icirrus contract no. 644526 1 jan 2015 – 31 dec 2017 · enb enhanced node b (radio base station...

75
iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 644526 intelligent Converged network consolidating Radio and optical access aRound USer equipment DELIVERABLE: D5.4 Validation test results and analysis evaluation Contract number: 644526 Project acronym: iCIRRUS Project title: Intelligent converged network consolidating radio and optical access around user equipment Project duration: 1 January 2015 – 31 December 2017 Coordinator: Nathan Gomes, University of Kent, Canterbury, UK Deliverable Number: D5.4 Type: Report Dissemination level Public Date submitted: 20 February 2018 Editors: Howard Thomas (VIAVI) Authors / contributors (contributing partners) Kai Habel (HHI), Jim Zou (ADVA), Philippos Assimakopoulos, Nathan Gomes, Huiling Zhu, Yuan Kai (UniKent), Howard Thomas (VIAVI), Xuan Du (UEssex), Philippe Chanclou (Orange), Patrik Ritoša (TS), Guadalupe Flores (WT), Gregor Linne (IAF) Internal reviewers Mike Parker (UEssex), Michael Georgiades (PrimeTel), Nathan Gomes (UniKent)

Upload: hatuyen

Post on 10-May-2018

215 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017  

  

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 

research and innovation programme under grant agreement No 644526 

 

 

intelligent Converged network consolidating Radio and optical access aRound USer equipment 

DELIVERABLE:  D5.4 

Validation test results and analysis evaluation 

 

Contract number:   644526 

Project acronym:  iCIRRUS 

Project title:  Intelligent converged network consolidating radio and optical access around user equipment 

Project duration:  1 January 2015 – 31 December 2017 

Coordinator:  Nathan Gomes, University of Kent, Canterbury, UK 

 

Deliverable Number:  D5.4 

Type:  Report 

Dissemination level  Public 

Date submitted:  20 February 2018 

 

Editors:  Howard Thomas (VIAVI) 

Authors / contributors (contributing partners) 

Kai Habel (HHI), Jim Zou (ADVA), Philippos Assimakopoulos, Nathan Gomes, Huiling Zhu, Yuan Kai (UniKent), Howard Thomas (VIAVI), Xuan Du (UEssex), Philippe Chanclou (Orange), Patrik Ritoša (TS), Guadalupe Flores (WT), Gregor Linne (IAF) 

Internal reviewers  Mike Parker (UEssex), Michael Georgiades (PrimeTel), Nathan Gomes (UniKent) 

 

 

 

 

   

Page 2: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 2 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Documenthistory 

0.0  Document creation  17/10/2017 

0.1  Updated TOC to reflect D5.3 included Section on aggregation of results and analysis  

30/11/2017 

0.2  Included inputs to Validation test from ADVA, HHI. Elaboration of KPI Section by VIAVI 

21/12/2017 

0.25  Demo schematic update and added LTE femto‐cell case description  22/12/2017 

0.3  Wellness version   

0.4  Howard comments  3/01/2018 

0.45  Minor updates and accept additions  4/01/2018 

0.5  Initial inputs about mobile cloud from UEssex  07/01/2018 

0.55  Combine V5, V7 & Orange 15/01/2018 

0.6  Integrate Philippos content  15/01/2018 

0.65  Accept Xuan content  17/01/2018 

0.7  Changes accepted, acronym list, Summary text from Jim  17/01/2018 

0.72  Additions from Gregor on CPRI  22/01/2018 

0.75  Accept changes, remove fixed comments, minor edits  24/01/2018 

0.8  1st attempt at completing intro and the evaluation Sections  24/01/2018 

0.85  Re‐emphasis, re‐write in context of 5G KPIs  09/02/2018 

0.90  Accept changes to format, typos, include text from Kai and my editspost review. This is a baseline to edit the Demo as a KPI in a broader scheme 

12/02/2018 

0.91  Restructure and emphasise KPI validation  13/02/2018 

0.92  revision of text 3.9.1  13/02/2018 

0.93  Re‐structure to separate testbed KPI from demo KPI  14/02/2018 

0.94  Added evaluation of the Showcase section, incorporated inputs on D2D and mobile cloud 

17/02/2018 

1.00  Added Conclusions and general tidy‐up  19/02/2018 

 

   

Page 3: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 3 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Abstract 

The deliverable presents  the  results obtained  throughout  the  iCIRRUS project and compares  them 

with the 5G requirements including business, societal and performance KPIs. One KPI that is relevant 

to both  the business and societal KPIs  is  the number of proof of concept demonstrators as  this  is 

recognised as a measure of “European availability of a competitive  industrial offer  for 5G services 

and  technologies.”  Consequently,  the  showcase  demonstrator  hosted  by  Telekom  Slovenije  in 

December 2017 is a focus of this report as is the separate demonstrator for evolved‐fronthaul higher 

layer split hosted by Orange. Three families of use‐case are explored: enhanced front haul, mobile 

cloud,  and  network  controlled  device‐to‐device  communication,  aiming  to  demonstrate  that  the 

planned  5G  networking  requirements  are  met.  The  architecture  and  component  parts  of  the 

demonstrator are described and the performances of the use‐cases are presented. The results are 

encouraging,  in  that  all  the  iCIRRUS  quantitative  performance  targets  are  met  and  there  are 

significant  contributions  towards  the  5G  performance  KPIs.  Additionally,  significant  contributions 

towards  achievement  of  the  5G  business  and  societal  are  demonstrated  by  the  three  use‐case 

classes. 

 

 

 

Page 4: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 4 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

ExecutiveSummary

The  report  presents  the  results  obtained  throughout  the  iCIRRUS  project  and,  to  validate  them 

against  5G  Key  Performance  Indicators  (KPIs),  compares  the  results  against  5G  requirements 

including business, societal and performance KPIs as summarised in [1].  

Two elements of elements of the KPI validation relate to technology demonstrators. One, hosted by 

Orange,  addressed  evolved‐fronthaul  with  a  higher  layer  split.  The  second,  hosted  by  Telekom 

Slovenije  in  December  2017,  was  the  iCIRRUS  showcase  demonstrator  that  simultaneously 

demonstrated  a  variety  of  evolved‐fronthaul  lower  layer  splits  and  cloud‐assisted  Unified 

Communication applications.  

The  demonstrators  are  KPI  validations  in  themselves  as  implementation  of  5G  proof  of  concept 

demonstrators  is  recognised  as  a  measure  of  the  KPI  “European  availability  of  a  competitive 

industrial  offer  for  5G  services  and  technologies,”  which  links  to  both  B3  and  S3  business  and 

societal 5G KPIs respectively [1]. 

The use cases explored in the demonstrators and the KPIs used to validate their performance are set 

out and are related to the overall 5G‐compliant architecture that has been developed by the project. 

In this deliverable, the architecture of the showcase demonstrator  is  illustrated and its component 

parts  are  described,  which  includes  the  physical  extent  of  the  fibre  network  that  supports  the 

fronthaul/backhaul.  

The performance of the component fronthaul use‐cases and the results obtained for transport over 

a 100G aggregated Ethernet link are presented. Respectively, these use‐cases aim to demonstrate: a 

low  layer  split  fronthaul  for  a  60GHz  link;  CPRI  over  Ethernet;  and  femto‐cell  backhaul.  The 

performance achieved by the aggregated link itself is then presented, including synchronisation and 

latency. 

The results of a separate demonstrator to evaluate the performance of a higher  layer split LTE link 

over point‐to‐point fibre and PON is presented.  

Moreover,  the  performance  of  the  mobile  cloud  (Unified  Communications)  use‐cases,  and  the 

results  obtained  when  these  are  supported  by  the  LTE  link  operating  over  the  100G  aggregated 

fronthaul are presented. 

Finally, the results achieved in all the experiments and their relation to KPIs are summarised, and it is 

concluded  that  they  support  the assertion  that  the  iCIRRUS  concept  is  valid  and has potential  for 

deployment in 5G networks. 

   

Page 5: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 5 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Indexofterms 

3GPP  3rd Generation Partnership Project 

5G  5th Generation Mobile Radio Technology 

BBU  Baseband Unit 

BER  Bit Error Rate 

BS  Base Station 

BTS  Base Station 

BW  Bandwidth 

CAPEX  Capital Expense 

CFO  Carrier Frequency Offset 

CO  Central Office 

CoMP  Coordinated MultiPoint 

CoS  Class of Service 

CPRI  Common Public Radio Interface 

CPRIoEth  CPRI over Ethernet 

CPU  Central Processing Unit 

C‐RAN  Cloud Radio Access Network 

C‐SON  Centralised SON 

CU  Central Unit (abstraction of BBU pool for alternative functional splits) 

D2D  Device‐to‐Device 

D2I  Device‐to‐Infrastructure 

DAC  Digital to Analogue Converter 

DBA  Dynamic Bandwidth Allocation 

DL  Downlink 

DSCP  Differentiated Services Code Point 

D‐SON  Distributed SON 

DSP  Digital Signal Processing 

DSPLL  Digital Signal Phase Locked Loop 

DU  Digital Unit 

eMBB  enhanced Mobile Broadband (5G use‐case) 

eNB  Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) 

EPC  Evolved Packet Core 

F1  3GPP NR interface between CU and DU 

FAX  Facsimile  

FDV  Frame Delay Variation 

FEC  Forward Error Correction 

FH  Fronthaul 

FIFO  First In, First‐Out 

FLR  Frame Loss Rate 

Page 6: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 6 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

FMC  Fixed Mobile Convergence 

FPGA  Field Programmable Gate Array 

FPU  Floating Point Unit  

FTTH  Fibre to the home 

FTTx  Fibre to the x 

GMC  Grand Master Clock 

GNSS  Global Navigation Satellite System 

G‐PON  Gigabit Passive Optical Network 

GPS  Global Positioning System 

GST  Guaranteed Service Traffic 

HARQ  Hybrid Automatic Repeat Request 

HetNet  Heterogeneous Network 

HLS  Higher Layer Split 

H‐SON  Hybrid SON 

ICT  Information and Communication Technology 

ID  Identifier 

IEEE 1588  Ethernet timing protocol 

IETF  Internet Engineering Task Force 

IF  Intermediate Frequency 

IFDV  Inter Frame Delay Variation 

IP  Internet Protocol 

IPDV  Inter Packet Delay Variation 

iRRH  Intelligent Remote Radio Head 

IT  Information Technology  

KPI  Key Performance Indicator 

LLS  Lower Layer Split  

LTE  Long Term Evolution 

MAC  Media Access Control 

MB  Mobile Cloud 

MCS  Modulation and Coding Scheme 

MEC  Mobile Edge Computing / Multiple access Edge Computing 

MIMO  Multiple‐Input Multiple‐Output 

MME  Mobility Management Entity 

MMW  Millimetre Wave  

NGFI  Next‐Generation Fronthaul Interface 

NIC  Network Interface Card 

NID  Network Interface Device 

NOC  Network Operations Centre 

NR  5G New Radio 

ns  Nano second 10‐9 

Page 7: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 7 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

OAI  Open Air Interface 

OAM  Operations, Administration and Management 

OC  Ordinary Clock (may be master or slave) 

ODN  Optical Distribution Network 

OLT  Optical Line Termination 

OMC  Operations and Maintenance Centre 

OPEX  Operating Expense 

OS  Operating System 

OSS  Operation Support System 

OWD  One Way Delay 

PDCP  Packet Data Convergence Protocol 

PDG  Packet Delivery Gateway 

PDV  Packet Delay Variation 

PGW  Packet Gateway 

PHY  Physical (Layer) 

PLL  Phase‐Locked Loop 

PM  Performance Management 

PNF  Physical Network Function 

PoC  Proof of Concept 

PON  Passive Optical Network 

PRC  Primary Clock 

PRE  Packet Routing Engine 

PtMP  Point‐to‐Multi‐Point 

PtMP  Point‐to‐Multipoint 

PtP  Point‐To‐Point 

PTP  Precision Time Protocol 

QAM  Quadrature Amplitude Modulation 

QoE  Quality of Experience 

QoS  Quality of Service 

RACH  Random Access Channel  

RAN  Radio Access Network 

RAR  RACH Response 

RAT  Radio Access Technology 

RAU  Radio Aggregation Unit 

RCC  Radio Cloud Centre 

RE  Radio Equipment 

RF  Radio Frequency 

RFC  Request for Comment (IETF) 

RLC  Radio Link Control 

RN  Radio Network 

Page 8: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 8 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

RoE  Radio over Ethernet 

RRC  Radio Resource Control 

RRH  Remote Radio Head 

RRS  Radio Remote System 

RRU  Remote Radio Unit 

RTD  Round Trip Delay 

RTMP  Real Time Messaging Protocol 

RTT  Round Trip Time 

RU  Radio Unit (abstraction of RRH for alternative functional splits) 

RU  Remote Unit 

RX  Receiver 

SDN  Software Defined Network 

SFP  Small Form‐factor Pluggable 

SI  System Information 

SLA  Service Level Agreement 

SM  Statistically Multiplexed (traffic) 

SMS  Short Message Service 

SON  Self‐Optimising Network 

SP  Strict Priority 

STD  Standard Deviation  

SyncE  Synchronous Ethernet 

TCP  Transmission Control Protocol 

TCO  Total Cost of Ownership 

TDD  Time Division Duplex 

ToD  Time of Day 

ToR  Top of Rack 

TSN  Time‐Sensitive Networking 

TX  Transmitter 

UC  Unified Communication 

UDP  User Datagram Protocol 

UE  User Equipment 

UL  Uplink 

URLLC  Ultra‐reliable and low‐latency communications 

vBBU  Virtual Baseband Unit 

VIP  Very Important Person 

VLAN  Virtual Local Area Network 

VNF  Virtualised Network Function 

vNIC  Virtual NIC 

WDM  Wavelength Division Multiplexing 

WRR  Weight Round Robin 

Page 9: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 9 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

X2  Interface between eNB 

   

Page 10: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 10 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Contents 

1  Introduction .................................................................................................................................. 12 

2  iCIRRUS use‐case and KPI review .................................................................................................. 13 

  Use cases and societal/business KPIs ................................................................................... 13 

  Ethernet evolved‐fronthaul use cases .......................................................................... 14 

  Unified Communications and Mobile Cloud/Clone use cases ...................................... 15 

  Device‐to‐Device (D2D) use case .................................................................................. 18 

  Performance KPIs and SLA overview .................................................................................... 19 

  KPIs for evolved‐fronthaul use‐cases ............................................................................ 19 

  KPIs for fronthaul plus RAN optimisation use‐case ...................................................... 21 

  KPIs for mobile cloud use‐case ..................................................................................... 21 

  KPIs for D2D communication ........................................................................................ 22 

  Architecture overview ........................................................................................................... 25 

3  Verification through test results and analysis .............................................................................. 26 

  CPRI over Ethernet transport test and verification in live LTE network ............................... 27 

  Real‐time fronthaul platform using 60GHz wireless ............................................................. 29 

  Software‐based‐DU radio‐over‐Ethernet .............................................................................. 31 

  Testbed integration with sync‐enabled aggregator/switch .................................................. 34 

  Video streaming in C‐RAN with mobile cloud ....................................................................... 38 

  Mobile task offloading in C‐RAN with mobile cloud ............................................................. 41 

  Network controlled D2D use‐case ........................................................................................ 44 

  Ethernet transport lab tests of new higher‐layer functional split fronthaul ........................ 47 

4  Description and evaluation of the final Showcase demonstrator ................................................ 49 

  Description of the Showcase demonstrator ......................................................................... 49 

  CPRI over Ethernet test and verification in the Showcase ................................................... 52 

  Real‐time fronthaul platform using 60GHz wireless with UPPER‐PHY LLS verification in the 

Showcase .......................................................................................................................................... 55 

  Reference measurement (fronthaul link only).............................................................. 55 

  Inclusion of aggregator switches into 60GHz fronthaul link ......................................... 56 

Page 11: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 11 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

  Inclusion of 3km installed fibre into fronthaul link ....................................................... 58 

  Software‐based‐DU radio over Ethernet with MAC‐PHY LLS validation in the Showcase .... 60 

  Femto‐cell fronthaul/backhaul aggregation validation in the Showcase ............................. 65 

  Aggregated Ethernet‐based fronthaul network validation in the Showcase ....................... 66 

  Evaluation of the Showcase demonstrator ........................................................................... 67 

5  Conclusion ..................................................................................................................................... 70 

6  References .................................................................................................................................... 71 

7  List of figures ................................................................................................................................. 73 

8  List of tables .................................................................................................................................. 75 

 

   

Page 12: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 12 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

1 IntroductionThe  iCIRRUS project pioneered  the proposed use of Ethernet  in  the  fronthaul,  and  the use of  the 

intelligent  monitoring  of  this  fronthaul,  largely  enabled  by  the  adoption  of  Ethernet‐based 

technology, to enhance service provision. Of course, in the time since the inception of these ideas, 

there has been a large effort globally on 5G, including in the European 5G PPP projects. With these 

major developments,  it has been necessary  to  continually place  the  iCIRRUS effort  in  context –  in 

order that it can positively make its own distinct contributions within European and global research 

and innovation and standardisation efforts. For example, the iCIRRUS project proposal idea on using 

“midhaul”,  continued  to  develop  and  became  part  of  the  efforts  in  several  standards  bodies  of 

defining new Radio Access Network  (RAN) functional splits, while  intelligent control of  these splits 

became  part  of  the  global  moves  for  5G  of  functional  virtualisation,  orchestration  and  software‐

defined  networking.  Similarly,  the  proposals  for  using  network  intelligence  for  mobile  “clone” 

operation  and  offloading  processing  from  mobile  devices,  and/or  offloading  traffic  from  the 

network, can be seen  in the context of 5G proposals  for  increased use of Mobile Edge Computing. 

