让基站为LTE规范的实施做好准备
来源： 作者： 发布时间：2014-12-30 10:28:50 浏览量：OFDM还改变了已调制信号的峰值对平均特性，该信号需要采用新的技术以实现峰值因数衰减(Crest Factor Reduction, CFR)。此外，对误差向量幅度(EVM)存在更为严格的要求，因此，需要设计工程师特别注意的不仅仅是所使用的算法类型、而且包括实现该算法所采用的器件的类型。
在基带方面，设计工程师必须考虑从W-CDMA转向OFDM之后数据率不同的问电感磁珠题，因为所需要的吞吐量相当高。此外，虽然迄今为止WiMAX的用途一直是数据传输，尚未介入语音通信；但是，当语音被引入时，设计工程师必须做好准备；这类似于有线系统的情况，针对语音的服务质量(QoS)跟针对数据的服务质量是不同的。
因为精明能干的基站设计工程师承差模电感器认LTE设计中所面临的挑战，他们将持续依赖于早期设计中已经体验过的FPGA的灵活性，并将利用FPGA的更新进展来克服这些令人畏惧的任务。
FPGA和DSP之间的任务划分策略取决于处理要求、系统带宽以及系统配置和发射及接收天线的数量。图1所示为在基于OFDMA的系统—如WiMAX或LTE—中一个针对基带物理层(PHY)功能的典型DSP/FPGA任务划分图。
图1：电感生产厂家针对OFDMA系统的DSP/FPGA任务划分图。
通过合并先进的多天线技术，这样一个系统所提供的吞吐量有望在75-100Mps之间。基带PHY功能可以被清楚地分类为比特级处理和符号级处理功能。
本文下面部分将给出对这些功能的总的看法，并介绍如何利用FPGA补助DSP以实现比特级和符号级功能。
比特级处理
比特级模块包括随机化、前向纠错(FEC)、交错以及在发射方面映射到四相移键控(QPSK)和四幅度调制(QAM)的功能。
相应地，接收处理的比特级模块是符号去映射、去交错、FEC解码和去随机化。处理FEC解码之外，所有的比特级功能都是比较简单明了的并且计算强度不高。
例如，随机化涉及把数据比特与简单的伪随机二进制序列发生器的输出进行模-2加运算。虽然FPGA以固定的总线宽度提供比DSP更为灵活的比特处理能力，但是，低计算复杂性容许DSP管理这些功能。
相反，FEC解码包括维特比解码、透平卷积解码、透平乘积解码和LDPC解码，它们的计算强度大，如果采用DSP来完成，就要消耗大量的带宽。
FPGA被广泛地用于卸载这些功能并把DSP解放出来以完成其它的功能。同一FPGA还可以被用于跟MAC层的接口，并实现某些低级MAC功能，如加密/解密和鉴权。例如，Altera的低成本Cyclone III FPGA就适合于这样的DSP协处理功能。
符号级处理
在OFDMA系统中的符号级功能包括：子通道化和去子通道化、通道估值、均衡和循环前缀插入及移动功能。时域到频域的转换和反向转换分别利用FFT和IFFT来实现。
通道估值和均衡可以离线执行，并且涉及更适合于DSP的更多控制导向的算法。相反，FFT和IFFT函数是常规的数据路径函数，涉及以非常高速度进行的复杂乘法，并且更适合于在FPGA上实现。
对于设计工程师来说，重要的是掌握DSP在实现高速系统性能的应用中不能通过简单地嵌入专用乘法器来实现。更恰当地说，它是高性能乘法器、性能匹配逻辑结构和在先进FPGA中实现的路由架构的总的结果。
图2所示的Stratix III DSP模块是一个高性能硅架构，它所具有的重要的可编程贴片电感能力将为许多应用提供最优化的处理。
每一个DSP模块提供8个18 x 18乘法器，以及寄存器、加法器、减法器、累加器和在典型的DSP算法中频繁需要的总和单元函数。该DSP模块完全支持可变比特宽度和不同的舌入及饱和模式，从而有效地满足先进的无线电应用的严格要求。
图2：在FPGA中的嵌入式DSP模块。
DSP处理器通常有最多8个专用的乘法器，其中，Stratix III器件将提供多达768个18x18的专用乘法器，所提供的吞吐量高达500 GMAC，比现有的DSP要高一个数量级。
当处理采用了先进的多天线技术—如空时编码(STC)、波束形成和MIMO方案—的基站时，FPGA和DSP之间在信号处理能力上如此重大的差异更加明显。
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