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1. eCPRI概述
1.1 概述
CPRI是通用公共无线电接口(Common Public Radio Interface)的缩写形式。它定义了用于蜂窝无线网络的中REC（无线电设备控制）和RE（无线电设备）之间的关键通信接口规范，广泛应用与GSM，WCDMA，LTE和5G基站系统中。
eCPRI是ethernet CPRI or enhanced CPRI, “e”揭示了eCPRI的本质。enhanced CPRI表明它是对CPRI协议的演进，ethernet CPRI表明eCPRI是承载在以太网之上的CPRI协议。
因此eCPRI与CPRI一样，都是无线网络中的BBU与RRU之间的接口规范。
关于CPRI协议，请可参考《[5G专题-9]：前传接口CPRI协议与OBSAI的那些事》https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/details/112328551
1.2 CPRI协议的不足
CPRI协议的不足：
（1）CPRI数据量过大
每一个天线数据的采样都会比编码成15+15=30bit的IQ数据。导致BBU与RRU之间需要传输高带宽的数据。
一根9.8G的光纤，在没有IQ压缩的情况下，只能承载2个4T4R的20M小区。1个4T4R的50M小区, 1个2T2R的100M小区, 1个1T1R的200M小区。
（2）无法支持5G的大规模阵列天线的场景
比如64天线的100M小区，需要32跟9.8G的CPRI， 很显然，这是很不现实的，CPRI已经无法无法胜任5G的应用场景。
（3）虽然CPRI协议是标准协议
CPRI并没有对承载的L3层协议进行规范，3GPP也没有对齐进行规范，导致不同厂家的BBU与RRU无法互联互通。
（4）CPRI协议虽然标准协议，但并不通用。
为了克服上述（1）和（2）的缺点，引入的eCPRI协议。
为了克服上述（3）和（4）的缺点，指定了5G O-RAN前传接口。
1.3 eCPRI是如何克服CPRI的缺点的？
因为由大规模阵列天线xMIMO引入的大规模数据主要集中在通信协议栈的PHY与RF层。而PHY和RF层又在不同的网元中，一个在BBU中，一个在RRU中。
要解决CPRI中遇到的（1）和（2）的困境，基本有两种思路：
第一个思路是：降低PHY层和RF层通信的数据量；
这种方案基本不可行，因为PHY和RF层之间数据的通信量是有大规模阵列xMIMO与生俱来的的特征，也是它存在的意义，在5G的系统中，就注定PHY层与RF层之间有如此大的通信量。
第二个思路是：把网元之间的通信转换成网元内部的通信，5G系统中正是采用了此思路。为此，采用了如下的步骤解决CPRI的问题：
（1）5G对网络的协议栈进行了进一步细化的切分，把PHY层分为PHY_High和PHY_LOW, 大规模xMIMO产生的数据量，主要集中在PHY_LOW和RF之间，而不是PHY_High和PHY_LOW之间。
（2）把PHY_LOW的功能下层到RRU中，与RF之间的通信由设备间SFP光纤通信转化为RRU内部的板内通信，或FPGA芯片内部的通信。PHY_LOW的功能如下：
（3）BBU与RRU之间接口由有协议层PHY与RF的接口，转化为PHY_High与PHY_Low之间的结果。
（4）重新制定BBU与RRU之间的PHY_High和PHY_LOW的接口规范，该接口规范就是eCPRI协议。
详细的5G协议栈新的功能切分如下图所示：
1.4 eCPRI的网络带宽
eCPRI能够承载数据的带宽取决与以太网的带宽，目前的以太网速率有1G/10G/25G/50G/100G....
2.eCPRI协议网络架构
2.1 eCPRI协议网络架构的参考
上图可以看出：
（1）向下
eCPRI协议与其他标准的应用层协议对等层协议，如htpp协议，FTP协议。而传输层协议，可以是TCP/IP协议，也可以是以太网MAC层协议。
也就是说，eCPRI协议是封装在UDP、TCP协议之上，也可跳过TCP/IP协议栈，直接承载在MAC以太网帧之上。在实际实现时，为了降低PHY_High与PHY_Low之间的延时，通常把eCPRI协议直接封装在MAC层以太网帧之上。
（2）向上
提供了与CPRI协议一样的三个服务访问点：
- User Plane（用户面）数据：在这里就是PHY_High与PHY_Low之间的IQ手机用户数据，是通过eCPRI协议进行封装的。
- Sync（同步面）：这里是PHY_High与PHY_Low之间的同步，是RRU与DU之间时钟同步，该服务主要是标准的IEEE1588协议提供。
- 控制与管理协议：控制协议是PHY_High与PHY_Low的信令消息。管理协议主要只对RRU的OAM（操作、维护、管理）数据，它通过标准的HTTP或ssh协议承载。而控制协议，主要用于PHY_High与PHY_Low之间的信令控制，可以通过eCPRI协议承载，也可以通过标准UDP或TCP承载，通常情况下，会通过eCPRI协议来承载。
2.2 eCPRI协议网络架构的案例
2.3 eCPRI协议网络架构的优点
