Bertan Tezcan和Bill Beane，IDT公司   　　过去的十年里，无线基站设计者们在努力降低成本、功耗和占板空间方面已经取得了巨大进展。对于这些设计者来说，3G 基站开发的目的非常明确：以十分之一的成本实现十倍的带宽。

　　处理基带算法所需的处理能力随着新的无线协议的出现正在不断增加。如图 1 所示，传统数字信号处理器（DSP）的速度无法实现基带处理，因此需要硬件加速来补充DSP²。一个典型架构可能由一系列的数字信号处理器和基带卡上的硬件加速器模块构成，这里需要多通道处理。
　　今天的基站通常依赖于一种连续处理方式，每个模块和处理是按时间排序的。该架构通常看起来如图表 2所示。一个码片速率处理器（CRP）连接到时间片背板，并从 RF 卡接收“采样”。
　　在与 CDMA 相关的系统（例如 WCDMA、CDMA2000）中，采样常常通过并行存储器接口转换成码片，并最终在转换到 DSP 之前变成符号。DSP 可执行诸如错误校正和语音/数据通道处理的“符号率处理”。

　　在正交频分复用（OFDM）系统中（例如 802.16x、WiMAX），OFDM PHY 代替了CRP。OFDM PHY 在把符号交给 DSP 之前执行   同步和 FFT。DSP 执行与CDMA 架构相似的运算。

　　该架构不具备 ASIC 的可升级性，DSP 处理分配是以设计时间来确定的，而且与硬件的选择密切相关。结果，某些基站中的一些 DSP 和 CRD 可能不能充分利用，但这种低效率是允许存在的，因为在运行时间内把资源从一个处理模块转移到另外一个处理模块是非常困难的。

　　超微基站、微基站和大型基站具有相同的架构是很困难的，因为在一个给定的应用中进行 CRP 和 DSP 的算法开发是一个巨大的挑战。为了增加一点性能就可能需要添加一组新的 CRP 和 DSP。

　　在某些架构中，一个CRP 连接到背板（RF 卡），其他CRP接口与第一个CRP（上行卡）交谈。这要求背板接口 CRP 有不同的设计，因为把同样的设计复制到子 CRP 上会降低效率并减少开发 CRP 的投资回报。

　　CRP 和 DSP 之间的存储器接口对于系统软件也是一个问题。标准存储器接口的双向性使充分利用这个互连更为困难。一般的基带算法对于一个可能采用双向接口的不确定延迟是很敏感的。

　　新兴的应急标准
 
　　最近几年业界已出现一些基于标准的成果，促进了系统和网络级的模块化，考虑到了具有成本效益的重用工程设计成果和可升级架构。

　　这种趋势的一个最好的例子是开放式基站架构发起组织（OBSAI）。OBSAI 利用基站3中每个模块之间的标准接口定义了模块化基站架构。

　　OBSAI 发布 6 个月后，一个竞争性的标准通用公共无线接口（CPRI）也启动了。比 OBSAI 更为简单的 CPRI 专注于 UMTS 基站，它通过标准数字接口4将它划分为 RF 和控制模块连接。

　　为了在机架级满足网络设备制造商和服务提供商的需求，PCI 工业计算机制造商组织（PCI-MG）定义了一个标准机架尺寸，叫做先进电信计算架构（ATCA）5。

　　无线基站应用中的 DSP 刀片的数据处理和协议管理需要高度简化和高速的互连。这些计算密集的嵌入式应用要求系统以一种紧密连接的 DSP阵列快速转移信号处理器之间的数据。这个连续的作为开放式标准开发的 RapidIO 6 规范是专门为满足高性能嵌入式系统需要设计的。

　　sRIO 标准通过把这些优势扩展到板卡级，补充了 OBSAI、CPRI 和 ATCA标准带来的机架和系统级的模块化优势。OBSAI 和 CPRI 都没有在基站设计里定义线卡接口。

　　此外，sRIO 对 DSP 集群的高度调整支持使设备设计者可以一种具有成本效益的方式开发非常灵活和具有升级性的架构，而且这种方式在 FPGA 或基于 ASIC 设计中不能轻易地复制。例如，使用sRIO 的基站设计者可为微蜂窝应用建立一个 DSP 密集的系统，实现新技术的快速部署，以支持广泛的应用，从而在缩小解决方案中重新使用许多原来的设计，实现大型或超微蜂窝环境，以最具有成本效益的方式提供理想的饱和度和密度。

