| 過去的十年里,無線基站設(shè)計者們在努力降低成本、功耗和占板空間方面已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展。對于這些設(shè)計者來說,3G 基站開發(fā)的目的非常明確：以十分之一的成本實(shí)現(xiàn)十倍的帶寬。
處理基帶算法所需的處理能力隨著新的無線協(xié)議的出現(xiàn)正在不斷增加。如圖 1 所示,傳統(tǒng)數(shù)字信號處理器（DSP）的速度無法實(shí)現(xiàn)基帶處理,因此需要硬件加速來補(bǔ)充DSP²。一個典型架構(gòu)可能由一系列的數(shù)字信號處理器和基帶卡上的硬件加速器模塊構(gòu)成,這里需要多通道處理。 
今天的基站通常依賴于一種連續(xù)處理方式,每個模塊和處理是按時間排序的。該架構(gòu)通�？雌饋砣鐖D表 2所示。一個碼片速率處理器（CRP）連接到時間片背板,并從 RF 卡接收“采樣”。
在與 CDMA 相關(guān)的系統(tǒng)（例如 WCDMA、CDMA2000）中,采樣常常通過并行存儲器接口轉(zhuǎn)換成碼片,并最終在轉(zhuǎn)換到 DSP 之前變成符號。DSP 可執(zhí)行諸如錯誤校正和語音/數(shù)據(jù)通道處理的“符號率處理”。
在正交頻分復(fù)用（OFDM）系統(tǒng)中（例如 802.16x、WiMAX）,OFDM PHY 代替了CRP。OFDM PHY 在把符號交給 DSP 之前執(zhí)行同步和 FFT。DSP 執(zhí)行與CDMA 架構(gòu)相似的運(yùn)算。
該架構(gòu)不具備 ASIC 的可升級性,DSP 處理分配是以設(shè)計時間來確定的,而且與硬件的選擇密切相關(guān)。結(jié)果,某些基站中的一些 DSP 和 CRD 可能不能充分利用,但這種低效率是允許存在的,因?yàn)樵谶\(yùn)行時間內(nèi)把資源從一個處理模塊轉(zhuǎn)移到另外一個處理模塊是非常困難的。
超微基站、微基站和大型基站具有相同的架構(gòu)是很困難的,因?yàn)樵谝粋�給定的應(yīng)用中進(jìn)行 CRP 和 DSP 的算法開發(fā)是一個巨大的挑戰(zhàn)。為了增加一點(diǎn)性能就可能需要添加一組新的 CRP 和 DSP。
在某些架構(gòu)中,一個CRP 連接到背板（RF 卡）,其他CRP接口與第一個CRP（上行卡）交談。這要求背板接口 CRP 有不同的設(shè)計,因?yàn)榘淹瑯拥脑O(shè)計復(fù)制到子 CRP 上會降低效率并減少開發(fā) CRP 的投資回報。
CRP 和 DSP 之間的存儲器接口對于系統(tǒng)軟件也是一個問題。標(biāo)準(zhǔn)存儲器接口的雙向性使充分利用這個互連更為困難。一般的基帶算法對于一個可能采用雙向接口的不確定延遲是很敏感的。
新興的應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)
最近幾年業(yè)界已出現(xiàn)一些基于標(biāo)準(zhǔn)的成果,促進(jìn)了系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)級的模塊化,考慮到了具有成本效益的重用工程設(shè)計成果和可升級架構(gòu)。
這種趨勢的一個最好的例子是開放式基站架構(gòu)發(fā)起組織（OBSAI）。OBSAI 利用基站3中每個模塊之間的標(biāo)準(zhǔn)接口定義了模塊化基站架構(gòu)。
OBSAI 發(fā)布 6 個月后,一個競爭性的標(biāo)準(zhǔn)通用公共無線接口（CPRI）也啟動了。比 OBSAI 更為簡單的 CPRI 專注于 UMTS 基站,它通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口4將它劃分為 RF 和控制模塊連接。
為了在機(jī)架級滿足網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商和服務(wù)提供商的需求,PCI 工業(yè)計算機(jī)制造商組織（PCI-MG）定義了一個標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架尺寸,叫做先進(jìn)電信計算架構(gòu)（ATCA）5。
無線基站應(yīng)用中的 DSP 刀片的數(shù)據(jù)處理和協(xié)議管理需要高度簡化和高速的互連。這些計算密集的嵌入式應(yīng)用要求系統(tǒng)以一種緊密連接的 DSP陣列快速轉(zhuǎn)移信號處理器之間的數(shù)據(jù)。這個連續(xù)的作為開放式標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的 RapidIO 6 規(guī)范是專門為滿足高性能嵌入式系統(tǒng)需要設(shè)計的。
sRIO 標(biāo)準(zhǔn)通過把這些優(yōu)勢擴(kuò)展到板卡級,補(bǔ)充了 OBSAI、CPRI 和 ATCA標(biāo)準(zhǔn)帶來的機(jī)架和系統(tǒng)級的模塊化優(yōu)勢。OBSAI 和 CPRI 都沒有在基站設(shè)計里定義線卡接口。
