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CPRI vs. eCPRI: Was sind die Unterschiede und welche Bedeutung haben sie für 5G?

Aktualisierung: 19. Mai 2023 by
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Mit der zunehmenden Präsenz von 5G in unserem Leben werden die Glasfaserkabel zwischen den Funkeinheiten und den Basisbandeinheiten einen höheren Datenverkehr verzeichnen, was höhere Anforderungen an die heutige Glasfaserbandbreite stellt. CPRI und eCPRI werden wahrscheinlich eine wichtige Rolle in 5G-Netzwerken spielen, um diese Art von Problemen zu lösen. In diesem Beitrag werden die Unterschiede zwischen den beiden Protokollen und ihre Bedeutung für 5G erläutert.

Was sind CPRI und eCPRI?

CPRI (engl.: Common Public Radio Interface, dt.: Gemeinsame öffentliche Funkschnittstelle) definiert die wichtigsten Schnittstellenspezifikationen zwischen REC (Radio Equipment Control) und RE (Radio Equipment) von Funkbasisstationen, die für zellulare Wireless-Netzwerke verwendet werden. Es ist das gängige Protokoll für die Fronthaul-Kommunikation zwischen Türmen und Basisstationen (BS) über mehrere Generationen von Wireless-Netzwerken. CPRI verfügt über effiziente und flexible I/Q-Datenschnittstellen für verschiedene Standards, wie GSM, WCDMA, LTE, usw.

CPRI Netzwerk

Mit der Einführung neuer 5G-Anwendungen, sind flexible Fronthaul-Konfigurationen erforderlich. Das nach CPRI veröffentlichte eCPRI definiert Spezifikationen, die eREC und eRE über das Fronthaul-Transportnetz verbinden und hauptsächlich für 5G-Systeme, LTE-Advanced und LTE-Advanced Pro verwendet werden. eCPRI kann wichtige Komponenten der Latenz-, Durchsatz- und Zuverlässigkeitsanforderungen für fortschrittliche 5G-Anwendungen ausgleichen und wird voraussichtlich zur Unterstützung von 5G eingesetzt, indem es eine höhere Effizienz ermöglicht. Außerdem ist eCPRI eine offene Schnittstelle, die es den Netzbetreibern ermöglicht, auf komplementäre Weise zusammenzuarbeiten, was zu besser verbundenen und schnelleren Netzwerken auf der ganzen Welt führen kann.

eCPRI Netzwerk

CPRI vs. eCPRI: Gemeinsamkeiten und Unterschiede?

Trotz der Ähnlichkeit, dass sowohl CPRI als auch eCPRI Funktionen wie Redundanz, Sicherheit und QoS unterstützen, weisen CPRI und eCPRI viele Unterschiede auf, hauptsächlich in den folgenden vier Aspekten: Ports-Klassifizierung, unterstützte logische Verbindungen, Netzknoten und 5G-Anwendbarkeit.

Ports Klassifizierung

CPRI hat Master-Ports und Slave-Ports. Darüber hinaus können diese Ports bei CPRI direkt über Glasfaserkabel oder elektrische Kabel verbunden werden. eCPRI unterstützt jedoch keine Klassifizierung der Master- oder Slave-Ports auf physikalischer Ebene.

Unterstützte logische Verbindungen

CPRI und eCPRI unterstützen unterschiedliche logische Verbindungen, wobei letzteres eine Verbindung mehr bietet als ersteres. CPRI unterstützt Verbindungen von Punkt-zu-Punkt (ein REC mit einem RE) und Punkt-zu-Mehrpunkt (ein REC mit mehreren REs). eCPRI hingegen unterstützt Punkt-zu-Punkt (ein eREC mit einem eRE), Punkt-zu-Mehrpunkt (ein eREC mit mehreren eREs) und Mehrpunkt-zu-Mehrpunkt (mehrere eRECs mit mehreren eREs).

Netzknoten

Die Topologien der Netzknoten in CPRI hängen von den REC-/RE-Funktionen ab. In eCPRI umfassen die eCPRI-Knoten neben den eRECs-/eREs-Knoten auch Transportnetze (Fronthaul-Netz) und andere Netzelemente wie GM/BC für die Zeitsteuerung und EMS/NMS für die Netzverwaltung.