These  examples  demonstrate  that  iCIRRUS  has  retained  relevance  in  the  rapidly  developing  5G 

landscape,  and  it  has  made  significant  inputs  by  focussing  on  specific  challenges  (for  example, 

Ethernet, rather than the full scope of possible  fronthaul technologies). Of course, to demonstrate 

the  significance of  these  inputs  it  is  necessary  to  verify performance and,  if  possible,  validate  the 

fundamental concepts that have been proposed.  In order  to do this,  in  this deliverable report, we 

examine  performance  verification  in  terms  of  some of  the  key  performance  indicators  (KPIs)  that 

have been proposed for the iCIRRUS architecture, in iCIRRUS deliverables D2.1 [2],D2.2 [3], D3.3 [4] 

and D3.4 [5]  . Further, to put our work  in the context of the overall European 5G effort, we relate 

these KPIs to those defined by the Euro‐5G project for the 5G PPP [1].  

While the primary target has been to verify KPIs, and evaluate these in the context of 5G PPP KPIs to 

provide a validation of the  iCIRRUS concepts,  it has also been  important for the iCIRRUS project to 

build a  final, showcase demonstration. The  integration of different, specific technological solutions 

that  is  necessary  for  such  a  demonstration  also  provides  a  further  validation  of  the  architecture, 

showing  that  one  technological  solution  is  not  a  hindrance  to  another,  rather  that  they  are 

complementary.  Due  to  verification  experiments  being  available  at  different  times  during  the 

project,  and,  sometimes unforeseen, difficulties  in putting  theory and concepts  into practice or  in 

transporting experiments to the final demonstration site in Telekom Slovenije’s labs in Ljubljana, the 

showcase demonstration does not attempt to integrate every technological research advance made 

in the project; it does, however, integrate both a range of fronthaul technologies over Ethernet, and 

cloud/clone services.  

In the following Section, the use‐cases explored in iCIRRUS are introduced, the societal and business 

KPIs are considered and the performance the KPIs associated with validating their performance are 

described,  and  the  interfaces  on  which  measurements  are  made  to  determine  the  KPIs  are 

illustrated  with  reference  to  the  iCIRRUS  high‐level  architecture.  The  iCIRRUS  project’s  KPIs  are 

Page 13: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 13 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

related  to  5G  PPP  KPIs  [1].  In  Section  3,  the  test  measurement  results  obtained  to  verify  the 

performance  KPIs  are  described.  Section  4  presents  an  overall  evaluation  of  the  showcase 

demonstration  and  the  verification  results  obtained,  with  a  view  to  validating  the  iCIRRUS 

architecture. Conclusions on the work are presented in Section 5. 

2 iCIRRUSuse‐caseandKPIreviewIn this Section, we examine the use cases for the deployment of an iCIRRUS‐type network together 

with  a  comparison  with  business  and  societal  KPIs  and  the  performance  KPIs  that  have  been 

targeted by the project and their relation to KPIs defined by 5G PPP. Additionally, the interfaces and 

resource  clouds on which  the quantitative performance KPIs may be measured are  considered by 

reference to the high‐level iCIRRUS architecture.  

Usecasesandsocietal/businessKPIs5G PPP has identified several business and societal KPIs [1]. The first two business KPIs are specific to 

the 5G PPP initiative. The only contribution that  iCIRRUS can make is  indirect through cooperation 

with 5G PPP projects  (which has been done  in  several  cases,  such as  joint workshop coordination 

and joint contributions to book chapters and other publications). The third business KPI (B3) targets 

the market share for EU‐headquartered ICT companies for 5G equipment and services. This is seen 

to be related to the third societal KPI (S3) on the “European availability of a competitive  industrial 

offer  for  5G  systems  and  technologies”.  The  5G‐Euro  project  states  that  there  are  difficulties  in 

assessing  these  KPIs. However,  among  the  assessment measures  proposed  are  (1)  the number of 

proof  of  concept  demonstrations,  (2)  contributions  to  standards,  (3)  patents,  and  (4)  the  costs  of 

ownership  (TCO)  and  rollout  for  different  coverage  targets  for  operators  when  using  the  5G 

technologies developed. 

The  other  societal  KPIs  include:  “Enabling  advanced  user  privacy”  (S1);  “Reduction  of  energy 

consumption per  service…”  (S2);  “Stimulation of  new economically‐viable  services of  high  societal 

value…”  (S4) and “Establishment and availability of 5G skills development  curricula  (in partnership 

with the EIT)” (S5). In iCIRRUS, the reduction of energy consumption is certainly an important target. 

5G‐Euro states that it is a difficult KPI to measure and suggests that it could be done through proxies, 

such as  spectrum efficiency,  specific protocols  to switch devices/cells off and energy consumption 

reduction in hardware. The other societal KPI with relevance to iCIRRUS is that for the stimulation of 

new services. 

In our overview of these KPIs for the iCIRRUS project, we examine in turn three areas for the work in 

the following sub‐sections. 

Page 14: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 14 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Ethernetevolved‐fronthaulusecasesAs has been stated  in  [2] and [5],  the Ethernet evolved‐fronthaul use‐case has several drivers:  the 

desire  to  exploit  the  ubiquity  and  potential  for  low‐cost  implementation  and  management  of 

Ethernet; the need to create a fronthaul solution that is scalable to the throughputs required for the 

5G enhanced mobile broadband (eMBB) use‐case; and the desire  to exploit statistical multiplexing 

for  greater  transport  network  efficiency  (of  use  and  of  energy)  .  Early work  in  iCIRRUS  and other 

projects made it clear that strategies based solely on the transport of time‐domain IQ samples of the 

radio  baseband waveforms do  not  scale  in  an  economically  efficient manner;  however,  there  still 

exist  use  cases  where  such  transport  is  required,  due  to  backward‐compatibility  with  legacy 

equipment and to the fact that new functional splits in the RAN do come with potential performance 

penalties. The drivers for the new Ethernet evolved‐fronthaul can be summarised as follows: 

Reduce fronthaul transport deployment costs 

Reduce fronthaul transport management costs 

Exploit the ubiquity of Ethernet 

Minimise the need for extra cost and complexity in supporting fronthaul requirements 

Reduce TCO and rollout costs for different coverage targets for operators 

These can be seen very clearly to contribute to the business and societal KPIs (B3, S3) for reducing 

cost of ownership and deployment costs. Our work in D2.3 [6] presented an analysis of technologies 

to support low cost initial roll‐out of 5G. Factors considered included the expected increase in traffic 

demand driven by video services, network sharing, and that the highest bandwidths are not required 

to  be  serviced  uniformly  across  the  geography,  according  to  subscriber  modelling  by  Orange, 

Telekom Slovenije and PrimeTel. Re‐purposing of existing fronthaul with PtP fibre and PON, and low‐

cost  100G  links were  addressed  and  system costs  estimated. Also,  business  cases  to estimate  the 

payback period for deployment of D2D and clone‐based technologies were developed that indicated 

payback within 3 years. 

The fronthaul work has also contributed to the following standards: 

The iCIRRUS evolved fronthaul architecture and concepts have been presented both directly 

and indirectly (through discussions during meetings) in several IEEE 1914 working group 

meetings. 

Many iCIRRUS concepts, and initial implementation have been presented in the 

OpenAirInterface software alliance. 

ETSI Zero Touch Service and network Management (ZSM) “RAN SON ZSM input iCIRRUS” [7] 

Presented iCIRRUS concepts joint fronthaul‐RAN SON. The group requested this material is 

used in work items on slicing, developing user stories and use cases and to help align 

nomenclature. 

Page 15: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 15 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

The following patents have been filed by iCIRRUS partners in relation to the fronthaul work: 

“Enhancing Network Topology Information for a Self‐Organising Network,” [8]  

“Packet colouring for data stream monitoring,” [9] 

“Techniques for providing front‐haul data awareness” [10] 

“Method and apparatus for mitigation of packet delay variation,” [11] 

Finally, the iCIRRUS fronthaul work has contributed to the business/societal 5G PPP KPIs related to 

European proof‐of‐concept demonstrations. While individual partners have focussed on testbeds to 

examine performance KPIs, the final showcase demonstration of the project integrating the work of 

individual partners in Telekom Slovenije’s lab on Ljubljana is a major proof‐of‐concept for fronthaul 

integration.  The  showcase demonstration  integrates  transport  for  two  lower‐layer  RAN  functional 

split points  (one  in upper PHY  layer  for a wide, 5G‐like bandwidth 60GHz system, the other at the 

MAC‐PHY interface in an LTE system), for generic and CPRI IQ waveform transport, and for backhaul. 

All are passed through a high‐speed aggregator with timing/synchronisation signals and using time‐

sensitive networking.  In  addition,  an earlier proof‐of‐concept demonstrator was made  in Orange’s 

laboratory in Lannion, demonstrating a higher‐layer functional split (PDCP‐RLC split in LTE).  

The  performance  KPIs  for  each  of  the  fronthaul  testbeds  and  the  showcase  demonstration  are 

discussed in Section 2.2. 

UnifiedCommunicationsandMobileCloud/CloneusecasesLet us first consider what is generally understood by the term Unified Communications (UC): 

 “Unified  communications  (UC)  is  a  business  term  describing  the  integration  of  enterprise 

communication  services  such  as  instant  messaging  (chat),  presence  information,  voice 

(including  IP  telephony), mobility  features  (including  extension mobility  and  single  number 

reach), audio, web & video conferencing, fixed‐mobile convergence (FMC), desktop sharing, 

data sharing  (including web connected electronic  interactive whiteboards), call  control and 

speech  recognition  with  non‐real‐time  communication  services  such  as  unified  messaging 

(integrated voicemail, e‐mail, SMS and fax). UC is not necessarily a single product, but a set 

of  products  that  provides  a  consistent  unified  user  interface  and  user  experience  across 

multiple devices and media types” [12]. 

Consequently, from the business point of view it  is appropriate that its performance measures and 

goals  are  directed  towards  improving  business  targets  such  as  competitiveness,  excellence  in  the 

attention  to  clients,  and  increase  in  network  efficiency  and  effectiveness,  while  minimizing  the 

consumption of resources.  

Page 16: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 16 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

In  the  framework of  ICT,  the UC combines all  the communications possibilities onto one platform, 

instead  of  having  them  scattered  and  separate.  UC  is  not  a  concrete  product:  Unified 

Communications is a basic and strategic solution for any company. Some studies have revealed that 

more than 60% of the employees of a company manage different communications devices. Having 

to  manage  different  media  on  different  platforms  considerably  reduces  the  effectiveness  of 

communications within a company.  

Unified Communications unifies each means of communication in a company (documents exchange, 

calls,  message,  emails,  etc.).  These  are  grouped  in  an  intelligent  manner,  increasing  user 

productivity,  and  offering  better  solutions  with  better  quality  that  improves  user’  experience.  In 

addition, the UC platform offers ubiquitous accessibility, so that UC systems may be provided for any 

business model, regardless of its size, resources and location.  

Concerning the  iCIRRUS objective, this use case can be considered as a proof of concept that adds 

value  to 5G networking  through  communications  in  the  cloud.  The mobile  cloud  is  also  an added 

value to the UC because it offers elasticity and agility, with companies able to scale up and down the 

functionalities on offer, as needed. The potential advantages offered by UC with the mobile cloud in 

comparison with traditional hosted services include: 

Reduce IT infrastructure cost 

Increase business elasticity and scalability: provisioning the resources as needed 

Standards and flexibility 

Multi‐tenancy 

Disaster recovery 

 In this sense, the UC system provided by Wellness Telecom benefits from the iCIRRUS project with 

the  indirect  benefits  of  a  5G  communication  system.  In  a  voice  and  real‐time  application,  the 

advantages  presented  by  iCIRRUS  are  experienced by  users  in  the QoE.  To  see  the  impact  of  this 

pilot,  different  UC  platforms  are  compared  and  the  final  value  proposition  of  this  use  case  is 

presented.  

Multiple platforms are available in the market, with a selection of these being summarised in Table 

2‐1. As the feature terminology is not standardised, the Table can only provide a rough comparison 

of feature comparability.  

 

Page 17: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 17 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

presence 

chat 

fax 

voicemail 

email 

IM 

Video

 bridge 

Meetings 

Documen

man

agement 

IP telephony 

fixed m

obile

 

integration 

 Platform

 sm

artphone 

Platform

 PC 

Cloud support of 

application 

Elastix1  x  x  x  x  x              X  x   

Cisco2  x      x    x  x  X        X  x   

Mitel3  x          x  x  X  x        x   

Nortel4  x      x x X x x   x 

Innova‐phone5  x      x x x X x   x 

Telefonica6        x    x  x  X    x  x  X  x   

WT iCIRRUS    x        x  x  X      x  X  x  X 

 Table 2‐1 Comparison of Unified Communication offerings 

Within  iCIRRUS  two  mobile  cloud/clone  use  cases  were  integrated  over  the  fronthaul  of  the 

showcase  demonstrator:  the  “Video  streaming  in  C‐RAN  with  mobile  cloud,”  and  “Mobile  task 

offloading  in C‐RAN with mobile cloud.” The associated performance KPIs are described  in Section 

2.2. The integration of these service‐type technologies with the lower‐layer networking technologies 

of the fronthaul  is a further  indication of the value of the iCIRRUS showcase demonstration. These 

are illustrated in Table 2‐1 in comparison with the other UC offerings,  illustrating how use of cloud 

support of applications by iCIRRUS is a differentiator that may help deliver 5G KPIs.  

UC  is  indispensable  in  the  business  world,  improving  reachability,  increasing  efficiency  and, 

accelerating business process. However, such a UC service tends to consume a great quantity of the 

resources available  in a device, eg processing  large amounts of video and audio data. The  iCIRRUS 

system  directly  benefits  Unified  Communications  using  the  Mobile  Cloud  with  the  potential  to 

improve the QoS in two ways: 

Improving the provisioning of voice and video quality  in a 5G network by reducing  latency 

and increasing bandwidth was proved in the offloading task in D5.3 [13]. 

The consumption of resources in the devices is reduced because most of the computing 

workload is carried out in the cloud (as explained later when examining the performance 

KPIs). 

                                                            

1 https://www.elastix.org/.December 2017 2 https://www.cisco.com/ December 2017 3 http://www.mitel.com/ December 2017 4 http://www.minitel.ca/Files/CMFiles/46UnifiiedCommunications.pdf December 2017 5 http://www.innovaphone.com/en/produkte-unified-communications.html December 2017 6 http://www.movistar.es/grandes-empresas/soluciones/fichas/comunicaciones-unificadas/ December 2017

Page 18: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 18 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

The Wellness Telecom UC service offering can certainly be an innovative, and competitive 5G service 

(S4): WT expect benefits from iCIRRUS with this UC pilot of 70.000 € by 2020. There are aspects of 

what can be provided, for example, disaster‐recovery, that undoubtedly have high societal value. 

The media mixer implemented and demonstrated in D5.3 [2] processed all the video and image data, 

resulting in improved battery life of the devices. Thus, there is a contribution to energy consumption 

reduction  and  the  2nd  societal  KPI  “reduction  of  energy  consumption  per  service”  [1]  (S2).  The 

application demonstration proved the reliability of the 5G communications network connected with 

the  Mobile  Cloud,  one  of  the  aims  of  the  iCIRRUS  project,  and  contributing  also  to  the  service 

viability societal KPI (S4).  

Contributions  to  standards  and  patents, were  not  considered  appropriate  to  the  chosen  business 

model which is to deliver the product via 3rd party software. 

Device‐to‐Device(D2D)usecaseDevice‐to‐device (D2D) communications will serve to meet business/societal KPIs in the following 

ways: 

Improved spectrum and energy use for operators (S2) 

Improved energy efficiency for user devices (S2) 

Stimulation of new service offerings (S4) 

Extension of coverage to facilitate reduced TCO (S3) and attainment of reliability and 

accessibility KPIs  

The work in iCIRRUS has led to filing of a patent application: 

“High resolution angle of arrival estimation and dynamic beam nulling”, [14] 

which  discloses  methods  for  establishing  very  high  throughput  communication  links  between 

devices using novel millimetre wave signal angle of arrival estimation. The application also provides 

practical  procedures  to  minimize  interference  between  devices  using  transmitter  side  beam 

optimization  techniques.  The  patent  follows work  done  in  the  IEEE  802.11ay  standards  group  on 

millimetre wave channel characterisation.  IDCC envisage this work as building on their previous D2D 

communication platform operating at microwave/RF. 

In  iCIRRUS,  the  aim  was  that  the  above  benefits  would  be  further  enhanced  by  examining 

possibilities  for  using  the  remote  radio  units  in  D2D  functions,  such  as  enhancing  user  device 

localisation and, with higher layer functional splits, moving decision‐making for D2D offloading from 

the mobile network closer to the users, allowing it to be more responsive. Performance KPIs for D2D 

are examined in Section 2.2. 

Page 19: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 19 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

PerformanceKPIsandSLAoverviewThe following Sections outline the performance KPIs for the iCIRRUS architecture, taking the 

evolved‐fronthaul use cases, the mobile cloud/clone and D2D use cases in turn. KPIs for the joint 

optimisation of the fronthaul and mobile RAN are also considered.  

From Euro‐5G/5G PPP [1], 4 over‐arching performance KPIs were identified. 

The first was in “providing 1000 times higher wireless area capacity and more varied service 

capabilities”. Euro‐5G translated this into two distinct KPIs: 

P1a – absorbing Tb/s traffic in a smart office (equivalent to 10Tb/s/km2 wireless area 

capacity)  

P1b – reaching a peak user data rate of between 1 and 10Gb/s for specific scenarios/use 

cases 

The second KPI was on reducing the average service creation time to 90 minutes. Euro‐5G proposed 

to monitor the following for this: 

P2a – level of automation of service processes 

P2b – existence/range of autonomic network management functions 

P2c – use of Open Source, SDKs etc., to facilitate deployments 

The third performance KPI was on facilitating very dense deployments for large numbers of users 

(people and devices). These were translated to: 

P3a – handling up to 1 million devices per km2 in certain scenarios/use cases 

P3b – facilitating deployment and operation of a large number of small cells (tens of sites 

per km2) 

The fourth performance KPI was in providing a secure, reliable and dependable internet. This was 

translated to: 

P4a – providing a latency of between 1 and 10ms (1 ms being for the air interface link) 

P4b – reaching reliability >99% or more (in terms of packets delivered within latency budget) 

P4c – reach an availability >99% (in terms of users being covered by a 5G service) 

KPIsforevolved‐fronthauluse‐casesOne of the primary transport related use‐cases that iCIRRUS has investigated is that of the evolved‐

fronthaul  for  a  RAN with  different  functional  splits.  Table  2‐2,  adapted  from D3.4  [5] with  added 

Page 20: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 20 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

columns to include the backhaul case and the 5G KPIs, is a compilation of the fronthaul KPIs for the 

different use‐cases that are, respectively: transport of legacy CPRI; two examples7 of transport with 

a low‐layer‐split (LLS) with and without CoMP support; and an example of a higher‐layer‐split (HLS). 