此外,sRIO 對 DSP 集群的高度調(diào)整支持使設(shè)備設(shè)計者可以一種具有成本效益的方式開發(fā)非常靈活和具有升級性的架構(gòu),而且這種方式在 FPGA 或基于 ASIC 設(shè)計中不能輕易地復(fù)制。例如,使用sRIO 的基站設(shè)計者可為微蜂窩應(yīng)用建立一個 DSP 密集的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)新技術(shù)的快速部署,以支持廣泛的應(yīng)用,從而在縮小解決方案中重新使用許多原來的設(shè)計,實(shí)現(xiàn)大型或超微蜂窩環(huán)境,以最具有成本效益的方式提供理想的飽和度和密度。
最重要的是,通過集成控制和數(shù)據(jù)流, 同時從處理器中卸載簡單和費(fèi)時的任務(wù), 和區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)流的優(yōu)先級高低, sRIO簡化了處理器間的通信。
化零為整
那么,下一個問題是：我們怎樣將這些放在一起為基站開發(fā)服務(wù)？為了得到完整的基帶卡設(shè)計將失去哪些東西呢？
在探究下一代架構(gòu)以前,我們先來看看針對基站的算法協(xié)議劃分。
淺藍(lán)色方框表示基于CDMA（UMTS、CDMA2000等）基帶收發(fā)器所需的數(shù)學(xué)運(yùn)算。理想的基帶卡包括FPGA或ASIC形式的DSP集群和硬件加速模塊（或CRP）。圖3顯示了DSP和CRP的算法劃分 。根據(jù)基帶卡的處理要求可能需要多個DSP和CRP,因此這些模塊需要連接起來。基于OFDM的算法可以采用相同的劃分和觀察方法。 
圖3中的串行RIO 和CPRI/OBSAI 接口用紅線標(biāo)出。圖4顯示串行 RIO 用來連接基帶卡上的多個處理模塊。圖3中也顯示了采用算法劃分接口。圖中接口旁的綠色方框是接口和算法之間數(shù)據(jù)格式化所需的,例如符號位擴(kuò)展、采樣/符號的封包化,以及求和前的多封包對齊（來自多個CRP）。這些功能需由該接口的臨近器件執(zhí)行。問題出現(xiàn)了：什么是處理這些劃分的最佳架構(gòu)呢？
圖4顯示了接近理想化的下一代基帶卡。交換接口元件（FIC）將 CPRI/OBSAI轉(zhuǎn)換成sRIO,剩下的基帶卡接口就是sRIO,但是單個sRIO交換是無法滿足處理特殊運(yùn)算要求的。在基帶卡上有兩種不同的流量：
1. FIC和CRP之間：有確定性計時的高速流量（擴(kuò)展采樣）。這個鏈接的延遲需要確定以支持基站中的計時要求。信息包被多點(diǎn)傳送到上行線的多個CRP,而后在下行線求和。
2. CRP和DSP之間：在延遲方面靈活得多,更低的帶寬(符號)流量,控制和維護(hù)包更少。
常規(guī)的 sRIO 交換需要加法器和同步器件的支持,這些器件可根據(jù)多個CRP排列信息包,進(jìn)行上行線求和,然后多點(diǎn)傳送到上行線上的CRP。
不同器件和算法對不同的采樣和符號大小產(chǎn)生影響。例如,CPRI 規(guī)定采樣大小在 8比特到40比特之間。處理器的采樣大小則為8、16或32比特。同樣,不同算法要求特殊排列順序的采樣（I-Q集合或分開、利用常規(guī)采樣或分開的過采樣集合,等等）,因此這些數(shù)據(jù)格式化運(yùn)算需要在CRP和DSP中進(jìn)行。根據(jù)對DSP和CRP的選擇,系統(tǒng)設(shè)計師需要注意有許多類似的運(yùn)算組合,處理器可能會損耗許多MIPS來進(jìn)行此類運(yùn)算。
根據(jù)系統(tǒng)的不同基帶卡尺寸可以從大到小。Micro-TCA 尺寸可以和基站中各種不同的卡非常接近。這將賦予設(shè)計師建立大型和不同的可互換模塊的選擇,以滿足通信設(shè)備制造商的需要。
該架構(gòu)同時支持靈活和可擴(kuò)展的基站設(shè)計：
1.靈活性：用OFDM PHY取代CRP,相同的設(shè)計可在基于CDMA 和 OFDM 的系統(tǒng)中使用。
2. 可擴(kuò)展性：CRP和DSP的數(shù)目可以輕易改變,以適應(yīng)超微型和大型基站的相同設(shè)計。由于該架構(gòu)不再與算法緊密相關(guān),流量和處理能力可以在運(yùn)行中同時從一個器件轉(zhuǎn)換到另一個。
結(jié)論
3G無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正處在一個十字路口。用戶期待以更低的成本得到更高水平的服務(wù)。目前,三重服務(wù)中的帶寬和性能要求將需要越來越先進(jìn)和復(fù)雜的基站設(shè)計。
要在降低成本的同時滿足這些需求,關(guān)鍵在于采用模塊化和基于標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)。通過采用諸如 ATCA、OBSAI 和CPRI的新的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn),以及利用高度靈活的設(shè)計和采用sRIO 接口的基于DSP的陣列,基站設(shè)計師可以用用戶可接受的成本結(jié)構(gòu)提供更高性能的下一代無線服務(wù)。
Bertan Tezcan 是IDT公司系統(tǒng)技術(shù)組的高級系統(tǒng)架構(gòu)師
Bill Beane 是IDT 流量控制管理部高級產(chǎn)品經(jīng)理
|
66821730(技術(shù)支持)
