이글을 읽기 전에 "CPRI (1): C-RAN의 출현과 CPRI 개요"를 읽기 바랍니다.

 
본 블로그에서는 C-RAN 구조에서 DU (at CO)와 하나의 RU (at CellSite)간에 CPRI link상에 요구되는 대역폭이 왜 수 Gbps에 이르는 지 알아보겠습니다. C-RAN 구조에서 DU(=BBU)와 RU(=RRH)간의 CPRI link에 요구되는 용량은 아래 표와 같습니다. 

 Table 1. CPRI data rates in function of radio technologies 

LTE Carrier BW가 20MHz이고 2x2 MIMO 안테나를 사용하는 경우 셀내 최대 IP throughput은 150Mbps이며 따라서 이 트래픽을 나르기 위해 IP 백홀망에 요구되는 대역폭도 150Mbps이면 됩니다. 그런데 이 경우 국사의 DU와 셀 사이트의 RU간의 CPRI 링크에는 2.4576Gbps의 대역폭이 요구되네요. 왜 이렇게 많은 대역폭이 필요할 까요?
 

먼저 아래 그림 (a)에 보이는 DU와 RU가 분리되기 전의 일체형 기지국에서 데이터의 전달 과정을 살펴보지요. 

(안테나가 2개를 그리면 그림이 지저분해져 안테나를 하나만 그렸음)
 
LTE Baseband PHY에서 Channel coding, Modulation, IFFT(inverse FFT) 등의 신호처리 과정을 거치면 OFDM symbol waveform (I waveform and Q waveform)이 생성되고 이를 샘플링하면 Digital sample data (I sample 15 bits and Q sample 15 bits)가 생성됩니다. 이 digital sample data는 DAC (Digital to Analog Converter)로 보내져 analog I/Q signal로 변환됩니다. 이후 Modulation/Mixing/Power amplification의 RF 절차를 거처 안테나를 통해 방사됩니다. 
 
OFDM symbol waveform을 샘플링하는 과정에서 sampling frequency가 30.72MHz(LTE carrier BW가 20MHz인 경우)이고 I와 Q sample의 sampling bit-width가 15bits (LTE case)이므로 I/Q sample data는 0.923 Gbps (=30bit/30.72MHz)의 rate으로 발생합니다. 
 
이렇게 발생한 대량의 I/Q sample들은 Base station system내의 internal digital bus를 통해 DAC로 전달되게 됩니다. 
 
C-RAN에서는 DU와 RU가 분리되어 원격으로 이격되어 있고 CPRI 인터페이스를 통해 연결되어 있지요. RU에 Radio part가 있기 때문에 RU의 DAC까지 Baseband I/Q sample를 전달해주어야 합니다.

아래 그림 (b)에 보이듯이 I/Q sample data (0.9216Gbps)는 CPRI frame의 payload에 실리고 여기에 Control word가 삽입되어 CPRI frame(0.983Gbps=16/15*0.9216Gbps)을 형성하고 이후 8B/10B encoding된 후 CPRI link (1.2288Gbps = 10/8*0.983Gbps)를 통해 RU로 전달됩니다.
 

2x2 MIMO의 경우 안테나가 2개이므로 두배인 2.4576Gbps의 용량이 필요하게 됩니다(4개면 4배, 8개면 8배).
  
즉, 일체형 기지국에서는 시스템내 내부 버스를 통해 DAC로 전달되던 I/Q sample들이 C-RAN 환경에서는 국사에 위치한 DU에서 I/Q sample이 생성되고 셀 사이트에 위치한 RU내의 DAC까지 CPRI 링크를 통해 이 대량의 I/Q sample들을 전달해야 하기 때문에 CPRI 링크가 높은 대역폭을 필요하게 된 것입니다.  
   

LTE Carrier BW가 20MHz이고 안테나가 2x2이고 하나의 셀 사이트에 RU가 3개(3-sector)이면, 각 RU 마다 2.4576Gbps의 CPRI 링크가 필요하게 되며 하나의 셀 사이트당 총 7.3728Gbps의 용량이 필요하게 됩니다.
 
2.4576 Gbps/RU (20MHz, 2x2) x 3 RUs = 7.3728Gbps
 
만약 2개의 Band를 사용한다면,
2.4576 Gbps/RU (20MHz, 2x2) x 3 RUs x 2 band = 14.7456Gbps
의 CPRI 용량이 필요하구요.
  
이 경우에 RU당 하나의 fiber link를 쓰면 셀사이트당 6개의 fiber가 필요하며 fiber cost가 너무 커집니다.

(그래서 SK Telecom은 WDM을 쓰고 있고 광이 풍부한 KT는 그냥 fiber로 직결합니다)
 
Fiber cost를 절감하기 위해 국사와 셀사이트간에 WDM 장비를 사용하여 RU마다 서로 다른 파장을 할당해주는 방식이 주로 사용되고 있습니다. 
 

또 하나의 fiber cost 절감 방안은 I/Q sample을 compression하여 전송할 I/Q sample data량 자체를 줄여 전달하는 것인 데 이에 관해서는 다음 블로그에서 기술하도록 하겠습니다.