With  the  concurrent  development  of  standards  and  quasi‐standards  during  the  unfolding  of  the 

iCIRRUS project, these respective use‐cases may be related with reasonable accuracy to 

(1) the LLS that is being addressed by the eCPRI industry “standard,” that is designed to target 

requirements for the LLS. 

(2) the LLS split options that are being discussed within 3GPP 

(3) the HLS that is being standardised by the 3GPP as the f18 interface between the centralised 

unit (CU) and distributed unit (DU). 

  Different types of traffic supported by the evolved‐fronthaul   

Fronthaul Requirements 

Legacy traffic (CPRI 

Upper PHY split in DL and UL (no CoMP) 

Upper PHY split in DL lower PHY split in UL (CoMP)1 

PDCP‐RLC split Backhaul (unified transport) 

5G KPIs 

User Data rate  100‐400Gbps 

(P1) Area coverage 

(P1a) 10TB/s/km2

(P1b) Per user  1‐10GB/s 

FH data rate     

User Latency    (P4a) 1‐10ms 9 

Max latency (round trip delay) 

150µs (CoMP) 440µs (no CoMP) 

440µs  150µs  60ms  60ms  

Min frequency accuracy 

+/‐ 2ppb  (per hop) 

+/‐ 2ppb (per hop) 

+/‐ 2ppb (per hop) 

+/‐ 2ppb (per hop) 

  

Min phase and timing accuracy 

+/‐ 10ns (MIMO & TX diversity) 

+/‐ 30ns  +/‐ 30ns 

TBD (expected approx. +/‐ 

1.36s (LTE TDD) 

 

Max latency imbalance 

+/‐ 16ns  +/‐ 163ns  +/‐ 163ns  Not yet defined    

Max BER    10‐12    10‐6 

10‐3 non‐priority data  10‐5 

priority data 

 

[1] The MAC‐PHY split has similar KPI requirements so they are not separately presented here 

Table 2‐2 Compilation of Fronthaul KPI 

                                                            

7 One option is MAC-PHY and the other is UPPER-PHY 8 A parallel interface is being standardised for 4.5G called the v1 interface 9 1ms being for the air-interface link. User plane 1-way delay <4ms eMBB, <1ms URLLC

Page 21: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 21 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Table 2‐2 defines the KPIs that are applicable for the Ethernet fronthaul scenarios  in Section 2.1.1, 

including  the  transport  of  CPRI,  HLS  and  LLS,  and  femto‐cell  backhaul  and  by  extension  to  any 

aggregation  in a 100Gb/s+ fronthaul scenario that would still have to meet these requirements.  In 

terms of higher level performance KPIs, fronthaul KPIs impact particularly on latency considerations. 

The Euro‐5G document gives examples of processing delays, synchronisation and retransmissions as 

steps  that  need  to  be  quantified  within  User  Plane  latency  as  an  illustration  of  performance 

assessments that would have to be carried out. 

KPIsforfronthaulplusRANoptimisationuse‐caseAs an extension of the evolved‐fronthaul use‐case, iCIRRUS has also addressed the use‐case for joint 

optimisation of the fronthaul and RAN. This required an increase in the number of KPIs that should 

be  monitored;  however,  these  are  RAN  performance  indicators  D3.3  [4],  rather  than  minimum 

acceptable criteria for operation, as in Section 2.2.1. 

KPI  Definition  5G KPI target 

Accessibility  Success rate of access attempts to the system 

(P4a) >99% 

Retainability  1 ‐ dropped call rate  (P4b) >99%, URLLC 99.999%10 

Throughput   Median and 95th percentile throughput 

(P1b) 1‐10GB/s  

Application performance  Per application, eg mean opinion score for voice 

 

Fronthaul redundancy  Measure of available alternative paths 

 

Figure 2‐1 KPIs for fronthaul and RAN joint optimisation 

These system‐level KPI goals are not easy to quantify directly without a large‐scale system simulation 

or wide‐area deployment. However, the “retainability” KPI, which is a common performance KPI in 

today’s mobile networks  that  stems  from a circuit‐switched view of  the world,  can be mapped  to 

“reliability.” As, “reliability,” is defined as successful delivery percentage of packets within a latency 

constraint, it allows us to relate the KPI, to some extent, to achievement of the enhanced fronthaul 

latency KPIs. Additionally,  it  is useful  to  state  these KPIs here,  to provide context  for  the ultimate 

goals of an iCIRRUS derived system deployed in a commercial network. 

KPIsformobileclouduse‐caseThe  mobile  cloud  use‐case  in  the  iCIRRUS  project  is  explored  with  two  proof‐of‐concept  (PoC) 

applications  as  examples  of  possible  components  in  an  enhanced  UC  offering:  video  streaming 

supported by the mobile cloud, and mobile application offloading supported by the mobile cloud.  

                                                            

10 Packets delivered successfully within the required latency

Page 22: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 22 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

These use‐cases  can be mapped  to  the business  KPI B3  to  the  extent  that  they  have potential  to 

impact  TCO  and  there  is  a  direct mapping  to  societal  5G  KPIs  related  to  S4  “stimulation  of  new 

economically‐viable  services…”  and S2  “the  reduction of  energy  consumption…” The mobile  cloud 

defined for these services has  linkage to the 5G performance KPI P2 “reducing the average service 

creation time cycle” 

KPIsforD2DcommunicationD2D communication in iCIRRUS allows two devices in proximity to set up a direct D2D transmission 

link  underlaying  the  iCIRRUS  network  infrastructure,  allowing  offloading  of  traffic  from  this 

infrastructure.  However,  to  guarantee  the  quality  of  service  (QoS)  of  D2D  communications, 

significant assistance is required from the C‐RAN architecture, including D2D link set up and resource 

management. According to the heterogeneity of D2D communication, in which D2D communication 

is a potential alternative  to cellular communication,  strict numeric KPIs may vary  for different use 

cases. However, several KPIs could be used to demonstrate the requirements and benefits of D2D 

communication in the iCIRRUS architecture, as shown in Table 2‐3 and Table 2‐4. In previous works, 

reported  in  D5.3,  the  tests  for  D2D  set  up  along  with  the  real‐time  video  transmission  via  D2D 

communication were discussed [13].  

KPI for D2D link set up  Definition  5G KPI target 

Set up latency  The time consumption of the signalling overheads between D2D pair and BBU pool via fronthaul. 

(P4a) CP latency < 10ms UP latency 1‐10ms 

Discovery range  The maximum transmit‐power of pilot signal, which determines the maximum D2D set up range. 

(P3a) 10,000‐1,000,000 per km2 devices 

Discovery efficiency  The ratio of the number of successful D2D set‐ups to the number of D2D requests.  

 (P3a) 10,000‐1,000,000 per km2 devices, (P4b) >99% 

Table 2‐3 KPIs for D2D link set up 

D2D link set‐up in iCIRRUS is related to 5G KPIs for control plane. The detailed explanation of KPIs for 

D2D link set‐up are shown below: 

1. Set‐up latency: From the D2D set‐up framework mentioned in D2.2 [15], several handshakes 

are required between the D2D pairs and BBU pool. For each handshake, the delay between 

UE  and  BBU  pool  significantly  impacts  the  D2D  link  set‐up  latency;  hence  the  number  of 

handshakes  should be  limited  to guarantee  the QoS of D2D communication.  In  iCIRRUS, a 

location based D2D discovery and link set‐up strategy has been proposed. Compared to the 

standard discovery strategy which involves the communications with the BBU pool at  least 

three times and includes 7 or more steps, our proposed strategy only needs to communicate 

Page 23: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 23 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

with the BBU pool once and has only 4 steps for D2D link set‐up. It makes our contribution 

related to the 5G KPI P4a on “latency.” 

 

2. Discovery  range:  The  maximum  transmit  power  of  the  pilot  signal  of  the  user  device 

determines the maximum D2D set‐up range.  It could be adjusted dynamically according to 

the specific service requirements of D2D communication, eg data rate, latency, etc.  

 

3. Discovery  efficiency:  A  key  performance  metric  to  evaluate  the  discovery  strategy  is  the 

successful  set‐up  ratio,  which  leads  our  contributions  to  the  5G  KPI  P4b  “reliability.” 

Furthermore,  for  real‐time  D2D  communication,  the  D2D  discovery  protocol  proposed  in 

iCIRRUS  is  an  asynchronous  one.  As  the  locations  of  UEs  can  be  proactively  estimated  at 

their  access  RRSs,  the  resource  blocks  (RBs)  and  power  allocation  for  pilot  transmission, 

which is used for D2D link set‐up, could be optimized to increase the potential matching of 

D2D pairs. Meanwhile,  the  spectral  and  energy efficiency of  the discovery process  can be 

improved.  

KPI for D2D communication  Definition  5G KPI target 

UE data rate Data rate received at the 

receiver of D2D pair in bits per second. 

(P1b) reaching a peak user data rate of between 1 and 

10Gb/s 

Transmission efficiency The packet delay and loss rate 

between two devices.  

Energy efficiency Power consumption at each 

device in bits per joule.  

Resource management latency The time consumption of one signalling packet for D2D resource management. 

(P4a) CP latency < 10ms UP latency 1‐10ms 

Table 2‐4 KPIs for D2D communication 

D2D  communication  in  iCIRRUS  is  related  to  5G  KPIs  for  both  data  plane  and  control  plane.  The 

detailed explanation of KPIs for D2D communication in iCIRRUS are shown below: 

1. UE data rate: Due to the short transmit distance of D2D communication, the received data 

rate can be greatly enhanced. Therefore, D2D communication can be used for large volume 

content  delivery,  such  as  high‐quality  video  transmission.  The  proposed  semi‐distributed 

resource management in iCIRRUS could improve the D2D data rate by several times through 

the  introduction of  frequency reuse  in a BBU’s coverage area, which can contribute to the 

5G KPI P1b. 

 

2. Transmission  efficiency:  The  packet  delay  and  loss  rate  of  D2D  communication  are much 

lower  than  in  cellular  communication,  which  makes  D2D  a  vital  network  component  to 

enable some latency‐critical applications, eg online real‐time gaming, virtual reality, mobile 

Page 24: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 24 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

edge computing, etc, that may contribute to the 5G societal KPI to simulate new services S4 

as well as latency with P4a.  

 

3. Energy efficiency: With direct data transmission between two devices, the transmit power at 

transmitter  could  be  greatly  reduced  to  achieve  desired  QoS  in  various  use  cases,  which 

contributes to societal 5G KPI S2. 

 

4. Latency  for  resource  management:  It  is  essential  to  explore  network  assisted  resource 

management  for  the  D2D  communications  to  achieve  optimal  network  performance,  eg 

throughput, outage probability, etc. Therefore, the duration of the signalling between D2D 

pairs  and  BBU  pool  might  exceed  the  maximum  delay  requirement  of  some  real‐time 

services.  In  iCIRRUS,  it  is  considered  that  some of  the MAC  layer  function  blocks  for D2D 

resource allocation is shifted from the BBU pool to RRHs through the functional splitting in 

the  fronthaul,  thus  reducing  significantly  the  resource  management  latency,  which 

contributes to the 5G KPI P4a. 

 

Page 25: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 25 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

ArchitectureoverviewThis Section maps the quantitative KPIs introduced in the previous Sections to the interfaces and 

resource clouds of the iCIRRUS conceptual architecture, illustrated in Figure 2‐2, at which these 

quantitative KPIs values may be measured. The actual means of determining the KPIs is described in 

Section 2.1. 

 

Figure 2‐2 iCIRRUS architecture overview 

Considering the evolved‐fronthaul use‐cases outlined in Section 2.1.1,  

IQ Transport Fronthaul, is shown in Figure 2‐2, emanating from the BBU pool, conveyed via 

one or more Ethernet switches and delivered to the RRHs towards the top right of the 

Figure. The respective end‐points for measuring the KPIs set out in Table 2‐2 are the BBU 

pool and the concerned RRH. 

NGFI‐type fronthaul, is shown in Figure 2‐2, emanating from the RCC pool, conveyed via one 

or more Ethernet switches and delivered to the RRSs (which may themselves be split 

between RAU and RRU) towards the bottom left of the Figure, the respective end‐points for 

measuring the KPIs set out in Table 2‐2 are the RRC pool and the concerned RRS/RRU. The 

Figure does not show the details of the functional split in the radio so LLS and HLS use‐cases 

Page 26: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 26 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

are not distinguished. The respective end‐points for measuring the KPIs set out in Table 2‐2 

are the RCC pool and the concerned RRS/RRU. 

Backhaul aggregation with fronthaul, is shown in Figure 2‐2, with backhaul emanating from 

the RCC pool and conveyed via one or more Ethernet switches through the “backhaul to 

core”. The end‐points for measuring KPIs are the RCC pool and the core network. 

 Aggregation of “midhaul” between the micro BTS at the bottom of the Figure and the RCC 

pool with fronthaul and backhaul is also shown. The respective end‐points for measuring the 

KPIs set out in Table 2‐2 are the Micro‐BTS and the RCC pool. 

The aggregated Ethernet fronthaul is represented by the vertical trunks that interconnect 

the Ethernet switches and the Ethernet links connecting Ethernet switches to the RCC pool 

in Figure 2‐2. The performance of the aggregated fronthaul is verified by the simultaneous 

meeting of the KPIs of the component use‐cases. 

Considering the Unified Communication example use‐cases examples outlined in Section 2.1.2, 

The mapping of the UC use‐case components to the elements of the iCIRRUS architecture in 

Figure 2‐2, is the same for both “Video streaming in C‐RAN with mobile cloud,” and “Mobile 

task offloading in C‐RAN with mobile cloud.” The application component is hosted in the 

mobile cloud, that is in MB1 or MB2 on the cloud side and in the mobile device itself on the 

other. The real‐time telemetry framework which functions as a virtual infrastructure 

manager (VIM) for collecting the KPIs in these component in the Mobile Cloud is described 

respectively in Sections 4.6 and framework collecting and storing phone related KPIs is 

described in Section 3.5. 

Considering the network controlled Device‐to‐Device example use‐case examples outlined in Section 

2.1.3, 

The network controlled D2D use‐case components are mapped to the elements of the 

iCIRRUS architecture in Figure 2‐2 as follows: the network controlled element maps to the 

MAC that may be in the RCC pool. Alternatively, the MAC element dealing with D2D may be 

pushed nearer to the network edge at the RAU. The D2D element is mapped to the two or 

more mobiles located at the right of the Figure. 

3 VerificationthroughtestresultsandanalysisSection 3 summarises the results of the various testbed experiments conducted throughout the 

iCIRRUS project and compares them with the iCIRRUS design target KPIs and also validates them in 

the broader context set by the 5G business, societal and performance KPIs set out in [1].  

Section 4 addresses the Showcase demonstration where a subset of the individual testbeds were 

integrated and simultaneously supported on a 100G Ethernet fronthaul link. However, in cases 

Page 27: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 27 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

where the most complete validation of the individual testbeds was conducted at the same time and 

location as the Showcase, those Showcase demonstrator results are reported in Section 3 together 

with the individual testbed results. Section 4 then refers back to these results in the broader context 

of the Showcase. 

CPRIoverEthernettransporttestandverificationinliveLTEnetwork

The  starting  point  of  the  CPRI  to  Ethernet  test was  a  direct  10G  Ethernet  connection  established 

between 2 FPU Boards, see Figure 3‐1. The VIAVI MTS 5800 CPRI Tester acted as both master and 

slave  device  within  the  CPRI  link,  using  PRBS31  pattern  for  reasonable  transmission  tests.  The 

transportation  of  frequency  information  from  master  to  slave  was  achieved  by  a  synchronous 

Ethernet connection (SyncE). With this, frequency recovering was enabled on the BBU side (recovery 

of CPRI Master clock) as well as on the RRH side (recovery of Ethernet clock). The BBU side Ethernet 

core was driven by a DSPLL clock derived from the recovered CPRI clock. In a comparable manner, 

the RRH side’s CPRI clock was generated from the recovered Ethernet clock. As a result, both BBU 

and RRH CPRI core clocks operated effectively at the same frequency, and the difference between 

the  clock  frequency  on  the  master  side  and  on  slave  side  couldn’t  be  measured.  The  required 

minimum  frequency  accuracy  according  to  Table  2‐2  was  met  (±  19.66Hz @9.83Gbit  /  ±  4.92Hz 

@2.45Gbit).  

iCirrus FPGA Board ‚BBU Side‘

VIAVI MTS 5800CPRI Tester

CPRI Master

Port

CPRI / Ethernet BridgeClock Unit(DSPLL)

RecoveredCLK CPRI

REF CLK

Eth REF CLK

CPRI Core

10G Eth Core

CPRI SlavePort

BERMeasurement

iCirrus FPGA Board ‚RRH Side‘

CPRI / Ethernet Bridge

Clock Unit(DSPLL)

Recovered CLK

CPRIREF CLK

Eth REF CLK

CPRI Core

10G Eth Core

CPRI CPRI

SYNC Ethernet

 

Figure 3‐1 Point‐to‐point with SyncE 

 

   

Page 28: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 28 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Fronthaul KPI  Requirement Measured 

performance Comment 

User Data rate  100‐400Gbps  ‐   

FH Data Rate   

User Latency   

Max latency (round trip 

delay) 

150µs (CoMP) 440µs (no CoMP) 

35µs direct link  

Exceeds most demanding requirement 

Min frequency accuracy 

+/‐ 2ppb  (per hop) 

Better than (± 4.92Hz 

@2.45Gbit) 

Actual error was less than measurement capability  

Min phase and timing accuracy 

+/‐ 10ns (MIMO & TX diversity) 

   

Max latency imbalance 

+/‐ 16ns   Not measured 

Max BER    Below measurement sensitivity 

Table 3‐1 Legacy 2.45Gbit CPRI traffic over Ethernet, requirement v performance 

Fronthaul KPI  Requirement Measured 

performance Comment 

User Data Rate       

FH Data rate  100‐400Gbps ‐

User Latency       

Max latency (round trip delay) 

150µs (CoMP) 440µs (no CoMP) 

10µs direct link  

Buffer depth set by more latency consuming 2.45Gbit 

Min frequency accuracy 

+/‐ 2ppb (per hop) 

Better than (± 19.66Hz 

@9.83Gbit) 

Actual error was less than measurement capability 

Min phase and timing accuracy 

+/‐ 10ns (MIMO & TX diversity) 

   

Max latency imbalance 

+/‐ 16ns  ‐  Not measured 

Max BER    ‐  Below measurement sensitivity 

Table 3‐2 Legacy 9.83Gbit CPRI traffic over Ethernet, requirement v performance 

A comparison with the target KPIs is provided in Table 3‐1 and Table 3‐2. The results indicate that 

the CPRI over Ethernet can exceed most of the KPI requirements that were identified. The peak 

timing accuracy performance as measured on the aggregated link indicates that performance may 

not be sufficient for the most severe MIMO and TX diversity requirements. 