5G-Anwendbarkeit

Die Verbindung zwischen dem RRH/RRU (Remote Radio Head/Unit) und der BBU (Baseband Unit) wird oft als „Fronthaul“ bezeichnet. Die RRUs, die Antennen und einige Rechenfunktionen enthalten, sind oft alle paar Kilometer in Städten und Vororten am äußeren Kreis einer zellularen Netztopologie verteilt. Die BBUs sind in der Regel in Kreisen von etwa etwa 10 Meilen (ca. 16 km) verteilt, um eine gute Abdeckung in besiedelten Gebieten zu gewährleisten.

5G

Sowohl CPRI als auch eCPRI können im 5G-Fronthaul verwendet werden. Allerdings ist eCPRI für 5G-Fronthaul besser geeignet als CPRI. Hier sind zehn verschiedene Netzwerkleistungen auf der Grundlage von CPRI.

CPRI Leitungsrate Leitungs-Bitrate (Gbps) Leitungscodierung Bits/Wort Transportkapazität (#WCDMA AxC) Transportkapazität (#20 MHz LTE AxC)
Rate-1 0,614 8B/10B 8 4 -
Rate-2 1,2288 8B/10B 16 8 1
Rate-3 2,4576 8B/10B 32 16 2
Rate-4 3,0720 8B/10B 40 20 2
Rate-5 4,9152 8B/10B 64 32 4
Rate-6 6,1440 8B/10B 80 40 5
Rate-7A 8,1100 64B/66B 128 64 8
Rate-7 9,8304 8B/10B 128 64 8
Rate-8 10,1376 64B/66B 160 80 10
Rate-9 12,1651 64B/66B 192 96 12
Rate-10 24,3302 64B/66B 384 192 24

Aus der Tabelle geht die entsprechende Transportkapazität bei verschiedenen CPRI-Leitungsraten klar hervor. Da 5G eine enorme Bandbreitenerweiterung erfordert, kann nur die CPRI-Leitungsrate Option 10, der neueste CPRI-Standard, diese Anforderung erfüllen. Allerdings hat diese Verarbeitungskapazität die Obergrenze von CPRI erreicht, was Zweifel aufkommen lässt, ob 5G stabil in CPRI genutzt werden kann. Darüber hinaus ist die Fähigkeit, fortschrittliche Netzwerkfunktionen zu unterstützen, im Vergleich zu Mainstream-Paketübertragungsstandards begrenzt. Angesichts dieser Situation wurde eCPRI erstmals 2017 eingeführt, um einige der Einschränkungen von CPRI direkt anzugehen.

eCPRI reduziert die Latenz und den Jitter für hochpriorisierten Datenverkehr. Es verbessert die Effizienz von 5G-Fronthaul-Netzwerken. Im Vergleich zu CPRI wurde der Bandbreitenbedarf von eCPRI um das Zehnfache reduziert, und der Datenverkehr kann über das Ethernet zusammen mit anderem Datenverkehr im selben Netzwerk übertragen werden. Darüber hinaus verfügt eCPRI über eine Funktionsteilung innerhalb der PHY-Schicht, wodurch die meisten Funktionen in der BBU verbleiben. Dies reduziert die Anzahl der Funkgeräte auf dem Turm und ermöglicht eine schnellere Einführung fortschrittlicher Netzfunktionen, ohne dass die Funkgeräte ausgetauscht werden müssen.

Fazit

Aus all dem folgt, dass CPRI und eCPRI im Wesentlichen Unterschiede aufweisen, insbesondere im 5G-Fronthaul. Die eCPRI-Fronthaul-Schnittstelle ist eigentlich zukunftsorientiert. Sie optimiert die Funkleistung durch die Analyse und die Priorisierung des Datenverkehrs in Echtzeit mithilfe eines Koordinierungsalgorithmus. Im Vergleich zu CPRI bietet die eCPRI-Spezifikation mehr Flexibilität und Zuverlässigkeit bei der Positionierung der Funktionsaufteilung innerhalb der physikalischen BBU-Schicht. Im Allgemeinen wird CPRI für herkömmliche Systeme verwendet, während eCPRI besser für die 5G-Mobilfunktechnologie geeignet ist.

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