- eCPRI协议底层承载是现在最流行的以太网，或MAC层或TCP/IP层，把eCPRI协议整合到了TCP/IP的协议族中，相对于CPRI协议的专有性，eCPRI协议的通用性得到了极大的提升。
- eCPRI协议的通用性，使得RRU可以不再依附在BBU之下，从而成长为一个独立的网元。网管中心可直接对RRU进行性管理，不再需要借助与BBU对RRU进行管理。
- BBU与RRU之间的协议可以标准化，带来的一个直接效果就是，为不同厂家的BBU和RRU的互联互通提供了架构上的保障。
- 对eCPRI协议之上的用户面、控制面、管理面（netconf）、同步面（1588）协议进行规范，为不同厂家的BBU和RRU的互联互通最后扫清了障碍。
2.4 eCPRI网络
由于DU(eREC)与RRU(eRE)之间是以太网结构，相对于CPRI接口，通过eCPRI接口组成的网络架构就非常灵活，可以这样说，通过以太网能够构建的网络架构，都适用DU和RRU。
当然，如果eCPRI直接承载在MAC层以太网帧之上，那么DU和RRU之间只能局限在局域网通信。
如果eCPRI承载在TCP/IP层之上，那么DU和RRU之间就可以跨越多个不同的局域网进行通信，这种情形行下，PHY_High与PHY_Low之间的延时自然要增大。
3. eCPRI协议消息格式（不包括里面的内容）
3.1 eCPRI协议消息总体格式
- 4字节的eCPRI协议的消息头
- 0...65535（2^16）字节的eCPRI协议的数据净荷。
3.2 eCPRI协议的消息头结构
- Revision：协议版本
- C: 串联指示，0表示eCPRI的数据净荷在eCPRI messag中终止; 1表示eCPRI的数据净荷还没有传输结束，后续的eCPRI message中继续传输与本数据净荷为一体的数据。C标志位的引入，为eCPRI协议传输大于65535字节的数据净荷提供了技术保障，可以这样说，只要双方的内存空间和延时需要允许，eCPRI可以传送任何字节大小的数据净荷。
- eCPRI Message Type：eCPRI协议类
- eCPRI Paylod size：16bit，指明本message中，eCPRI净荷的大小。
3.3 eCPRI协议的消息头
- 0：移动终端的IQ业务数据（用户面）。
- 1：Bit Sequence，用于与消息头中的C结合使用，来指示下一个message净荷在整体的位置。
- 2：用于在DU与RU之间传递实时性要求极高的控制数据（实时控制面）。
- 3：用于在DU与RU之间传递普通的非实时性的数据（管理面、非实时控制面）。
- 4：远程内存访问，这用于在PHY_High和PHY_Low之间直接进行远程的内存访问（实时内存访问）。
- 5：单程的网络延时测定，通过时间戳机制，来测试DU与RU之间的单向的网络延时，由于1588时钟同步协议，具备了原生的、精确的网络延时测量功能，因此，在DU和RU之前通过1588时钟同步的协议，可以不需要通过该消息进行网络延时的测定，但对于DU和RRU之间不是1588 master和1588 client的系统，该消息类型就非常重要，用于测量DU与RRU之间的网络传输延时。
- 6：Event Indication：用于RU主动向DU上报自身的内部的变化信息。
- 64-255：厂家自定义信息。
4. O-RAN与eCPR协议
4.1 O-RAN与eCPRI协议之间的关系
O-RAN：开放无线接入网联盟（协议规范）, 其主要的宗旨就是在5G的规范的基础之上，制定未开放接口的规范，推动无线接入网向开放化、白盒化、开源化方向放发展。
eCPRI作为无线接入网RAN中DU与RU之间的标准接口，称为fronthual接口，这是O-RAN关注一个重点：
（1）eCPRI协议与CPRI协议类似，只是传输层协议，并没有定义其业务访问点之上的应用层协议规范，如IQ数据格式，实时控制面数据格式， 因此需要新的规范了约束这些应用接口， O-RAN的作用就体现出来了。
（2）OAM管理面和1588同步面都从eCPRI服务中剥离出去了，它们可以通过标准的TCP/IP协议栈进行传输，不一定需要eCPRI来承载，因此OAM管理面和1588同步面的协议规范，无法被eCPRI协议所规定， O-RAN的作用由体现出来了。
（3）eCPRI协议是O-RAN多个前传接口规范之一，如下图所示：
至于U面、C面、O面、S面的消息格式，不在eCPRI协议范围之内。可以参考O-RAN的相关主题。
4.2 O-RAN对eCPRI协议的建议
- 为了降低网络延时，O-RAN建议eCPRI直接承载在MAC层以太网帧之上。
- DU和RU之间通过VLAN协议来隔离eCPRI协议的数据。
- eCPRI协议中的数据在MAC层和IP层的Oos约定
- 通过ORAN的管理面的消息，通知DU和RU各自的MAC地址和VLAN ID，动态的建立VLAN。
5. eCPRI协议的实现
（1）选项1：承载在MAC层帧之上
这种方案，通常处于低延时的考虑，因此这种情形下，eCPRI协议的解析，与CPRI协议类似，通常由FPGA专用的eCPRI IP核来完成。
（2）选项2：承载在TCP/IP协议之上
这种方案，通常应用与延时要求不高的场合，eCPRI协议的解析可以通过由支持TCP/IP协议栈的应用软件来完成。而IQ数据有FPGA或DSP完成。