The benefit of the presented test results is detailed knowledge of the CPRI over Ethernet functioning 

as expected, the upcoming mobile generation of mobile fronthaul is expected be based on Ethernet 

transport  technology.  In  the network upgrading phase,  the  interconnection possibility of  different 

technologies (backward compatibility) is very important to operators. Consequently, demonstration 

of  CPRI  over  Ethernet  can  be  related  to  the  business  and  societal  KPI  B3/S3  related  to  cost  of 

ownership and rollout of 5G with its support of backward compatibility. 

With the knowledge obtained of the CPRI/ETH conversion performance and its technical demands, it 

is possible to consider it in all planned network maintenance upgrades (to be prepared in advance). 

Page 29: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 29 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

In  this  way,  similar  converters  could  be  used  for  2G,  3G  and  4G  remnants  on  the  5G  fronthaul 

segment. 

Real‐timefronthaulplatformusing60GHzwirelessThis Section summarises the test results of the 60GHz fronthaul system and its integration with the 

time sensitive Ethernet aggregated fronthaul link in the ADVA lab that was reported in D5.3 [13] and 

compares them with the iCIRRUS design target KPIs and also validates them in the broader context 

set by  the 5G business,  societal  and performance  set out  in  [1].  The  analysis of  the  results  in  the 

context of the Showcase demo is presented in Section 4.3. 

 

Figure 3‐2: Test setup for Integration of DU, RU, UE and 60GHz 

Figure  3‐2  shows  the  test  set‐up  used  and  Figure  3‐3  summarises  the  results  over  the  link  with 

different  and  varying  frame  sizes.  The  lowest  latency  can  be  observed  for  the  reference 

measurement without the aggregator switch, but with the VIAVI Ethernet protocol analyser (yellow 

curve)  in  all  cases.  The  curves  for  the  test  series with  the  aggregator  switch with  or without  PTP 

traffic are almost indistinguishable (violet and green) and show a slight increase of the latency with 

respect  to  the  reference  measurement.  The  red  curve,  with  a  slightly  worse  latency,  shows  the 

results  of  the  using  a  commercial  switch  instead  of  the  aggregator,  however,  as  the  DU  and  RU 

firmware was different, the difference is likely not significant. The highest latency is observed for the 

setup with the UE device included.  

 

Page 30: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 30 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 3‐3: comparison of all setups for different frame lengths: 86bytes (a), 512bytes (b), 1024bytes (c), 1518bytes (d), random size 86…1518bytes (e) 

 

 

 

Page 31: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 31 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Fronthaul KPI 

Requirement Upper PHY split in DL and UL (no 

CoMP) 

Requirement Upper PHY split in DL lower PHY 

split in UL (CoMP) 

Performance  5G KPI target 

User Data rate  100‐400Gbps  100‐400Gbps 2.2Gbit/s (P1b) 1‐10Gbit/s 

FH data rate         

User Latency       (P4a) 1‐10ms on the air 

interface 

Max latency (round trip 

delay) 440µs  150µs 

250µs @ 1Gbit/s 1200µs @ 2.5Gbit/s 

 

Min frequency accuracy 

+/‐ 2ppb  (per hop) 

+/‐ 2ppb (per hop) 

 

Min phase and timing accuracy 

+/‐ 30ns  +/‐ 30ns  

Max latency imbalance 

+/‐ 163ns  +/‐ 163ns    

Max BER  10‐12       

Table 3‐3 lower layer split at the UPPER PHY, requirement v performance 

The  results  are  compared  with  the  iCIRRUS  KPI  targets  and  the  5G  KPIs  in  Table  3‐3,  and  the 

performance meets the 5G performance KPI for throughput and air‐interface latency depending on 

the scenario.  

Furthermore, the testbed can also be seen as contributing to the business goal B3 considering the 

number of PoC as a proxy for the 5G readiness of the European telecommunications sector, to the 

societal  goal  S3  considering  the  assessment  of  the  maturity  and  performance  of  the  different 

technical components and the potential impact to TCO, and to the goal S4 considering the potential 

to stimulate new high‐value services given the availability of significant allocated bandwidth  in the 

millimetre wave band. 

Software‐based‐DUradio‐over‐EthernetThis Section summarises the test results of the software‐based‐DU radio over Ethernet system that 

was  reported  in  D5.3  [13]  and  compares  them with  the  iCIRRUS  design  target  KPIs  and  validates 

them  in  the broader  context  set by  the 5G business,  societal  and performance  set out  in  [1].  The 

analysis of the results in the context of the Showcase demo is presented in Section 4.4. 

 

Page 32: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 32 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 3‐4 Indicative setup for software‐based‐DU radio over Ethernet 

Figure 3‐4  is  indicative of  the  set‐up used  to generate  the  results  summarised here11. Two sets of 

results were generated, the first comprising non‐LTE results and the second based on an LTE system. 

The non‐LTE results more fully test the capability of the fronthaul as arbitrary data  is sent at user‐

defined  sampling  rates  to  and  from  the  RRH.  All  tests  were  successful  in  utilising  the  available 

fronthaul bandwidth without  the occurrence of buffer underflows or overflows  in  the DU. For  the 

second set of results the SW eNodeB and EPC were both active.  

   

                                                            

11 Several different set-ups were used and this is exemplary as it includes all elements of interest

DU 

Page 33: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 33 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Fronthaul KPI 

Requirement Upper PHY split in DL and UL (no 

CoMP) 

Requirement Upper PHY split in DL lower PHY 

split in UL (CoMP) 

Performance  5G KPI target 

User Data rate  100‐400Gbps  100‐400Gbps 0.05Gbit/s (Non‐LTE) 1

0.02Gbit/s (LTE) 2  (P1b) 1‐10Gbit/s 

FH Data rate  N/A  N/A 0.8Gbit/s (Non‐LTE) 3

0.4Gbit/s (LTE) 4  

User latency  N/A  N/A  N/A  (P4a) 1‐10ms on the air 

interface 

Max latency (round trip 

delay) 440µs  150µs 

40µs (Non‐LTE) 5 266µs (LTE) 5 

N/A 

Min frequency accuracy 

+/‐ 2ppb  (per hop) 

+/‐ 2ppb  (per hop) 

N/A  N/A 

Min phase and timing accuracy 

+/‐ 30ns  +/‐ 30ns N/A  N/A 

Max latency imbalance 

+/‐ 163ns  +/‐ 163ns N/A N/A 

Max BER6  10‐12  10‐12 N/A 1. The effective use rate is achieved by scaling the LTE bandwidth by the relative fronthaul rates in D5.3 Table 2‐4 and Table 2‐5 = 

800/370 * 20Mbit/s for the X310 radio, D5.3 page 34. 2. This is the user rate from Table 2‐5 for the X310 radio 3. This is the fronthaul data rate in D5.3 table 2‐4 for the X310 radio 4. This is the fronthaul data rate in D5.3 table 2‐5 for the X310 radio 5. The fronthaul latency is a function of the sample width and sample rate, these values are based on the value in D5.3 Figure 24 

scaled to the used sample width and sample rate, that is, 173 * 5.76/25 and 173 * 5.76/3.75 6. Performance value based on specification of Ethernet equipment (i.e. not measured) 

Table 3‐4 lower layer split at the MAC/PHY, requirement v performance 

These tests help to demonstrate different  iCIRRUS benefits and  innovations, such as the  intelligent 

processing performed by  the  intelligence unit  to  achieve  a  self‐optimizing network,  and data  rate 

reduction through Functional split(ting) and statistical multiplexing gains, which support the business 

goal  B3  considering  the  number  PoC,  and  S3  considering  quantified  assessment  of  maturity  and 

performance of technological components. 

In  addition,  the  use  of  Ethernet  in  the  fronthaul  is  validated,  which  is  a  potentially  low‐cost 

commodity technology with standardized carrier Class OAM and connection verification facilities. It 

can aid the convergence of fronthaul and legacy backhaul (x‐haul), and the insertion of background 

traffic  was  used  to  aid  the  evaluation  of  these  convergence  scenarios,  which  supports  goal  S3 

considering TCO. 

Page 34: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 34 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Testbedintegrationwithsync‐enabledaggregator/switchBoth local and remote 100G aggregators employed the Guaranteed Service Transport (GST) priority 

class (developed by Transpacket12) to establish the PTP  link. More details on the GST principle and 

implementation can be found in D5.3 [13]. 

In the integration test, the PTP configuration was the same as that applied in D5.3, and the 1G client 

port  at  the  CO was  used  to  forward  and  broadcast  the  PTP  stream  from  the GM  clock  to  all  the 

remote client ports. The PTP analysis at the remote 1G and 10G client ports was performed by the 

VIAVI MTS‐5800  tester. Table 2‐1  summarises  the PTP  link  stats  for both ports. Note  that  the PTP 

stream egressing from the remote 1G client port was eventually fed into the slave clock (OSA‐5410). 

Remote port Master to Slave 

delay (µs) Slave to Master 

delay (µs) Two‐way 

time error (µs) 

1G  187.631  188.081  0.225 

10G  115.350  115.826  0.238 Table 3‐5 PTP link stats at the remote node 

The  sync  PDV  and  delay  request  PDV  at  the  two  remote  client  ports  are  depicted  in  Figure  2‐7, 

respectively. 

1G Port 

 

                                                            

12 http://www.transpacket.com/

Page 35: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 35 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

10G port 

 

Page 36: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 36 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 3‐7 PDV analyses at the remote 1G and 10G ports 

Compared  to  the  results  in D5.3  [13],  apart  from the additional propagation delay  induced by  the 

field fibre ring, no other impact was observed in the field integration. 

Figure 3‐8 depicts the calculated maximum time interval error (MTIE) and time deviation (TDEV) by 

applying a 0.1 Hz first‐order low‐pass filter per ITU‐T G.8271.1 to the measured time error samples. 

It can be seen that with the observation interval of wider than 2000s, the MTIE persists at a constant 

value of around 110 ns corresponding to a frequency accuracy of less than 55ppt, proving that the 

recovered PTP  clock at  the  remote 10G client port was  synchronised with  the grand master  clock 

without  any  frequency  offset.  Given  a  shorter  observation  interval  of  10s,  the  derived  frequency 

accuracy is then less than 3ppb, however, this value is considered as a pessimistic estimation. 

Page 37: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 37 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 3‐8 MTIE/TDEV analysis of PTP time error at remote 10G client port 

Table  3‐6  summarises  the measured  synchronisation  performance  between  two  aggregators with 

respect to the Fronthaul KPI. 

Fronthaul Requirements 

Legacy traffic (CPRI) 

Upper PHY split in DL and UL (no CoMP) 

Upper PHY split in DL lower PHY split in UL (CoMP) 

PDCP‐RLC split 

Measured performanc

e Comments 

Min frequency accuracy 

+/‐ 2ppb  (per hop) 

+/‐ 2ppb  (per hop) 

+/‐ 2ppb  (per hop) 

+/‐ 2ppb  (per hop) 

< 3ppb (2 nodes) 

 

Min phase and timing accuracy 

+/‐ 10ns (MIMO & TX diversity) 

+/‐ 30ns  +/‐ 30ns 

Not yet defined (expected approx. 

+/‐ 1.36s (LTE TDD) 

Average 100ns 

Better accuracies require additional means such as active delay measurement and compensation. Note that the GPS reference clock for the probe tester has a maximum time error of +/‐ 50ns. 

Max latency imbalance 

+/‐ 16ns  +/‐ 163ns  +/‐ 163ns Not yet defined 

Average 200ns 

Table 3‐6 Fronthaul synchronisation requirement v performance 

Therefore,  the  GST‐enabled  100G  aggregators  can  broadcast  the  PTP  stream  without  inducing 

additional  PDV,  which  allows  the  recovered  PTP  clock  at  the  remote  node  to  be  precisely 

synchronised with the grand master clock (eg the remote Ethernet‐to‐CPRI clock is recovered from 

the PTP clock). 

Page 38: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 38 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

VideostreaminginC‐RANwithmobilecloudIn the video streaming application use‐case, a user of a mobile phone can connect to a mobile clone 

that acts as a proxy for access to the video stream in the Internet, with the mobile clone providing a 

video transcoding service. The components used in this use‐case are listed in Table 3‐5. 

Component  Description  Implementation 

Video server  Stream video using RTMP protocol to a local port.  

ffmpeg / Avconv 

Video proxy  Pull a live video stream from remote host, transcode the video stream, then publish the video stream to a local port. 

Nginx Nginx RTMP module ffmpeg  

Video client  Consume the video stream.  VLC player 

KPI collector  Collect the measurements of this use case, such as CPU, network interface traffic. 

Snap13 framework Snap plugin collector‐psutil Snap plugin publisher‐influxdb 

KPI storage  Store the measurements of this use case.  InfluxDB 

KPI monitoring  Publish the measurements of this use case for monitoring. 

Grafana 

Table 3‐5 Component of the video streaming use‐case 

The sequence of steps performed in this use‐case is as follows: 

1. The video server (eg ffmpeg) produced an RTMP video stream, which was live streamed and 

accessible through a local port, as illustrated in Table 3‐5 

2. The mobile phone of a user requested the video stream by sending a request to the mobile 

clone 

3. The  mobile  clone  requested  the  video  stream  from  the  video  server  and  transcodes  the 

video stream 

4. The mobile phone received the transcoded video stream from the mobile clone 

 

Figure 3‐5 Command line interface (CLI) of the video server generating RTMP video stream 

                                                            

13 Please see http://snap-telemetry.io/ for more information.

Page 39: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 39 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

In  the  assessment  of  the mobile  cloud  use‐cases,  several measurements  defined  and  used  in  the 

mobile  clone  framework  to  illustrate  the  benefits  obtained,  these  are  listed  in  Figure  3‐7.  In  the 

video streaming application, the video stream, through the mobile clone, will be transcoded to adapt 

to the network status or user devices. The video transcoding will consume a certain amount of CPU 

capacity. The  in‐going and out‐going video stream of the mobile clone will assume different traffic 

volumes as  the quality of video differs. Thus,  the CPU capacity of  the mobile clone and  the  traffic 

through  it  are monitored.  The monitoring  of  the  CPU  capacity  and  traffic  can  provide  the mobile 

clone service framework information about the available computation and communication resources 

of the mobile clone. The monitoring data can also be used to illustrate the benefits obtained in the 

use‐case, for example, if the traffic sent to the user is less than that received by the transcoder, the 

video transcoding over the clone saves the bandwidth between clone and user’s mobile device. 

Measurements for mobile clone (related to P2 (P2a, P2c), S2) 

Definition 

CPU Capacity  CPU usage of mobile clone in percentile. 

Transcoder Input Rate  Traffic received from the network in Bytes per second. 

Transcoder Output Rate  Traffic transmitted to the user in Bytes per second. 

Table 3‐6 Measurements for mobile clone

The  real‐time  telemetry  framework  Snap  used  to  collect  the  measurements  of  this  use‐case, 

performed the  function of VIM  in a generic virtualised architecture. Figure 3‐6 shows the surge of 

CPU usage of the mobile clone when a user requests a video stream through the video clone which 

can provide video transcoding. As was expected, if the transcoding compresses the video stream, the 

outgoing network traffic of the clone is less than the incoming traffic, which is shown in Figure 3‐7. 

Also,  the  video  proxy  permits  the  live  stream  (it  also  could  be  the  transcoded  live  stream)  to  be 

shared for multiple mobile phones in the same domain,  ie, the mobile phones whose clones are in 

the  same mobile  cloud network. The advantage of  this  is  to eliminate  the duplicated video  traffic 

from  the  video  server  to  the  mobile  clone  network.  This  sharing  functionality  has  been  partly 

implemented to show the benefits of a clone as a video proxy; the missing implementation being a 

load balancer  to  automatically  forward  the  video  request  from  its  own  clone  to  the neighbouring 

clone. 

Page 40: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 40 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 3‐6 Monitoring interface of the CPU usage of mobile clone (video proxy) 

 

Figure 3‐7 Monitoring interface of the network interface traffic of mobile clone (video proxy) 

Considering the “video streaming in C‐RAN with mobile cloud” application, the results in Table 3‐7 

show that the KPI framework is collecting representative KPI values and that the benefits of mobile 

clone transcoding are recorded as expected. 

KPI for mobile clone  Definition  Measured performance  Comment 

CPU Capacity CPU usage of mobile clone in 

percentile. Clone CPU usage rises to 25% when transcoding is initiated 

The KPI collection framework is providing KPI data as expected 

Traffic Received Rate Traffic received of the network interface in Bytes per second. 

Received traffic is recorded at ~ 500KB/s 

50% reduction in traffic through the mobile clone with video transcoding 

Traffic Transmitted Rate 

Traffic transmitted of the network interface in Bytes per second. 

