]NGMN, Further study on critical C-RAN technologies， April, 2015.
[6]中國移動，中國移動分組傳送網（PTN）設備技術規范，2014年.
致謝
誠摯的感謝如下單位和作者為本白皮書做出的貢獻：
中國移動通信研究院：易芝玲、崔春風、李晗、韓柳燕、黃金日、段然、袁雁南、馬世佳、孫軍帥、孔令斌、程偉強
上海貝爾股份有限公司：張曉文、江曉根、劉方鑫
諾基亞網絡：于飛、吳志遠、許小林
中興通訊股份有限公司：向際鷹、李玉潔
博通公司：何宗應
英特爾中國研究中心：張旭、周鳳