　　最重要的是，通过集成控制和数据流, 同时从处理器中卸载简单和费时的任务, 和区分数据流的优先级高低, sRIO简化了处理器间的通信。
　　化零为整 　　那么，下一个问题是：我们怎样将这些放在一起为基站开发服务？为了得到完整的基带卡设计将失去哪些东西呢？

　　在探究下一代架构以前，我们先来看看针对基站的算法协议划分。

　　 浅蓝 {MOD}方框表示基于CDMA（UMTS、CDMA2000等）基带收发器所需的数学运算。理想的基带卡包括FPGA或ASIC形式的DSP集群和硬件加速模块（或CRP）。图3显示了DSP和CRP的算法划分。根据基带卡的处理要求可能需要多个DSP和CRP，因此这些模块需要连接起来。基于OFDM的算法可以采用相同的划分和观察方法。  
　　图3中的串行RIO 和CPRI/OBSAI 接口用红线标出。图4显示串行 RIO 用来连接基带卡上的多个处理模块。图3中也显示了采用算法划分接口。图中接口旁的绿 {MOD}方框是接口和算法之间数据格式化所需的，例如符号位扩展、采样/符号的封包化，以及求和前的多封包对齐（来自多个CRP）。这些功能需由该接口的临近器件执行。问题出现了：什么是处理这些划分的最佳架构呢？

　　图4显示了接近理想化的下一代基带卡。交换接口元件（FIC）将 CPRI/OBSAI转换成sRIO，剩下的基带卡接口就是sRIO，但是单个sRIO交换是无法满足处理特殊运算要求的。在基带卡上有两种不同的流量：
　　1. FIC和CRP之间：有确定性计时的高速流量（扩展采样）。这个链接的延迟需要确定以支持基站中的计时要求。信息包被多点传送到上行线的多个CRP，而后在下行线求和。
　　2. CRP和DSP之间：在延迟方面灵活得多，更低的带宽(符号)流量，控制和维护包更少。

　　常规的 sRIO 交换需要加法器和同步器件的支持，这些器件可根据多个CR   P排列信息包，进行上行线求和，然后多点传送到上行线上的CRP。

　　不同器件和算法对不同的采样和符号大小产生影响。例如，CPRI 规定采样大小在 8比特到40比特之间。处理器的采样大小则为8、16或32比特。同样，不同算法要求特殊排列顺序的采样（I-Q集合或分开、利用常规采样或分开的过采样集合，等等），因此这些数据格式化运算需要在CRP和DSP中进行。根据对DSP和CRP的选择，系统设计师需要注意有许多类似的运算组合，处理器可能会损耗许多MIPS来进行此类运算。

　　根据系统的不同基带卡尺寸可以从大到小。Micro-TCA 尺寸可以和基站中各种不同的卡非常接近。这将赋予设计师建立大型和不同的可互换模块的选择，以满足通信设备制造商的需要。

　　该架构同时支持灵活和可扩展的基站设计：

　　1.灵活性：用OFDM PHY取代CRP，相同的设计可在基于CDMA 和 OFDM 的系统中使用。
　　2. 可扩展性：CRP和DSP的数目可以轻易改变，以适应超微型和大型基站的相同设计。由于该架构不再与算法紧密相关，流量和处理能力可以在运行中同时从一个器件转换到另一个。

　　结论

　　3G无线网络的发展正处在一个十字路口。用户期待以更低的成本得到更高水平的服务。目前，三重服务中的带宽和性能要求将需要越来越先进和复杂的基站设计。

　　要在降低成本的同时满足这些需求，关键在于采用模块化和基于标准的架构。通过采用诸如 ATCA、OBSAI 和CPRI的新的业界标准，以及利用高度灵活的设计和采用sRIO 接口的基于DSP的阵列，基站设计师可以用用户可接受的成本结构提供更高性能的下一代无线服务。

　　Bertan Tezcan 是IDT公司系统技术组的高级系统架构师

　　Bill Beane 是IDT 流量控制管理部高级产品经理