Transmitted traffic is recorded at ~ 250KB/s 

Table 3‐7 KPIs for mobile clone 

Considering  the  5G  business  societal  and  KPIs,  the  results  contribute  to  the  business  goal  B3 

considering  the  number  PoC  that  demonstrate  5G  related  technologies,  and  S3  considering 

quantified  assessment  of maturity  and  performance  of  technological  components with  respect  to 

cloud technology and complexity and to S4 with respect to stimulation of new economically feasible 

applications related to cloud assistance of applications running in user equipment. 

Page 41: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 41 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

MobiletaskoffloadinginC‐RANwithmobilecloudIn  the  mobile  task  offloading  use‐case,  the  mobile  cloud  provides  the  mobile  devices  with  the 

capability to offload demanding computational tasks to its corresponding mobile clone in the mobile 

cloud. By offloading the computationally‐intensive tasks of  the mobile device to  the mobile clone, 

the energy consumption of the mobile device can be reduced, as well as offering the possibility of 

offloading  those  tasks  that  exceed  the  capabilities of mobile device.  The  components used  in  this 

use‐case  are  listed  in  Table  3‐8.  The  KPI  collector  differs  to  the  framework  used  in  the  video 

streaming use‐case, because the mobile clone in this use‐case is running x86 Android OS, which does 

not work for the real‐time telemetry framework such as Snap. The VMware vSphere RESTful API was 

used  to  collect  the  KPIs  of  the mobile  clone  via  the  helper  tool  vSphere‐influxdb‐go,  which  runs 

periodically using the Linux cron service. The helper tool saved the collected KPIs to the InfluxDB. 

Component  Description  Implementation 

Offloading framework – clone service 

Serve the task offloading request from mobile phone; execute the offloaded task; send the result of task to mobile phone. 

Android native Java code implemented in iCIRRUS 

project. 

Offloading framework – mobile phone 

Offload a task to mobile clone; receive the result of task from mobile clone. 

Android native Java code implemented in iCIRRUS 

project. 

KPI collector Collect the KPI of this use case, such as CPU, 

network interface traffic. vSphere‐influxdb‐go14 

Linux cron 

KPI storage  Store the KPI of this use case.  InfluxDB 

KPI monitoring Publish the KPI of this use case for 

monitoring. Grafana 

Table 3‐8 Component of the mobile task offloading use‐case 

The sequence of steps performed in this use‐case is as follows: 

1. The mobile task is sent to the mobile clone on the fly 

2. The offloaded task is executed on the mobile clone 

3. The result of the offloaded task is sent back to the mobile phone 

4. CPU  utilization  changes  on  the  clone  are  expected,  while  offloading  requests  are  being 

executed 

5. Uplink and downlink network usage changes are observed, as the tasks are offloading and 

when the results are sent back to the mobile phone, respectively 

In the mobile task offloading application, the reduced energy consumption of a mobile phone is the 

major motivation for the use‐case. Thus, the battery information of the mobile phone is collected as 

the  KPIs  of  this  use‐case,  which  are  illustrated  in  Table  3‐9.  The  instantaneous  battery  current 

                                                            

14 See https://github.com/Oxalide/vsphere-influxdb-go for more information.

Page 42: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 42 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

illustrates  the battery  drain  if  the  battery  is  not  charging. When  a  task  is  executed  locally  on  the 

mobile phone, the battery shows significant battery drain. However,  if  the task  is offloaded to the 

mobile  clone,  the  battery  should  show  much  reduced  drainage.  The  battery  voltage  is  also 

monitored  so  that  the  instantaneous  power  consumption  can  be  calculated  using  the  current 

multiplied  by  the  voltage.  The  battery  capacity  is  therefore  another  important  KPI  in  the  task 

offloading framework, in which the offloading decision could be made based on the current battery 

capacity, which is therefore monitored as well. 

Measurements for mobile phone 

Definition 

Battery Current  Instantaneous battery current in microamperes, as an integer. Positive values indicate net current entering the battery from a charge source; negative values indicate net current discharging from the battery 

Battery Voltage  The present battery voltage level, in volts

Battery Capacity  Remaining battery capacity as an integer percentage of total capacity 

Table 3‐9 KPIs for mobile phone 

In a real‐world environment, the mobile phone state, battery capacity, voltage etc., may be required 

by the network infrastructure controller/orchestrator to be used for resource allocation algorithms. 

The mobile phone’s battery current,  voltage and capacity are all useful  in  the  task offloading use‐

case, so these metrics were collected via the offloading framework  installed on the mobile phone. 

These  collected  metrics  were  saved  into  InfluxdB  and  monitored  via  Grafana,  and  are  shown  in 

Figure 3‐8 and Figure 3‐9. The energy consumption of the mobile phone was obtained based on the 

product  of  the  battery  current  and  voltage.  The  capacity was  only monitored  here  (ie,  not  acted 

upon);  but  it  could  have  been  potentially  integrated  into  the offloading  framework of  a  decision‐

making  algorithm.  The  computation  and  network  usage  of  a  mobile  clone  were  monitored  for 

evaluation,  and  were  illustrated  in  Figure  3‐10  and  Figure  3‐11  respectively.  When  a  task  was 

offloaded to the clone, the battery‐drain of the mobile phone became very minor. On the clone side, 

the CPU usages  shows significant  increase. There was also  some network  traffic on  the clone side 

when  the  offloading  request  and  result  were  transferred.  This  use‐case  proved  that  the  energy 

consumption of a mobile phone could therefore be dramatically  reduced by offloading the mobile 

task to a clone in the mobile cloud.  

Page 43: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 43 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 3‐8 Monitoring interface of the mobile phone battery current 

 

Figure 3‐9 Monitoring interface of the mobile phone's battery voltage and capacity 

 

Figure 3‐10 Monitoring interface of the mobile clone's CPU usage 

Page 44: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 44 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 3‐11 Monitoring interface of the mobile clone's network traffic 

Considering the “mobile task offloading in C‐RAN with mobile cloud” application, the results in Table 

3‐7 show that the KPI framework is collecting representative KPI values and that the benefits of 

mobile clone transcoding are recorded as expected. 

KPI for mobile phone  Definition  Measured performance  Comment 

Battery Current  Instantaneous battery current in microamperes, as an integer. 

Positive values indicate net current entering the battery from a charge source, negative values indicate net current discharging from the 

battery 

Phone current shows activity with a narrow spike but overall 

a small impact 

The KPI collection framework is providing 

KPI as expected 

Battery Voltage  The current battery voltage level in volt 

The battery voltage is displayed 

The KPI collection framework is providing KPIs as expected – this value could be used to help support offload 

decisions 

Battery Capacity  Remaining battery capacity as an integer percentage of total 

capacity 

The battery voltage is displayed 

CPU Capacity  CPU usage of mobile clone in percentile 

Clone CPU usage rises to 15% when application offload is 

initiated 

The KPI collection framework is providing KPI data as expected 

Table 3‐10 KPIs for mobile task off‐loading 

Considering  the  5G  business  societal  and  KPIs,  the  results  contribute  to  the  business  goal  B3 

considering  the  number  PoC  that  demonstrate  5G  related  technologies,  and  S3  considering 

quantified  assessment  of maturity  and  performance  of  technological  components with  respect  to 

cloud technology and complexity and to S4 with respect to stimulation of new economically feasible 

applications related to cloud assistance of applications running in user equipment. 

NetworkcontrolledD2Duse‐caseThis Section represents developments to the analysis and simulation results of network controlled 

D2D use‐case that were reported in D4.4 [16]. 

Page 45: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 45 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

In the network controlled D2D use‐case, the D2D pairs are divided into groups based on their 

geographical locations. Each D2D group is covered by one RRS, and the area covering one D2D group 

is called a sub‐cell. Orthogonal resource allocation for one D2D group is performed locally at its RRS. 

By allowing frequency reuse among different D2D groups or sub‐cells, the spectral efficiency of D2D 

communications could be improved by several folds, which contributes the societal goal S2 to 

reduce energy consumption. The integration of D2D technology also offers potential for facilitating 

development of new applications which support the S4 KPI on service “stimulation.” 

Figure 3‐12 demonstrates the spectral efficiency achieved by all D2D pairs when frequency reuse is 

allowed among multiple sub‐cells, each of which is covered by one RRS. In this figure, K is the 

number of D2D pairs in the system. L represents the number of sub‐cells or D2D groups. Note that 

when L is equal to one, there is no frequency reuse among D2D pairs. It can be seen that the highest 

spectral efficiency can be 8 times that obtained in the scenario without frequency reuse. 

 

Figure 3‐12 Spectral efficiency achieved by network controlled D2D communication with frequency reuse among L sub‐cells 

In iCIRRUS, D2D communication is taken as a key component for reducing the latency of data 

transmission. Through simulations, the latency of packet transmission via D2D communications has 

been compared with the latency experienced by the packet transmission in traditional cellular 

network, in which the traffic will have to go through the BS.  

Figure 3‐13  compares the data transmission latency of the D2D communication and that of 

traditional LTE communication. In the simulations, both light and heavy traffic load are considered. 

Since D2D communication uses a direct link between the source and destination devices, the 

Page 46: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 46 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

transmission latency under D2D communication is about the half of the latency in the LTE system. 

The latency gain is even better when the traffic load is high. 

    

Figure 3‐13 Latency Comparison between D2D communications and LTE systems 

The key KPI components involved in this use‐case are data rate and latency, which are listed in Table 

3‐11.  

Network Controlled D2D 

KPI Definition 

Performance 5G KPI target 

D2D data rate 

The data rate achieved by 

individual D2D pair 

Compared with no frequency reuse case, 

individual user’s data rate improved significant 

when the number of sub‐cells is larger than one. 

(P1b) 1‐10Gbit/s 

System data rate 

The total data rate achieved by all D2D pairs in the coverage of multiple RRHs 

controlled by one BBU 

Compared with no frequency reuse case, the whole system’s data rate improved significant 

when the number of sub‐cells is larger than one 

 

User Latency 

The duration for a packet to be 

transmitted from the source 

(device) to the destination (device).  

(P4a) UP latency 1‐10ms 

Table 3‐11 D2D Communications performance 

Page 47: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 47 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Ethernettransportlabtestsofnewhigher‐layerfunctionalsplitfronthaul

This Section summarises the test results of the PDCP/RLC higher layer split (HLS) demonstration that 

was  conducted  at  Orange’s  facility  in  Lannion  and  was  reported  in  D5.3  [13],  and  compares  the 

results with the iCIRRUS design target KPIs and validates them in the broader context set by the 5G 

business, societal and performance KPIs set out  in [1]. The analysis of the results  in the context of 

the overall project is presented in Section 5. 

Figure 3‐14 Experimental setup (top) PtP, (bottom) PON shows the experimental set‐up with Point‐

to‐Point (PtP) Ethernet (top) and G‐PON (bottom). 

 

Figure 3‐14 Experimental setup (top) PtP, (bottom) PON 

At  the  transmitter  side,  generic  servers  running  on  OpenStack  host  a  virtual  EMS  (Element 

Management System), a virtual EPC (Evolved Packet Core) where the Mobile Edge Computing (MEC) 

was  operating,  and  a  virtual  BBU  (vBBU).  A  10G  Top  of  Rack  (ToR)  Ethernet  switch was  used  to 

connect  these  nodes.  At  the  receiver  side,  an  intelligent  RRH  (iRRH)  was  connected  to  a  User 

Equipment (UE) (here, a computer) via a mobile dongle. We used a mobile signal based on LTE (Long 

Term  Evolution)  with  15MHz  bandwidth  and  2x2  MIMO  (Multiple  Input  Multiple  Output).  The 

synchronization in this network is provided by Global Positioning System (GPS) devices connected to 

each iRRH.  

   

Page 48: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 48 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Fronthaul KPI  PDCP‐RLC split  Performance  5G KPI target 

User Data rate  100‐400Gbps  0.1Gbit/s (LTE)   (P1b) 1‐10Gbit/s 

FH Data rate    0.12Gbit/s (LTE) 1

User latency      (P4a) 1‐10ms on the air 

interface 

Max latency (round trip 

delay) 60ms  5‐10ms PtP 2   

Min frequency accuracy 

NA  NA   

Min phase and timing accuracy 

NA +/‐ 900ns downstream +/‐ 48µs upstream 

 

Max latency imbalance 

NA +/‐ 40ns downstream+/‐ 140ns upstream 

 

Max BER 10‐3 non‐priority 

data3 10‐5 priority data 

NA   

1. Fronthaul rate is 20% greater than backhaul rate. 2. Dynamic resource allocation in PON adds an extra 1ms to fronthaul latency, avoided with fixed allocation  3. The performance of the HLS experiment was measured at the application layer hence it is appropriate to compare 

performance with that required for Ethernet backhaul  

Table 3‐12 HLS split at the PDCP‐RLC layer, requirement v performance 

The PDCP‐RLC higher layer split generated a fronthaul rate only 20% greater than the user data rate. 

This  creates  an  opportunity  that  existing  optical  transport  deployments  using  either  PtP  or  PON 

architecture  may  be  reused  for  initial  5G  roll‐out.  Also,  throughput  measurements  show  that 

backhaul  and  FTTH  infrastructures  can  be  potentially  used  for  the  transport  of  this  Ethernet 

fronthaul, albeit with the need to perform adjustments jointly in the RAN and transport equipment 

(eg queuing policies). 

Considering  the  5G  performance  KPIs  P1b  and  P4a,  the  results  for  PDCP‐RLC  HLS  indicate  that 

existing  fibre  infrastructure  with  a  1G  or  10G  capability  meets,  or  is  close  to  meeting,  the 

requirements for per user throughput and latency except for the URLLC use‐case. 

Also,  considering  the 5G business  societal and KPIs,  the  results  contribute  to  the business goal B3 

considering  the  number  of  PoC  that  demonstrate  5G  related  technologies,  and  S3  considering 

quantified  assessment  of  maturity  and  performance  of  technological  components,  and  especially 

considering estimation of the TCO and roll‐out that would be greatly assisted by the potential to re‐

use existing  fibre  infrastructure. Additionally, as the RAN  is software based with a vEPC, vBBU and 

MEC  platform,  hosted  on  servers  based  on  OpenStack  the  demonstration  contributes  to  the  5G 

performance  goal  P2a  considering  automation  of  service  creation  and  P2c  considering  use  of 

opensource SDK. 

Page 49: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 49 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

4 DescriptionandevaluationofthefinalShowcasedemonstrator

DescriptionoftheShowcasedemonstratorThe  overall  setup  of  the  demo  testbed  is  depicted  in  Figure  4‐1,  where  five  different  front  and 

backhaul  services were  successfully aggregated and converged onto a  single metro  fibre  link. Two 

identical 100G aggregators were deployed at the CO and remote node. The metro  link used  in the 

showcase demonstration  test  is  shown  in  Figure 4‐2.  It  consists of  an  average  length optical  span 

(3km) which is used for backhauling mobile connections and for C‐RAN fronthaul, and can cover the 

range  of  a  city  C‐RAN  cluster  [D2.3]  [6].  In  the  actual  test  scenario,  the  link  was  looped  at  the 

terminal  BS  location,  resulting  in  a  doubled  effective  optical  path  of  6km.  In  this  case,  a  typical 

network  link  length  was  emulated,  which  introduced  an  additional  30μs  of  transport  delay  and 

represents a realistic scenario for the equipment under test. 

 

Figure 4‐1 iCIRRUS testbed setup at Telekom Slovenije  

At the CO, the legacy CPRI (Option 3) traffic was generated by the VIAVI MTS‐5800 tester, and the 

CPRI streams were then de‐mapped and packetized  in  the normal Ethernet  frames. The size of an 

Ethernet packet can be configured by software, while each data section of a MAC packet consists of 

an  internal  header  information  field  and 2n CPRI  basic‐frames.  Typical  configurations used  for  the 

tests  were  payloads  of  4,  8  and  16  basic‐frames  per MAC‐packet  for  2.45Gbit  CPRI  and  4  basic‐

frames per MAC‐packet for 9.83Gbit CPRI. With these configurations, the effective packet‐sizes can 

be held within the standard MTU size of 1492 bytes. The effective packet‐sizes can be found in Table 

4‐1. 

   

Page 50: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 50 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

  CPRI 2.45Gbit  CPRI 9.83Gbit 

Number of basic‐frames 

Size (byte)  Ratio Header/Packet 

Size (byte)  Ratio Header/Packet 

1  80  20.00%  256  6.25% 

2  144  11.11%  496  3.23% 

4  272  5.88%  976  1.64% 

8  528  3.03%  1936  0.83% 

16  1040  1.54%  3856  0.41% 

32  2064  0.78%  7696  0.21% 

64  4112  0.39%  15376  0.10% 

128  8208  0.19%  30736  0.05% 

256  16400  0.10%  61456  0.03% Table 4‐1CPRI over Ethernet ‐ MAC payload‐sizes 

On the second client port, an Ethernet stream with 9Gbit/s traffic load and a fixed frame size of 1518 

Bytes was generated by the VIAVI ONT‐606 tester. The 60GHz UPPER PHY LLS was connected to the 

third 10G client port. Incoming Ethernet frames were processed by the DU, and the fronthaul data 

was passed to the aggregator. Due to physical layer limitations, the data rate for the 60‐GHz link was 

limited  to  a  gross  rate  of  2.5Gb/s.  A  flow  control  protocol  between  DU  and  RU  triggered  a 

backpressure mechanism back to the data source, to avoid overflow of the fronthaul system.  

On the fourth 10G client port, a software‐based base station (BS) running the SRS‐LTE software15 was 

connected. Specifically, one port of the BS was connected to the aggregator access port through a 

10GbE switch while a second port was connected to the backhaul  (Evolved Packet Core, EPC). The 

proof‐of‐concept application for cloud computing were also hosted over this link.  

The last client port was connected to the TS core network via 10G Ethernet router, to provision the 

4G‐LTE  femto‐cell  access at  the  remote node. To enable  the  synchronization between  the CO and 

RN,  an  ADVA  OSA‐5410  was  configured  as  a  grand  master  clock  in  accordance  with  the  ITU‐T 

G8275.1 PTP profile,  receiving the reference  from GNSS satellites and establishing the PTP  link via 

the 1G client port on the aggregator. The 10MHz clock output was used to trigger the CPRI  traffic 

generation. The PTP packets were  then multiplexed with higher priority over other SM traffic  and 

broadcast to all the client ports of the remote aggregator, more details can be found in D5.3 [13]. 

