利用串行RapidIO交換機(jī)設(shè)計(jì)模塊化無線基礎(chǔ)系統(tǒng)

本文將討論串行RapidIO交換機(jī)結(jié)構(gòu)，特別是新型IDT預(yù)處理交換(PPS)在支持DSP、FPGA或ASIC等關(guān)鍵元件在無線基礎(chǔ)設(shè)施解決方案的開發(fā)方面的優(yōu)勢。這可以通過一個(gè)針對未來基帶卡(baseband card)的理想架構(gòu)來展示，基帶卡是無線設(shè)備供應(yīng)商試圖改善性能并降低成本的關(guān)鍵部分之一。我們將詳細(xì)討論這個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，以及與這些新系統(tǒng)有關(guān)的板卡級(jí)問題，并為設(shè)計(jì)者提出利用集中式基帶交換機(jī)(baseband switch)的并行功能來獲得最高性能效率的建議。

基站收發(fā)信臺(tái)架構(gòu)

圖1顯示了一個(gè)近乎理想的基站收發(fā)信臺(tái)(BTS)架構(gòu)，可支持串行RapidIO互連，提供一個(gè)可支持CPU、DSP、FPGA或ASIC的結(jié)構(gòu)。在這種類型的架構(gòu)中，設(shè)計(jì)者在各種處理端點(diǎn)(endpoint)之間分配主要應(yīng)用任務(wù)的功能劃分方面有廣泛的靈活性。該架構(gòu)也易于支持?jǐn)U展，有助于滿足具體應(yīng)用根據(jù)性能和成本要求對端點(diǎn)數(shù)量的增減處理。

基帶交換機(jī)是基帶卡的核心。它可以把DSP與基帶處理器連接起來，例如用于CDMA系統(tǒng)的碼片率處理器(CRP)。如果DSP可以進(jìn)行碼片率處理等，就可以簡化FPGA或ASIC，甚至在某些情況下就可以不再使用。

此時(shí)，它也可以獲得串行RapidIO帶給應(yīng)用固有的元件級(jí)和板卡級(jí)互連的好處。無線基站里的DSP刀片需要高度簡化和高速互連，來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)議管理。這些計(jì)算密集的嵌入式應(yīng)用需要系統(tǒng)在信號(hào)處理器和緊密連接的DSP陣列之間快速移動(dòng)數(shù)據(jù)，開放標(biāo)準(zhǔn)串行RapidIO規(guī)范專門可滿足高性能嵌入式系統(tǒng)的需求。

圖1：靈活的架構(gòu)可以根據(jù)需要增加或減少CRP/DSP。

傳統(tǒng)上，基帶卡都是使用外部存儲(chǔ)器接口等簡單接口在芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)或采樣(sample)的傳輸。這種方法對軟件的要求很高，因?yàn)樗且环N“拉”式接口，其雙向特性會(huì)使帶寬利用率降低到25%。

為了確?；鶐Э梢詳U(kuò)展到更高速度，設(shè)計(jì)者需要一種新的串行接口。這種串行接口必須比存儲(chǔ)器接口更智能。同時(shí)，它也必須具有初始化和與多處理模塊通信的能力。該功能需要基帶卡上有可自動(dòng)識(shí)別和初始化的器件，以及使這些器件可以靈活通信的協(xié)議。該協(xié)議必須支持確認(rèn)的和非確認(rèn)的推拉式通信和帶內(nèi)中斷，以便訪問軟件。開發(fā)基帶算法軟件本身就是一個(gè)挑戰(zhàn)性的工作。理想的協(xié)議將使軟件程序員不必再重復(fù)開發(fā)一個(gè)通信協(xié)議。

如上所述，串行RapidIO是專為滿足這些需求而量身定制的，Altera、飛思卡爾、IDT、TI和賽靈思等公司都已提供了各種集成電路。串行RapidIO也可為圖1中描述的基帶架構(gòu)的開發(fā)提供支持。

串行RapidIO標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充了開放式基站架構(gòu)發(fā)起組織(OBSAI)、通用公共無線電接口(CPRI)和先進(jìn)電信計(jì)算架構(gòu)(ATCA)帶給機(jī)箱和系統(tǒng)級(jí)的模塊化優(yōu)勢，這是通過將這些優(yōu)勢擴(kuò)展到板卡和元件級(jí)實(shí)現(xiàn)的。OBSAI和CPRI都沒有規(guī)定基站設(shè)計(jì)中的線卡接口。

此外，串行RapidIO對DSP集群高度靈活的支持使設(shè)計(jì)者可以具有成本效益的方式開發(fā)極其靈活和可擴(kuò)展的架構(gòu)，這種方式在初期不能被簡單地復(fù)制，是一種基于FPGA或ASIC的設(shè)計(jì)。例如，基站設(shè)計(jì)者可采用串行RapidIO為宏蜂窩應(yīng)用開發(fā)一個(gè)DSP密集的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新技術(shù)的快速應(yīng)用，以支持更大的區(qū)域覆蓋。然后重復(fù)利用原來設(shè)計(jì)中的絕大部分，用于微蜂窩或微微蜂窩環(huán)境的小規(guī)模解決方案，這樣就可以具有成本效益的方式滿足預(yù)期的飽和度及密度。

最重要的是，串行RapidIO可通過集成控制和數(shù)據(jù)流量，將簡單而耗時(shí)的任務(wù)從處理器卸載，以及區(qū)分高低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流量來簡化處理器之間的通信。

回到圖1的架構(gòu)，基帶交換機(jī)也可通過CPRI/OBSAI或使用專用接口(基于LVDS)連接射頻卡，該接口通?？芍С指咚俨蓸恿髁?。速率可高達(dá)3,072Mbps(CPRI定義)，且該系統(tǒng)可支持多種形式的類似鏈路，通常每個(gè)射頻卡可對應(yīng)一個(gè)鏈路。