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模块化基带设计——实现低成本和可再用无线架构

Bertan Tezcan?? IDT公司系统技术部高级系统架构师?? 2006年09月06日 ?? 收藏0

  数月前,我曾发表过一篇关于模块化基站设计的文章(刊登于本刊 2006 年 4 月期),阐述下一代基带系统理想架构中的关键元件。文章回顾了通用公共无线电接口(CPRI)、开放式基站架构发起组织(OBSAI)、先进电信计算架构(ATCA)和串行 RapidIO等标准对于下一代系统的重要性。同时,文章还介绍了设计者应如何将这些新标准与基于数字信号处理器(DSP)的阵列相结合,开发性能更高的系统,以更低成本提供更大的灵活性和适应性。

  本文通过分析未来基带卡的理想架构,对上述问题进一步进行探讨。此外,还将详细论述与这些新系统相关的关键性系统和占板问题,并对设计者在如何使集中基带交换的功能并行以促使性能效率最大化方面提出建议。

  上篇文章论述的是一种接近理想化的架构,其中的串行 RapidIO交换由加法器和同步器及 CPRI/OBSAI 接口来支持。设计者可根据图 1 所示的方法简化功能划分。

模块化基带设计——实现低成本和可再用无线架构图示


  当设计者可以在多个器件中执行一个基带交换时,他们也可使用图 2 所示的架构进一步提高效率和使用更少的分立元件。

模块化基带设计——实现低成本和可再用无线架构图示


  基带交换是基带卡的核心。它可以把 DSP 与基带处理器连接起来,例

如用于 CDMA 系统的码片速率处理器(CRP)。如果 DSP 可以进行码片速率处理等高速运行,基带卡就可以不再使用 ASIC 或 FPGA。

  基带交换也可通过 CPRI/OBSAI 或使用专用接口(基于 LVDS)连接 RF 卡。该接口通常可支持高速采样流量。速率可高达 3072 Mbps(与 CPRI 定义一致),且此系统可支持多种形式的链接,通常每个 RF 卡可对应一个链接。

  在上行链路端,来自 RF 卡的采样被分发到处理模块中。对于基于 CDMA 的系统,这些采样被传输到 CRP 中。传输过程中,采样也会根据处理器或算法的需求进行格式化。文章的后半部分将详细介绍这种格式化。

  一旦码片速率处理完成,多 CRP 中出现的用户通道就开始进行符号率处理(如 FEC、语音处理等等)。由于采样被转换成比特,而且 CDMA 的解展频功能已经完成,该功能需要的带宽更低。此时,这个“符号”信息需要从 CRP 转换到 DSP 。当 DSP 完成符号率处理后,信息包必须转换成传输模块并被传送到网络的上层。这两种交换操作均由基带交换执行。

   为什么选择这种架构?

  正如前篇文章提到的,这种架构具有极高的灵活性和可扩展性。在系统的核心部位使用基带交换的这种方法有助于使设计者消除诸如加法器、同步器等会影响扩展性和灵活性的分立元件。

  传统上,基带卡都是使用外部存储器接口等简单接口在芯片之间进行数据或采样的传输。这种方式对软件的要求很高,因为它是一种“拉”式接口,其双向特性会使带宽利用降低到25%。

  为了确保基带卡可以扩展到更高速度,设计者需要一种新的串行接口。这种串行接口必须比存储器接口更智能。同时,它也必须具有初始化和与多处理模块通信的能力。该功能需要可自动识别和初始化基带卡上器件,而且有助于这些器件灵活通信的协议。该协议必须支持公认的和非公认的推挽式通信,以及带内中断,以易于存取软件。开发基带算法软件本身就是一个挑战性的工作。该协议将使软件程序员不必再重复开发一个通信协议。

  该种类型协议的一个典型例子就是串行RapidIO。新型 DSP 以及目前用于基带卡的处理模块均支持串行 RapidIO。

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  延迟

  采用全功能协议时最先出现的问题之一就是延迟。在 CDMA 中,闭环功率控制非常重要,基带卡中增加的任何延迟都会危害整个系统的性能。使用串行 RapidIO 等协议可能会因开销问题在理论上增加延迟。相反,使用单向的(代替双向的)快速串行接口可以降低延迟。更重要的是,一个简单的存储器接口会导致软件中更多的延迟,因为处理器需要处理基本的通信功能和算法软件。包括串行 RapidIO在内的新协议解决了所有这些问题,并可最终实现低延迟的效果。图 3 说明,与其它基于信息包的协议相比,串行 RapidIO 可以用极低的开销运行。

模块化基带设计——实现低成本和可再用无线架构图示


  参考文章[2]为 WCDMA 系统提供了一个延迟计算的实例。该往返程延迟大约为 100mm或者 384 个码片。串行 RapidIO 协议处理基带卡仅需要 10 个码片,就可满足闭环功率控制延迟的需求。

  同步

  基站收发信台(BTS)同步对系统的稳定性非常重要。在目前的系统中,RF 和基带卡是与非常优异的系统时钟(在 WCDMA系统钟,通常是以30.72MHz 运行)同步的。但是基带卡和 TM 模块间的接口通常与其它用于 T1 或以太网等时钟源的接口同步。从单时钟域到其它时钟域的转换发生在基带卡上的 DSP 等处理模块中。通常,在开始批算法处理之前,DSP 需要积累采样或符号,本质上使之与系统异步。

  同一概念可同


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