                                                            

15 SRS-ENB, Software Radio Systems, http://www.softwareradiosystems.com/

Page 51: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 51 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 4‐2 Metro fibre link (in red) used in the iCIRRUS integration demo 

After aggregation at the 100G interface and transmission over 6km of TS metro fibre, different traffic 

streams were  disaggregated  on  the  client  side  accordingly.  On  the  1G  client  port,  another  ADVA 

OSA‐5410  terminated  the  PTP  packets  as  a  slave  clock,  of  which  both  time  and  phase  could  be 

synchronized to the grand master clock. The internal 10MHz clock was also locked to the recovered 

PTP clock. The CPRIoEth transponder board was externally triggered by this 10MHz clock, to recover 

the accurate CPRI data clock and depacketize the original CPRI stream. The recovered CPRI data was 

then analysed by the VIAVI MTS‐5800. Similarly, the 9Gbit/s Ethernet traffic was looped back on the 

client  port  to  the CO  for  analysis.  The  60‐GHz  RU was  connected  to  the  third  client  port.  The  RU 

processes  the  fronthaul  data  and  generates  the  physical  layer  information.  A  60GHz  link  was 

connected  to  the  RU  downstream  port  in  a  loopback  configuration.  A  commercial  remote  radio 

head, used to transmit the LTE signal (generated by the software BS) over‐the‐air, was connected in 

the  fourth  client port, with  the  LTE  signal being  received by a  commercial UE phone  (used during 

cloud computing experiments).  

The following Sections outline the adaptation to the individual testbeds undertaken to enable their 

incorporation  into  the Showcase demonstrator. Then present  the  results obtained  for each of  the 

components, under simultaneous operation. Finally, an evaluation of the Show case demonstrator is 

provided  that  highlights  the  results  obtained  in  the wider  context  of  5GPP  business,  societal  and 

performance KPIs.  

Page 52: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 52 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

CPRIoverEthernettestandverificationintheShowcaseThe individual testbed was described in Section 3.1 together with the test and verification of its 

associated KPIs.  

This Section presents the necessary adaptations the testbed to enable integration and results of the 

test and verification of CPRI over Ethernet in the Showcase demonstrator. 

For  the  100G  aggregator  scenario  (Table  4‐7),  the  frequency  synchronisation  mechanism  slightly 

different  to  that  in  Section  3.1  is  required.  Because  the  100G  aggregator  did  not  support 

synchronous  Ethernet operation,  the  frequency  adjustment had  to  be  realized using ADVA’s OSA‐

5410 device, as already described in Section 3.1. From the FPU and clock distribution’s point of view, 

only  the  RRH  side  software  configuration  had  to  be  changed.  The  on‐board  DSPLL  was  re‐

programmed to generate its internal CPRI and Ethernet Core clocks from the provided OSA reference 

clock. It turned out that both CPRI clocks at the BBU and RRH sides could be effectively synchronized 

via the highly prioritized PTP link. A frequency offset between the BBU side and RRH side could not 

be determined; the requirements of Table 2‐2 demanding a minimum frequency accuracy of ±2ppb 

were therefore met. 

iCirrus FPGA Board ‚BBU Side‘

VIAVI MTS 5800CPRI Tester

CPRI Master

Port

CPRI / Ethernet BridgeClock Unit(DSPLL)

RecoveredCLK CPRI

REF CLK

Eth REF CLK

CPRI Core

10G Eth Core

CPRI SlavePort

BERMeasurement

iCirrus FPGA Board ‚RRH Side‘

CPRI / Ethernet Bridge

Clock Unit(DSPLL)

ReferenceCLK

CPRIREF CLK

Eth REF CLK

CPRI Core

10G Eth Core

CPRI CPRI

10G Eth

OSA OSAGPS Reference

Aggregator10GEth

1G Eth

100GEth

1G Eth. PtP Sync Packets

10 MHz Reference CLK

Aggregator10GEth

1G Eth

100GEth100G Eth

1G Eth. PtP Sync Packets

10G Eth

 

Figure 4‐3 CPRI/Ethernet bridge connected to aggregator without SyncE 

As CPRI is a continuous data stream, every unexpected delay of incoming data would result in a total 

failure  of  the  CPRI  link.  Because  of  the  number  of  sources  connected  to  the  aggregator  and  the 

transmission of prioritized services, the Ethernet packets of the CPRI link will sometimes be affected 

with temporary increased latency (packet delay variation). To improve the stability of the CPRI  link 

within the 100G network, additional buffer FIFOs were added to both CPRI RX data paths at the BBU 

and RRH sides. At start‐up, the “playout” of CPRI data on the RX side will not start until a software 

Page 53: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 53 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

pre‐programmed buffer  level  is  reached. These buffers  introduce an additional  static  latency  from 

the CPRI Master  to  the CPRI Slave side, but prevent  the RX side  from running out of data when a 

subsequent  packet  arrives with  an  unexpected  delay  offset.  The  additional  static  delay  correlates 

with the buffer level and the size of Ethernet MAC packets containing the CPRI data. Figure 4‐4 and 

Figure 4‐5  show  the measured one‐way  latency  (VIAVI CPRI master port  to VIAVI CPRI  slave port) 

with FIFI buffer levels “2.45Gbit CPRI” and “9.83Gbit CPRI” respectively. The internal latency within 

the VIAVI MTS5800 and the latency of the 100G aggregator have been eliminated.  

 

Figure 4‐4 Latency vs. FIFO buffer level (2.45Gbit CPRI) 

 

Figure 4‐5 Latency vs. FIFO buffer level (9.83Gbit CPRI) 

The latency displayed at FIFO Fill Level “0” represents the system’s internal signal path delay through 

all the  involved CPRI and Ethernet cores and all the additional FPGA firmware‐modules (basic one‐

way‐latency).  The  2.45Gbit mode  is  affected with  a much higher basic one‐way‐latency  (~17.5 µs) 

Page 54: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 54 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

than the 9.83Gbit mode, which is the result of higher CPRI core latencies and a higher internal data 

acquisition time. The 2.45Gbit CPRI can therefore be taken as the worst‐case mode. 

The tests showed that a small RX buffer‐level adding < 10µs of  latency was enough to prevent the 

Ethernet‐to‐CPRI module from running out of data. For the 2.45Gbit mode, the resulting delay has to 

be increased by ~10µs to an overall one‐way‐latency of ~ 27.5µs. Because of the symmetric design of 

the  CPRI‐over‐Ethernet  firmware,  the  round‐trip‐delay  can  be  calculated  as 

~ 27.5µs*2 = ~55µs, which covers the requirements of Table 2‐2. 

A comparison with the target KPIs is provided in Table 4‐2 and Table 4‐3 the Tables also include the 

standalone performance reported in Section 3.1. 

Fronthaul KPI  Requirement Measured 

performance Comment 

Data rate  100‐400Gbps  ‐   

Max latency (round trip 

delay) 

150µs (CoMP) 440µs (no CoMP) 

35µs direct link 55µs aggregated 

link 

 

Exceeds most demanding requirement 

Min frequency accuracy 

+/‐ 2ppb (per hop) 

Better than (± 4.92Hz 

@2.45Gbit) 

Actual error was less than measurement capability in with direct connection and via 

aggregated link 

Min phase and timing accuracy 

+/‐ 10ns (MIMO & TX diversity) 

Aggregated link 30ns average, 1460ns max 

Measured on aggregated link 

Max latency imbalance 

+/‐ 16ns    Not measured 

Max BER    Below measurement sensitivity 

Table 4‐2 Legacy 2.45Gbit CPRI traffic over Ethernet, requirement v performance 

Fronthaul KPI  Requirement Measured 

performance Comment 

Data rate  100‐400Gbps ‐

Max latency (round trip 

delay) 

150µs (CoMP) 440µs (no CoMP) 

10µs direct link30µs aggregated 

link  

Buffer depth set by more latency consuming 2.45Gbit 

Min frequency accuracy 

+/‐ 2ppb (per hop) 

Better than (± 19.66Hz 

@9.83Gbit) 

Actual error was less than measurement capability in with direct connection and via 

aggregated link 

Min phase and timing accuracy 

+/‐ 10ns (MIMO & TX diversity) 

Aggregated link 30ns average, 1460ns max 

Measured on aggregated link 

Max latency imbalance 

+/‐ 16ns  ‐  Not measured 

Max BER    ‐  Below measurement sensitivity 

Table 4‐3 Legacy 9.83Gbit CPRI traffic over Ethernet, requirement v performance 

The results indicate that CPRI over Ethernet can exceed most of the KPI requirements that were 

identified. However, the peak timing accuracy performance as measured on the aggregated link 

Page 55: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 55 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

indicates that performance may not be sufficient for the most severe MIMO and TX diversity 

requirements. 

Extending what was stated in Section 3.1, demonstration of CPRI over Ethernet over an aggregated 

fronthaul  can be  related  to  the business  and  societal  KPI B3/S3  related  to  cost  of  ownership  and 

rollout of 5G with its support of backward compatibility. 

Real‐timefronthaulplatformusing60GHzwirelesswithUPPER‐PHYLLSverificationintheShowcase

This  Section  describes  the  test  results  of  the  60‐GHz  fronthaul  system,  which  have  been  gained 

during the integrated trial in Ljubljana at the TS labs. A description and the measurement results of 

the standalone 60‐GHz fronthaul platform can be found in D5.3 [13]. Due to export regulations by US 

authorities,  it  was  not  possible  to  ship  the  UE  device  to  the  final  test.  Therefore,  a  loopback 

configuration at the RU has been used. A block diagram of the tested 60‐GHz fronthaul system can 

be found in Figure 4‐6. 

 

Figure 4‐6: 60‐GHz fronthaul system with radio loopback (Ethernet analyser shown as data source and sink) 

Referencemeasurement(fronthaullinkonly)In a first series of measurements, the fronthaul link was characterized.  

Two  general  trends  can  be  observed  for  the  throughput  measurement.  First,  the  L1  throughput 

decreases  with  increasing  frame  size.  This  can  be  explained  with  the  control  mechanism  that 

guarantee that at the 60GHz physical layer only transmits 2.5Gb/s. Incoming Ethernet frames will be 

stripped of Preamble and FCS and forwarded via the fronthaul link to the 60GHz PHY. Since the PHY 

rate at the 60GHz is always 2.5Gb/s, for short Ethernet frames more preambles and FCS information 

will be put into the system and therefore a higher L1 rate is required. 

Page 56: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 56 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 4‐7: Throughput for 60GHz fronthaul link for different frame sizes at different layer 1…4 (L1…L2) 

Second, for Layer 2 and above the opposite effect can be observed. Shorter Ethernet frames (or IP or 

TCP packets) have more overhead which reduces the net data rate.  

The analysis of the system latency has confirmed the previous results of latency values in the order 

of 700µs. The jitter was measured with values between five and eight µs. Both results are shown in 

Figure 4‐8 and Figure 4‐9. 

 

Figure 4‐8: Latency vs. frame size for 60GHz fronthaul link 

 

Figure 4‐9: Jitter vs. frame size for 60GHz fronthaul link 

Inclusionofaggregatorswitchesinto60GHzfronthaullinkIn a next step,  the two aggregator switches have been  inserted  into the  link  (Figure 4‐10) and the 

measurements  have  been  repeated.  The  aggregator  nodes  have  also  carried  other  traffic,  eg  PTP 

traffic. 

Page 57: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 57 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 4‐10: 60GHz fronthaul system with radio loopback and two aggregator nodes 

The throughput,  latency and  jitter measurements as shown  in Figure 4‐11, Figure 4‐12, and Figure 

4‐13 do not show any significant difference compared to the reference results discussed in Section 

4.3.1.  It must  be  noted  that  the  latency  is  not  increased,  although  two  additional  elements  have 

been  integrated  into  the  system.  The  latency  is  determined  by  the  flow  control  algorithm, which 

requires an input queue of a sufficient depth to avoid jitter in the output data.  

 

Figure 4‐11: Throughput for 60GHz fronthaul link with aggregator switches for different frame sizes at different layer 1…4 (L1…L2) 

 

Figure 4‐12: Latency for 60GHz fronthaul link with aggregator switches for different frame sizes 

 

Figure 4‐13: Jitter (ave) for 60GHz fronthaul link with aggregator switches for different frame sizes 

Page 58: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 58 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

The measured  latency  figures of ~700µs are above  the KPI  requirement as discussed  in Table 2‐2. 

This  can be explained by  the  requirement of  the  flow control  algorithm, which adjusts  the  source 

data  rate  to  avoid  an overflow of  the  60GHz physical  layer, which  is  limited  to  2.5Gb/s  currently. 

Currently, the data source can send out bursts of data frames with a rate of 10Gb/s. The last frames 

of such a burst must be delayed most, which causes this relatively high latency. The latency can be 

reduced if the data source would send out data with a more even distribution.  

Inclusionof3kminstalledfibreintofronthaullinkThe inclusion of a 3km fibre link into the testbed triggered an error in the fronthaul system, which 

could not be fixed so far. To investigate this issue, the previous setup as shown in Figure 4‐10 was 

modified insofar that the aggregation nodes have been removed, but the short link between DU and 

RU was increased to a length of 3km now. Consequently, the measurement setup is very like the one 

shown in Figure 4‐6 (except for the 3km link between DU and RU).  

In  this  configuration,  the  following  results  for  throughput,  latency  and  jitter  have been measured 

(Figure 4‐14, Figure 4‐15, Figure 4‐16).  

 

Figure 4‐14: Throughput for 60GHz fronthaul link with 3km fibre for different frame sizes at different layer 1…4 (L1…L2) 

 

Figure 4‐15: Latency for 60GHz fronthaul link with 3km reach for different frame sizes 

Page 59: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 59 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

 

Figure 4‐16: Jitter for 60GHz fronthaul link with 3km reach for different frame sizes 

When introducing a 3km link between DU and RU a loss of frames could be observed. The reason for 

this behaviour can be again explained with the flow control algorithm. It works in the following way. 

If the receiver of an Ethernet link gets more frames than it can process (detected by a threshold in 

the  input queue  fill  state),  it  sends out a PAUSE  frame  in direction of  the data source. The source 

should  then  stop  the  data  traffic  for  the  duration  indicated  in  the  PAUSE  frame.  If  the  algorithm 

works correctly in a fully loaded system this means we get bursts of frames with a line rate of 10Gb/s 

and a period with no data. In the case of a targeted rate of 2.5Gb/s the burst duration should be ¼ of 

the time gap between burst.  

If  the  link between DU and RU  is  long,  there are many  frames  “stored”  in  the  fibre.  If  the PAUSE 

frame reaches  the data source all  frames stored  in  the  fibre  still  reach  the receiver.  If  the storage 

capacity of the fibre and input queue are not correctly balanced and frames get dropped.  

It  is planned  to modify  the queue size and  the thresholds  for a  final  test  to avoid the  loss of data 

frames.  

Fronthaul KPI 

Requirement Upper PHY split in DL and UL (no 

CoMP) 

Requirement Upper PHY split in DL lower PHY 

split in UL (CoMP) 

Performance  5G KPI target 

User Data rate  100‐400Gbps  100‐400Gbps 2.2Gb/s (P1b) 1‐10GB/s 

FH Data Rate         

User Latency       (P4a) 1‐10ms on the air 

interface 

Max latency (round trip 

delay) 440µs  150µs  800µs   

Min frequency accuracy 

+/‐ 2ppb (per hop) 

+/‐ 2ppb(per hop) 

   

Min phase and timing accuracy 

+/‐ 30ns  +/‐ 30ns     

Max latency imbalance 

+/‐ 163ns  +/‐ 163ns     

Max BER  10‐12       

Table 4‐4 lower layer split at the UPPER PHY, requirement v performance 

Page 60: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 60 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

The results of the FPGA‐based DU radio in section 3.3 indicate that the described fronthaul solution 

falls  outside  the  latency  requirements,  which  indicates  that  further  optimisation  is  required.  The 

major reason for the latency in the order of 800µs is the queuing required for the flow control. The 

observed jitter can also be explained by the flow control mechanism. The 60GHz wireless  link also 

operates using a low latency scheduler, however, due to legal issues the 60GHz mobile, the link was 

operated in a radio‐loop back mode and representative performance data was not available. 

Software‐based‐DUradiooverEthernetwithMAC‐PHYLLSvalidationintheShowcase

The set‐up for the functional split case and the generated packet types are described in detail in [17] 

and [5], while the analysis presented here is based on the results from [18]. The validation set‐up is 

shown  in Figure 4‐17, together with the different  interface points where measurement results can 

be extracted. The generated packet  types  include  the Physical Downlink  Shared Channel  (PDSCH), 

Downlink  Control  Information  (DCI),  Random Access  Response  (RAR)  and  System  Information  (SI) 

packet  type.  For  these  tests,  the  maximum  packet  size  is  for  the  DLSCH  packet  type  and  it  is 

approximately 1000 Octets long, but this value is shared by the number of recipients (users) within 

the subframe. For these tests, a maximum number of 3 users were active within a subframe at any 

given time. The transport network operates at 1Gbps (1GbE) and  includes only Layer‐2 processing. 

The results presented here include the mean and standard deviation (STD) of packet latency, which 

is defined Table 2‐2 (albeit as two‐way latency, while the measurements presented here are for one‐

way latency), and subframe (LTE)  latency. The latter is  important as it relates to the length of time 

that Ethernet packets  that  form LTE  subframes must be queued at  the RU prior  to playout of  the 

subframe.  

      

Figure 4‐17 Set‐up used for validation testing (left) and interface measurement points (right) 

The packet  latency was measured between  interface points  1  and 3.  It  is  an average of  the delay 

encountered by  the  4  different  packet  types  during  the  transmission  of  9000  LTE  subframes.  The 

subframe latency took into account the processing time of each subframe, and was measured at the 

same interface points (1 & 3) but taking into account the first packet in each subframe (a DCI packet‐

Page 61: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 61 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

type) at interface point 1 and the last packet for that same subframe (PDSCH, SI or RAR packet types) 

at  interface  point  3.  The  results  of  Figure  4‐18  included  the  contention  effects  with  bursty 

background  traffic  of  different  burst  sizes  and  different  packet  lengths,  while  for  those  in  Figure 

4‐19, the background traffic is constant‐packet rate (CPR). In both sets of results, the baseline case is 

without contention. Table 4‐5 shows a summary of the average latency for the different networking 

configurations, while Table 4‐6 extrapolates these results for a network with 10GbE.  

 

Figure 4‐18 Fronthaul latency with two Ethernet switches over a 1Gbps Ethernet network, Mean (Left) and Standard Deviation (Right). The traces include packet latency (“per‐packet”) and subframe latency (“per‐subframe). The dotted lines 

are baseline cases while the rest of the traces are with bursty background traffic. 

 

Figure 4‐19 Mean and standard deviation for the fronthaul latency with two Ethernet switches over a 1Gbps Ethernet network. The traces include packet latency (“per‐packet”) and subframe latency (“per‐subframe). The dotted lines are 

baseline cases while the rest of the traces are with constant packet‐rate background traffic. 

   

Page 62: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 62 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

KPI  No Switch  1 Switch  2 Switches 

Packet latency mean (µs)  45  53  60  

Subframe latency mean (µs)  54  62  69  

Packet latency STD (µs)  9  N/A  N/A 

Subframe latency STD (µs)  6.3  N/A  N/A Table 4‐5 Measurement results for the packet and subframe latencies for the baseline cases (no contention) (x indicated not 

measured) 

KPI  No Switch 1 Switch 2 Switches 

Packet latency mean (µs)  43  48.2  53.5  

Subframe latency mean (µs)  52  57.3  62.5  

Packet latency STD (µs)  6.9  N/A  N/A 

Subframe latency STD (µs)  4.1  N/A  N/A Table 4‐6 Estimated packet and subframe latencies for the baseline case (no contention) for 10GbE networking (x indicates 

not measured) 

Based on these results, an extrapolation of the latency for the set‐up with the iCIRRUS aggregator 

can be carried out in a crude manner as follows: Assuming 10GbE access, the standard deviation will 

be dominated by the processing delay in the DU, including consideration of a one‐way delay of 35 s for the aggregator. The result of this extrapolation is shown Table 4‐7. The measurement results 

with contention can also be similarly extrapolated. However, for large aggregation levels the effect 

of contention is insignificant. Based on the results in Figure 4‐18 and Figure 4‐19, for large 

aggregation levels, for example, a ratio of split traffic data to total aggregated data of 1.25% 

(assuming 80% utilisation of the aggregator link rate, this would correspond to a split data rate of 

1Gbps) and a packet size of 1024 Octets (for the background traffic), the increase in packet latency 

and STD will be insignificant. 

KPI  iCIRRUS Aggregator 

Packet latency mean (µs)  78 

Packet latency STD (µs)  6.9 

Subframe latency mean (µs)  87 

Subframe latency STD (µs)  4.1 Table 4‐7 Mean and standard deviation (STD) of the packet and subframe latencies with the iCIRRUS aggregation set‐up. 

The values are extrapolated from the measured results. 

   

Page 63: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 63 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Fronthaul KPI 

Requirement Upper PHY split in DL and UL (no 

CoMP) 

Requirement Upper PHY split in DL lower PHY 

split in UL (CoMP) 

Extrapolated performance 

Data rate  100‐400Gbps 100‐400Gbps 1Gbps

Max latency (round trip 

delay) 440µs  150µs  156µs 

Min frequency accuracy 

+/‐ 2ppb (per hop) 

+/‐ 2ppb (per hop) 

N/A 

Min phase and timing accuracy 

+/‐ 30ns  +/‐ 30ns  N/A 

Max latency imbalance 

+/‐ 163ns  +/‐ 163ns  N/A 

Max BER  10‐12 10‐12

Table 4‐8 MAC‐PHY LLS, requirement v performance 

The results of the software‐based‐DU radio in Section 3.3 indicate that the MAC‐PHY LLS only slightly 

exceeds the most stringent RTT latency requirements that were identified, which indicates that the 

majority  of  CoMP  approaches  would  be  supportable.  A  large  percentage  of  the  quoted  one‐way 

latency  (78  µs)  is  fixed  by  the  aggregator  latency  while  the  rest  is  mainly  due  to  the  software 

generation  process  in  the  end  station.  The  latter  has  the  potential  of  significant  reduction  with 

hardware  acceleration  technologies.  The  remaining  quoted  KPI  values  in  Table  4‐7  cannot  be 

compared to specific requirements as such requirements do not currently exist. The reason is that 

the subframe‐level KPI requirements will be implementation dependent. That is, they will vary from 

one implementation to the next and will need to be absorbed through buffering at the end stations. 

It  is  also  important  to note,  that  the packet  jitter KPI  that  is  defined  in  Table 4‐8, does not apply 

here.  The  reason  is  that  with  the  iCIRRUS  aggregator  the  PTP  traffic  is  not  contending  with  the 

MAC/PHY  split  traffic. However,  the  case  is made here  that  operators will  need  to monitor  these 

additional  KPIs  (subframe‐related) and constrain  them to acceptable  levels based on  their  specific 

architecture requirements.  

In addition to the societal KPIs that were discussed in Section 2.1, regarding the importance of the 

evolved fronthaul for meeting these KPIs, several performance KPIs were also defined. The MAC‐PHY 

LLS  evolved  fronthaul  can  be  assessed  in  terms  of  adherence  to  these  KPIs,  in  an  indirect‐

quantitative  manner  (by  extrapolating  from  benchmarking  results)  and  in  a  qualitative  manner. 

Referring to Figure 4‐20, the data rates over the LLS fronthaul can be seen to scale with the cell load. 

This  is  an  important  result  when  considering  5G  use  cases  with  increased  data  rate  demands. 

Extrapolating from the results shown here, assuming a 10GbE link and same levels of overhead (note 

that these are based on 4G, optimisations may be expected for 5G), the LLS can potentially support 

the user throughputs defined in KPI P1a, something that would be extremely challenging to achieve 

with current transport technologies (generic IQ, CPRI). Note that benchmarking tests (summarised in 

Table 3‐4) with software‐based DU implementations have shown that they can scale to the levels of 

user  throughput  allowed by  current  4G bandwidths.  Similarly, with  dense RU deployments,  it will 

Page 64: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 64 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

potentially be possible to offer the traffic levels expected by KPI P1a. Furthermore, the efficient use 

of  available  transport  bandwidths  (compared  to  current  fronthaul  transport  technologies), means 

that the system has the potential of meeting KPI P3b. 

While the extrapolated latency values presented in Table 4‐7 do not consider the end‐to‐end latency 

(that  is,  including the processing  in user equipment),  the  latency contributions  that are taken  into 

account are such that they should allow the system to meet KPI P4a. 

The LLS  is a software  implementation, running on open‐source software modules and off‐the‐shelf 

hardware (software‐defined radios and Ethernet equipment). As such it meets KPI P2c.  

Currently  the  LLS  implementation  does  not  meet  KPI  P4b  specifications.  However,  the  system  is 

currently  solely  software‐based  and  it  is  expected  that  significant  reductions  in  packet  latency 

variation can be achieved through hardware acceleration techniques. 

The  LLS  fronthaul  implementation  has  been  presented  in  several  peer‐reviewed  conferences.  The 

initial  benchmarking  results  were  first  presented  in  [10].  The  performance  of  the  system  under 

traffic contention was presented in an invited paper [14], while first experimental results using strict 

priority scheduling  in the LLS fronthaul were presented in [11]. There are further plans to  improve 

and optimise  the system while  its contribution  to new research and  innovation calls  (national and 

EU‐based) is considered as significant.  

 

Figure 4‐20 Benchmarking results for the LLS evolved fronthaul. The fronthaul data rate scales with the application data rate (equivalent to the cell load) while the overhead remains approximately constant at around 42%.  

Page 65: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 65 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Femto‐cellfronthaul/backhaulaggregationvalidationintheShowcase

Small/femto‐cell (eg indoor, home cell) deployment strategy is a general mobile operator strategy to 

extend the network coverage to indoor and network edge. In the 5G fronthaul concept considered in 

the iCIRRUS project, the high capacity network infrastructure could be shared with the fixed internet 

access. In this case it can be used as a high quality backhaul for small cell deployment. 

As was  confirmed  in  the  integration  demo  test,  the  small  cell  backhaul  traffic  could be  efficiently 

integrated in the 100G fronthaul segment as low priority traffic. It is based on an IPsec connection to 

the  mobile  network  core,  which  provides  transparent,  interoperable,  and  cryptography‐based 

security  services  to  ensure  confidentiality,  integrity,  and  authenticity  of  data  and  to  provide  anti‐

replay protection. The system itself provides automatic cell provisioning without operator needs for 

manual  configurations.  Due  to  the  limited  required  system  (intercell)  coordination,  for  handover 

only (no CoMP), the backhaul performance is not critical (eg latency). For proper small cell operation 

and good user experience, enough backhaul bandwidth and low latency is required, which is assured 

by the 100G trunk. The measured 0.07 ms RTT of the ADVA aggregator switch is well below the most 

severe upper limits values (1ms) for the backhaul as defined in the previous D2.1 [2] report.  

In the test, a Cat 4 LTE femto‐cell with nominal values (300Mbps DL/50Mbps UL) was used. In our 

speed‐test we measured 110Mbps DL, 42Mbps UL, and 30 ms RTT (ping). We can therefore conclude 

that the traffic was not limited by the ADVA aggregator switch, because we measured practically the 

same values without it. 

The  benefit  of  using  a  high  capacity  fronthaul  network  for  small  cell  backhaul  is  the  high‐grade 

service  QoS  due  to  the  carrier  grade  network  segment  used  in  the  test.  It  is  entirely  under  the 

service provider’s management.  In contrast,  in the case of a customer fixed access network as the 

small cell backhaul, the small cell QoS can vary depending on the fixed‐line personal use, and so is 

not under the control of the mobile network operator.  

Fronthaul KPI  Requirement Measured 

performance Comment 

Data rate  100‐400Gbps     

Max latency (round trip 

delay) 60ms 

30ms(0.07ms 

aggregator performance) 

RTT delay meets requirements, 

not influenced by aggregator 

Min frequency accuracy 

N/A  N/A   

Min phase and timing accuracy 

N/A  N/A   

Max latency imbalance 

N/A  N/A   

Max BER 10‐3 non‐priority 

data No errors measured 

 

Page 66: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 66 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

10‐5 priority data 

Table 4‐9 Backhaul (unified transport), requirement v performance 

The experiment showed that the aggregated link could seamlessly support integration of backhaul 

traffic. Performance degradation due to the inclusion of the aggregator was found to be negligible.  

The result supports the business and societal KPI B3/S3 goal considering 5G enabling PoC and also in 

understanding TCO the performance of RG enabling technology components. Additionally, the 

aggregation of multiple 10G streams onto a 100G fronthaul link with TSM support for PTP operation 

is also enabling for the performance 5G KPIs including P1b per user throughput, and P4a on latency. 

AggregatedEthernet‐basedfronthaulnetworkvalidationintheShowcase

As depicted in Figure 4‐1, a 10GbE traffic flow was generated by a VIAVI network tester at the local 

aggregator  and  looped  back  from  the  remote  aggregator  to  evaluate  the  round‐trip  transmission 

performance of the fronthaul link. The traffic profile was configured with a fixed frame size of 1518 

Bytes and a sustained a throughput of 9Gbit/s, and the transmission was kept running for 60 hours 

without any bit error and packet loss. Table 2‐2 and Table 4‐6 summarise the measured round‐trip 

transfer delay and packet jitter. 

Average (µs)  Minimum (µs)  Maximum (µs)  Variation (µs) 

69.712  69.610  71.360  1.75 Table 2‐2 Round‐trip time delay of 10GbE traffic flow 

Average (ns)  Minimum (ns)  Peak (ns) 

30  0  1460 Table 2‐3 Instantaneous jitter of 10GbE traffic flow 

It is worth pointing out that during the test, the PTP flow was always broadcast at the same time as 

the GST class, which led to a higher delay variation and packet jitter on the statistically multiplexed 

(SM) traffic (ie 10GbE). Similar results can be also found in the back‐to‐back case in D5.3, Section 2.5 

[13]. In addition, compared to the back‐to‐back result, the 6km metro fibre link introduced another 

round‐trip propagation delay of 63.2µs. 

The performance comparison of different Ethernet traffic patterns can be found in D5.3, Section 2.5 

[13]. There was no additional impact observed in the field integration. 

   

Page 67: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 67 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Fronthaul Requirements 

Legacy traffic (CPRI) 

Upper PHY split in DL and UL (no CoMP) 

Upper PHY split in DL 

lower PHY split in UL (CoMP) 

PDCP‐RLC split Backhaul (unified 

transport) 

Measured performance 

Data rate  100‐400Gbps 100Gbps per network 

(trunk) port  

FH data rate   10 Gbps per 

RRH 

Max latency (round trip 

delay) 

150µs (CoMP) 

440µs (no CoMP) 

440µs  150µs  60ms  60ms 

6.5µs (2 nodes) + 

approx.. 10µs per fibre km 

Max BER    10‐12    10‐6 

10‐3 non‐priority data  10‐5 priority 

data 

Error‐free 

Table 4‐10 Fronthaul data plane requirement v performance 

Table 4‐10 summarises the measured results in comparison with the fronthaul KPI. Considering the 

most stringent latency requirement stated in Table 2‐2, which is a max round‐trip delay of 150µs in 

case of enabling CoMP in the legacy CPRI link, the proposed fronthaul network is still able to 

aggregate 10 times 10GbE traffics over a single 100G trunk link of up to 14.6 km distance. This 

provides further support that the aggregation testbed is enabling for the performance 5G KPIs 

including P1b per user throughput, and P4a on latency 

EvaluationoftheShowcasedemonstratorThe aim of  this Section  is  to draw together contributions  that have been made towards validating 

the iCIRRUS project’s outputs in the context set by the 5G business, societal and performance KPIs 

set out in [1]. 

The  Showcase  simultaneously  demonstrated  many  of  the  iCIRRUS  use‐cases  over  a  common 

infrastructure  in  the  laboratories  of  Telekom  Slovenije.  The Unified  Communication  use‐case  also 

demonstrated integration with cloud servers located at Telekom Slovenije.  

As  set  out  in  the  preceding  subsections,  the  following  technologies  were  incorporated,  and 

simultaneously operated in the Showcase, 

CPRI over Ethernet (Section 4.2) 

60GHz wireless with UPPER‐PHY LLS (Section 4.3) 

Software‐based‐DU radio with MAC/PHY LLS (Section 4.4) 

Common transport with femto‐cell fronthaul/backhaul aggregation (Section 4.5) 

100G TSN Ethernet aggregated fronthaul (Section 4.6) 

Unified Communication video application with mobile cloud support (Section 3.5) 

Unified Communication application offload to mobile cloud (Section 3.6) 

Page 68: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 68 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Other technologies were evaluated independently of the Showcase. However, it is useful to consider 

the KPIs validated by these experiments to provide a thorough overview of the project. 

Network controlled D2D simulation analysis (Section 3.7) 

vRAN demonstration with PDCP/RLC HLS (Section 3.8) 

The 5G KPIs are addressed in a sequential fashion with a short description of the contribution that 

each  element  makes,  but  with  B3  and  S3  being  dealt  together  due  to  the  similarity  of  their 

underlying objective, 

B3:  “Reach a global market  share  for  5G equipment and  services delivered …,” with proxy 

metrics as number of PoC developed and disseminated, contribution  to standards and  IPR 

development and S3: “European availability of a competitive industrial offer for 5G systems 

and technologies,” with proxy metrics, quantified assessments of maturity and performance 

of technological components, of estimating TCO and rollout. 

There were many significant contributions to KPI B3/S3. Foremost, is the Showcase demo itself as a 

PoC that demonstrated many 5G enabling technologies with simultaneous operation of most of the 

testbeds  above.  As  described  in  the  Sections  for  each  individual  testbed B3/S3  is  supported  in  a 

similar  way  by  each.  Also,  considering  the  contribution  to  support  of  innovation  in  the  wider 

community,  as  set  out  above  and  detailed  in D6.4  [19], many members  attended  standardisation 

bodies representing  iCIRRUS views and several  iCIRRUS specific  contributions, 5 patents were  filed 

and  over  20  publications  and  presentations  were  made.  Estimates  of  the  impact  of  various 

technologies on TCO and rollout were also made, for example, simulation and analysis in the case of 

D2D  and  extrapolation  from  field  data  in  the  case  of  C‐RAN,  see  [6]  for  details.  Additionally, 

considering the initial roll‐out of 5G the PDCP/RLC HLS demo shows existing 1G and 10G transport 

infrastructure meets requirements for providing support for TCO and initial roll‐out.  

S2: “Reduction of energy consumption per service up 90%.” 

Contributions to the S2, reducing energy consumption per service, are made by the cloud‐supported 

Unified Communication applications  that demonstrate  reduction of energy consumption  in mobile 

devices  and  efficient  processing  of  application  data  in  the mobile  cloud,  and D2D  communication 

where enhanced spectral efficiency supports use of  lower transmit powers.    It  is also made by the 

vRAN/C‐RAN  iCIRRUS  architecture  itself,  and  by  the  use  of  lower  bit‐rate  transmission  in  the 

fronthaul, enabled by the RAN functional splitting, and the iCIRRUS Ethernet transport profiles, and 

efficient, time‐sensitive multiplexing and aggregation which support these. 

 

S4: “Stimulation of new economically viable services …”  

Page 69: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 69 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Contributions  to  S4  were  made  by  made  by  several  testbeds  including  mobile  cloud  assisted 

applications,  enabling  applications  potentially  inhibited  by  user  equipment  power  and  energy 

considerations  to  be  addressed,  60GHz wireless  facilitated  by  opening  up  new wider  bandwidths, 

and network controlled D2D communication which facilitates new ways of delivering applications. 

P1: Providing 1000 times higher wireless area capacity …” with proxy metrics of absorbing 

P1a 10TB/s/km2, and P1b reach a peak user data rate of 1‐10Gbit/s.  

Contributions  to P1b  are made by D2D where  simulation  confirms  that  short  range between D2D 

devices and enhanced spectral efficiency promote user data rate, and 60GHz wireless with UPPER 

PHY  LLS  that  demonstrates  a  2.2Gbit/s  user  rate.    The  transport  for  new  RAN  functional  split 

interfaces  also  facilitates  these  KPIs,  as  (1)  fronthaul  bit  rates  become  closer  to  user  data  rates, 

instead of more  than  an  order  of magnitude  greater  as  in  technologies  such  as  CPRI,  and  (2)  the 

aggregation levels demonstrated at 100 Gb/s will enable interconnection of numbers of mmW cells 

in dense or office areas which permit the attainment of 10 Tb/s/km2 area capacity. 

P2: “Reducing average service creation time…” with proxy metrics of P2a level of automation 

of service creation, P2b existence of autonomic management framework and, P2c, usage of 

opensource SDK.  

Contributions  to  the P2a  and P2c  KPIs  are made  by  the  cloud  assisted  Universal  Communication 

applications,  which  relate  to  automated  service  creation  and  use  of  opensource  software. 

Additionally, both the MAC/PHY LLS and the PDCP/RLC HLS contribute to P2a considering RAN‐as‐a‐

service, and to P2c as they are based on opensource software.  

P3: “Facilitate very dense deployments…” with proxy metrics handle P3a handling 10,000 to 

1M devices/km2, P3b facilitate large numbers of small‐cells 

Indication  that  D2D  is  a  component  technology  that may  help  realise  KPI P3a  is  provided  by  the 

simulation  and  analysis  of  network  controlled  D2D which  indicate  potential  facilitate  support  for 

very large numbers of devices. Also, the results achieved by the use of different functional splits (HLS 

PDCP/RLC,  LLS MAC/PHY,  LLS UPPER PHI),  allowing  efficient use of  available  transport bandwidth, 

increases  the potential  the KPI P3b may be met when deploying  these  technologies.  Additionally, 

common  transport  carrying  fronthaul  and  backhaul  with  TSN  Ethernet  fronthaul  supports 

deployment of femto‐cell, that is small‐cells P3b 

P4:  “Create  a  secure,  reliable  and  dependent  internet  with  “zero  perceived”  downtime…” 

with  proxy  metrics  P4a  of  provide  a  1‐10ms  latency  over  the  air  interface,  P4b  reach 

reliability > 99% and, P4c reach availability > 99% 

Support for KPI P4a related to latency is provided by the D2D simulation and analysis that optimises 

the set‐up procedures and offers the possibility of direct communication not  intermediated by the 

Page 70: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 70 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

network.  And,  additionally,  support  for  this  KPI  is  provided  in  the  following  testbeds;  the  60GHz 

wireless testbed, which provides latency in the range 250µs ‐ 1200µs dependent on throughput, the 

vRAN  PDCP‐RLC  testbed  that  shows  that  existing  installed  fibre  has  potential  to  meet  the  less 

stringent 5G use‐cases regarding latency, and finally, extrapolation based on results of the software‐

based  radio  with  MAC/PHY  split,  indicate  that  the  system  also  has  potential  to  meet  the  KPI. 

Additionally, the use of Ethernet based fronthaul also facilitates path redundancy that contributes to 

availability P4c. 

In  summary,  the  Showcase  demonstrator  and  its  component  testbeds,  and  the  testbeds 

demonstrated  separately  or  examined  through  simulation,  has made many  contributions  that  are 

relevant to the 5G KPIs defined by the 5GPPP [1]. 

5 ConclusionOne  of  the major  highlights was  the  Showcase  demonstration  itself, which  contributes  to  the  5G 

business  KPI  B3,  with  respect  to  proof  of  concept  demonstration  of  5G  technologies,  and  to  5G 

societal KPI S3, with respect to maturity of potential 5G component technologies and impact on total 

cost of ownership. 

The 5G performance KPIs are very demanding, but  in several cases the testbeds directly met them 

them, for example, demonstration of a 2.2Gbit/s application rate with latency in the sub‐millisecond 

range by the 60GHz wireless against a requirement of 1‐10GHz peak user rate and 1‐10ms latency 

and.  Additionally,  investigation  showed  that  the  installed  fibre  base  has  the  potential  to  meet 

latency  constraints  for  some  of  the  less  demanding  5G  use‐cases,  with  5‐10ms  versus  1‐10ms 

latency.  Additionally,  the  role  that  other  technologies  may  play  in  achieving  these  KPIs  was 

demonstrated, for example, the HLS and LLS that prevent fronthaul becoming a bottleneck for future 

5G  and  C‐RAN/vRAN  deployment,  the  use  of  D2D  that may  assist  in  achieving  the  reliability  and 

accessibility KPIs and energy saving, and the cloud‐assisted applications that facilitate energy saving 

for the mobile device. 

Other  of  the  societal  and  performance  KPIs  are  qualitative  in  nature,  however,  significant 

contribution was shown in the potential to stimulate new services S4, and reducing average service 

creation time with the deployment of virtualisation and extensive use of opensource software. 

Thus, we can conclude that the iCIRRUS project, and particularly the Showcase demonstrator and its 

component  testbeds,  made  significant  contributions  to  understanding  and  validation  of  the  5G 

business, societal and performance KPIs as set out in [1].  

   

Page 71: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 71 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

6 References 

[1]   D. Kennedy, “D2.6 ICT ‐ Final report on programme progress and KPIs,” 5G PPP H2020‐ICT‐2014‐

2, 2017. 

[2]   P. Chanclou, Z. Tayq, P. Turnbull, V. Jungnickel, L. Fernandez‐del‐Rosal, P. Assimakopoulos, N. 

Gomes, K. Yuan, H. Zhu, M. Parker, S. Walker, C. Magurawalage, K. Yang, H. Thomas, M. 

Castaño‐Torres, I. Campos Rivera and F. Jesus‐Hidalgo‐Gonzalez, “D2.1 iCIRRUS – Intelligent C‐

RAN Architecture,” Horizon 2020 iCIRRUS Project, 2015. 

[3]   P. Asimakopoulos, N. Gomes, H. Zhu, L. Rosal‐del‐Fernandez, M. Hinrichs, P. Ritoša, D. Münch, J. 

P. Elbers, C. Magurawalage, K. Wang, S. Delaitre, M. Castaño‐Torres and S. Blasco, “D5.2 

iCIRRUS Tools, scenarios and results for testing analysis methods for validation test,” Horizon 

2020 iCIRRUS Project, 2017. 

[4]   H. Thomas, L. Fernandez‐del‐Rosal, P. Asimakopoulos, Y. Kai, K. Wang, P. Chanclou and D. 

Muench, “D3.3 SLA and SON Concept for iCIRRUS,” Horizon 2020 iCIRRUS Project, 2016. 

[5]   K. Habel, C. Kottke, M. Hinrichs, L. F. d. Rosal, D. Muench, N. Eiselt, P. Assimakopoulos, N. 

Gomes, H. Thomas, M. parker, F. Ngobigha, G. Koczian, T. Quinlan, S. walker and P. Chanclou, 

“D3.4 iCIRRUS Updated low‐cost, energy‐efficient fronthaul,” Horizon 2020 iCIRRUS Project, 

2017. 

[6]   P. Ritoša, S. Delaitre, G. Flores, D. Capitán, P. Chanclou, R. Sušnik, H. Zhu, M. Polyvios, J. Zou, P. 

Elbers and H. Thomas, “D2.3 iCIRRUS Business case analysis,” Horizon 2020 iCIRRUS Project, 

2017. 

[7]   P. Kangru, “ZSM (18) 000037 RAN SON ZSM Input iCIRRUS,” in ETSI ZSM (18), 2018.  

[8]   W. Featherstone, D. Padfield, C. Murphy, H. Thomas, P. Claridge and M. Wang, “Enhancing 

network topology information for a self‐organizing network”. Patent US201514929923 

20151102, 10 05 2017. 

[9]   J. Haver, H. Thomas and J. Govert, “Packet colouring for data stream monitoring”. Patent Not 

yet published, 8 9 2017. 

[10] D. Padfield, C. Murphy and H. Thomas, “Techniques for providing fronthaul data awareness”. 

Patent US201562147827P, 15 4 2015. 

Page 72: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 72 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

[11] P. Turnbull, “Method and apparatus for mitigation of packet delay variation”. USA Patent 

US201414562062 20141205, 11 06 2015. 

[12] Wikipedia, “Unified communications,” Wikipedia, 17 12 2018. [Online]. Available: 

https://en.wikipedia.org/wiki/Unified_communications#cite_note‐1. [Accessed 17 01 2018]. 

[13] K. Habel, P. Assimakopoulos, N. Gomes, I. Laurinavičius, H. Zhu, M.  Hinrichs, S.  Weide, J. Zou 

and J. Elbers, “D5.3 Validation test setup and execution report,” Horizon 2020 iCIRRUS Project, 

2017. 

[14] O. Sahin, P. Pietraski, A. Demir, W. Lawton, A. Roy, M. Fazili, K. Pan, M. Abou‐El‐Seoud and K. 

Wanuga, “High resolution angle of arrival estimation and dynamic beam nulling”. USA Patent 

PCT/US2017/040685, 05 07 2017. 

[15] M. Georgiades, P. Michael, P. Chanclou, P. T. H. Ritosa, S. Delaitre, N. Gomes, H. Zhu, P. 

Asimakopoulos, L. Fernandez‐del‐Rosal and K. Wang, “D2.2 Refined iCIRRUS architecture 

definitions and specifications,” Horizon 2020 iCIRRUS Project, 2016. 

[16] K. Wang, X. Du, C. Magurawalage, K. Yang, G. Flores, M. Castaño‐Torres, H. Thomas, P. Ritosa, Y. 

Kai and H. Zhu, “D4.4 Joint resource management,” Horizon 2020 iCIRRUS Project, 2017. 

[17] G. S. Birring, P. Assimakopoulos and N. Gomes, “An Ethernet‐based fronthaul implementation 

with MAC/PHY split LTE processing,” in Globecom, Singapore, 2017.  

[18] P. Assimakopoulos, G. S. Birring and N. Gomes, “Effects of contention and delay in a switched 

Ethernet evolved fronthaul for future cloud‐RAN applications,” in ECOC, Gothenburg, 2017.  

[19] PrimeTel, University of Kent, Orange, InterDigital, HHI, University of Essex, ADVA, Telecom 

Slovenia, VIAVI, IAF, “D6.4 Final dissemination, communication, standardisation and 

exploitation: Plan and report of activities,” Horizon 2020 iCIRRUS project 2018, 2018. 

 

 

 

 

   

Page 73: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 73 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

7 ListoffiguresFigure 2‐1 KPIs for fronthaul and RAN joint optimisation ............................................................................ 21 

Figure 2‐2 iCIRRUS architecture overview ................................................................................................... 25 

Figure 3‐1 Point‐to‐point with SyncE .......................................................................................................... 27 

Figure 3‐2: Test setup for Integration of DU, RU, UE and 60GHz .................................................................. 29 

Figure 3‐3: comparison of all setups for different frame lengths: 86bytes (a), 512bytes (b), 1024bytes (c), 

1518bytes (d), random size 86…1518bytes (e) .................................................................................... 30 

Figure 3‐4 Indicative setup for software‐based‐DU radio over Ethernet ...................................................... 32 

Figure 3‐5 Command line interface (CLI) of the video server generating RTMP video stream ....................... 38 

Figure 3‐6 Monitoring interface of the CPU usage of mobile clone (video proxy) ......................................... 40 

Figure 3‐7 Monitoring interface of the network interface traffic of mobile clone (video proxy) ................... 40 

Figure 3‐8 Monitoring interface of the mobile phone battery current ......................................................... 43 

Figure 3‐9 Monitoring interface of the mobile phone's battery voltage and capacity ................................... 43 

Figure 3‐10 Monitoring interface of the mobile clone's CPU usage .............................................................. 43 

Figure 3‐11 Monitoring interface of the mobile clone's network traffic ....................................................... 44 

Figure 3‐12 Spectral efficiency achieved by network controlled D2D communication with frequency reuse 

among L sub‐cells ............................................................................................................................... 45 

Figure 3‐13 Latency Comparison between D2D communications and LTE systems ....................................... 46 

Figure 3‐14 Experimental setup (top) PtP, (bottom) PON ............................................................................ 47 

Figure 4‐1 iCIRRUS testbed setup at Telekom Slovenije ............................................................................... 49 

Figure 4‐2 Metro fibre link (in red) used in the iCIRRUS integration demo ................................................... 51 

Figure 4‐3 CPRI/Ethernet bridge connected to aggregator without SyncE .................................................... 52 

Figure 4‐4 Latency vs. FIFO buffer level (2.45Gbit CPRI) .............................................................................. 53 

Figure 4‐5 Latency vs. FIFO buffer level (9.83Gbit CPRI) .............................................................................. 53 

Figure 4‐6: 60‐GHz fronthaul system with radio loopback (Ethernet analyser shown as data source and sink)

 .......................................................................................................................................................... 55 

Figure 4‐7: Throughput for 60GHz fronthaul link for different frame sizes at different layer 1…4 (L1…L2) .... 56 

Figure 4‐8: Latency vs. frame size for 60GHz fronthaul link ......................................................................... 56 

Figure 4‐9: Jitter vs. frame size for 60GHz fronthaul link ............................................................................. 56 

Figure 4‐10: 60GHz fronthaul system with radio loopback and two aggregator nodes ................................. 57 

Figure 4‐11: Throughput for 60GHz fronthaul link with aggregator switches for different frame sizes at 

different layer 1…4 (L1…L2) ................................................................................................................ 57 

Figure 4‐12: Latency for 60GHz fronthaul link with aggregator switches for different frame sizes ................ 57 

Figure 4‐13: Jitter (ave) for 60GHz fronthaul link with aggregator switches for different frame sizes ........... 57 

Figure 4‐14: Throughput for 60GHz fronthaul link with 3km fibre for different frame sizes at different layer 

1…4 (L1…L2) ....................................................................................................................................... 58 

Figure 4‐15: Latency for 60GHz fronthaul link with 3km reach for different frame sizes ............................... 58 

Figure 4‐16: Jitter for 60GHz fronthaul link with 3km reach for different frame sizes ................................... 59 

Figure 4‐17 Set‐up used for validation testing (left) and interface measurement points (right) .................... 60 

Figure 4‐18 Fronthaul latency with two Ethernet switches over a 1Gbps Ethernet network, Mean (Left) and 

Standard Deviation (Right). The traces include packet latency (“per‐packet”) and subframe latency 

(“per‐subframe). The dotted lines are baseline cases while the rest of the traces are with bursty 

background traffic. ............................................................................................................................ 61 

Page 74: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 74 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

Figure 4‐19 Mean and standard deviation for the fronthaul latency with two Ethernet switches over a 1Gbps 

Ethernet network. The traces include packet latency (“per‐packet”) and subframe latency (“per‐

subframe). The dotted lines are baseline cases while the rest of the traces are with constant packet‐

rate background traffic. ..................................................................................................................... 61 

Figure 4‐20 Benchmarking results for the LLS evolved fronthaul. The fronthaul data rate scales with the 

application data rate (equivalent to the cell load) while the overhead remains approximately constant 

at around 42%. .................................................................................................................................. 64 

 

   

Page 75: iCIRRUS Contract No. 644526 1 Jan 2015 – 31 Dec 2017 · eNB Enhanced Node B (radio base station unit for LTE) EPC Evolved Packet Core F1 3GPP ... 2 iCIRRUS use‐case and KPI review

iCIRRUS   Contract No. 644526   1 Jan 2015 – 31 Dec 2017   

      

Page 75 of 75 

This project has received funding from the European 

Union’s Horizon 2020 research and innovation 

programme under grant agreement No 644526 

8 Listoftables 

Table 2‐1 Comparison of Unified Communication offerings ......................................................................... 17 

Table 2‐2 Compilation of Fronthaul KPI ...................................................................................................... 20 

Table 2‐3 KPIs for D2D link set up ............................................................................................................... 22 

Table 2‐4 KPIs for D2D communication ....................................................................................................... 23 

Table 3‐1 Legacy 2.45Gbit CPRI traffic over Ethernet, requirement v performance ...................................... 28 

Table 3‐2 Legacy 9.83Gbit CPRI traffic over Ethernet, requirement v performance ...................................... 28 

Table 3‐3 lower layer split at the UPPER PHY, requirement v performance.................................................. 31 

Table 3‐4 lower layer split at the MAC/PHY, requirement v performance .................................................... 33 

Table 3‐5 Component of the video streaming use‐case ............................................................................... 38 

Table 3‐6 Measurements for mobile clone .................................................................................................. 39 

Table 3‐7 KPIs for mobile clone .................................................................................................................. 40 

Table 3‐8 Component of the mobile task offloading use‐case...................................................................... 41 

Table 3‐9 KPIs for mobile phone ................................................................................................................. 42 

Table 3‐10 KPIs for mobile task off‐loading ................................................................................................. 44 

Table 3‐11 D2D Communications performance ........................................................................................... 46 

Table 3‐12 HLS split at the PDCP‐RLC layer, requirement v performance ..................................................... 48 

Table 4‐1CPRI over Ethernet ‐ MAC payload‐sizes ....................................................................................... 50 

Table 4‐2 Legacy 2.45Gbit CPRI traffic over Ethernet, requirement v performance ...................................... 54 

Table 4‐3 Legacy 9.83Gbit CPRI traffic over Ethernet, requirement v performance ...................................... 54 

Table 4‐4 lower layer split at the UPPER PHY, requirement v performance.................................................. 59 

Table 4‐5 Measurement results for the packet and subframe latencies for the baseline cases (no contention) 

(x indicated not measured) ................................................................................................................ 62 

Table 4‐6 Estimated packet and subframe latencies for the baseline case (no contention) for 10GbE 

networking (x indicates not measured) .............................................................................................. 62 

Table 4‐7 Mean and standard deviation (STD) of the packet and subframe latencies with the iCIRRUS 

aggregation set‐up. The values are extrapolated from the measured results....................................... 62 

Table 4‐8 MAC‐PHY LLS, requirement v performance .................................................................................. 63 

Table 4‐9 Backhaul (unified transport), requirement v performance ........................................................... 66