基于SERDES收發(fā)器和CPRI的電信系統低延遲變化設計

　　采用基于SERDES的FPGA混合結構，還需要橋接FIFO來(lái)支持從高速PCS時(shí)鐘到FPGA時(shí)鐘域的轉換。通過(guò)設計，這個(gè)FIFO可導致多達2個(gè)并行時(shí)鐘周期的延時(shí)變化。在2.488Gbps的線(xiàn)速下，PCS并行時(shí)鐘以該速率的十分之一運行，時(shí)鐘周期大約為4ns。因此，FIFO(TxRx)的每個(gè)方向上都有±8ns的最大延遲變化，這導致一共±16ns的延遲變化。

　　使情況變得更糟糕的是設計者沒(méi)有預見(jiàn)到這些延時(shí)變化。因此不能在系統級估計和補償這些變化，在支持諸如分集傳輸和GPS服務(wù)時(shí)，這是主要的問(wèn)題。

　　圖4：橋接FIFO導致的延時(shí)變化。

　　針對基于FPGA的傳統嵌入式SERDES/PCS，表1總結了導致整個(gè)執行時(shí)間發(fā)生的主要因素，并與CPRI規范進(jìn)行了比較。分析這些數目，可很清楚看到字對齊和橋接FIFO對大的延時(shí)變化起主要作用，導致超過(guò)規范的來(lái)回行程延時(shí)容忍度。

　　幸運的是，通過(guò)對傳統的實(shí)現做一些小的修改就可以解決這個(gè)問(wèn)題。用戶(hù)可以繞過(guò)嵌入式數字PCS功能，在FPGA中實(shí)現這些邏輯。因為現在的邏輯運行在單個(gè)FPGA時(shí)鐘域中，所以這個(gè)方法不再需要橋接FIFO，并且設計者可以訪(fǎng)問(wèn)導致延時(shí)的字對齊電路。在FPGA邏輯里可以通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)寄存器的方式來(lái)獲得字對齊電路測量到的延遲信息，而從在系統級針對延時(shí)變化進(jìn)行補償。這些補償允許無(wú)線(xiàn)頭之間在指定的窗口內進(jìn)行傳輸以支持前面提到的業(yè)務(wù)，諸如分集傳輸和GPS。圖5給出了低延遲設計的實(shí)現方案，關(guān)鍵元件都在FPGA邏輯中實(shí)現。

　　如果采用這個(gè)推薦的實(shí)現方案，則不再需要導致大的延時(shí)變化的單元，即省去了橋接FIFO?？稍L(fǎng)問(wèn)字對齊電路的寄存器使用戶(hù)能計算并進(jìn)行系統級補償，以確保不同無(wú)線(xiàn)頭的傳輸都在規定的時(shí)序窗內進(jìn)行。當然，模擬SERDES和CPRI IP，或者設計本身仍然存在延時(shí)，但此時(shí)整個(gè)配置的精確度已得到大大改善，可以在多跳應用中使用。該方案占用的器件資源很小，新的模塊只需幾百個(gè)LUT。表2列出了這個(gè)配置中新的延時(shí)變化?？梢钥吹娇偟难訒r(shí)變化大大下降。對單跳來(lái)說(shuō)這很容易滿(mǎn)足來(lái)回行程延時(shí)規范，對支持多達4級的多跳應用是足夠的低。

　　圖5：低延遲設計的實(shí)現方案，其中關(guān)鍵元件都在FPGA邏輯中實(shí)現。

　　使用FPGA的另外一些優(yōu)點(diǎn)

　　許多年來(lái)FPGA是無(wú)線(xiàn)工業(yè)獲得成功的一部分。從簡(jiǎn)單的粘合邏輯功能和基帶濾波器到更復雜的功能，例如在如今RRH設計中所需要的數字上變頻、數字下變頻、峰值因子衰減和數字預失真，充分利用了FPGA的靈活性和產(chǎn)品快速上市的優(yōu)點(diǎn)。嵌入式DSP塊、嵌入式存儲器和高速串行I/O(SERDES)的特性與無(wú)線(xiàn)設備供應商的新需求需要完美地吻合。隨著(zhù)可實(shí)現CPRI功能的低成本器件的引進(jìn)，例如LatticeECP2M FPGA系列，基站設計者有了有力的杠桿，在可編程平臺上集成了系統級的功能，還有除了技術(shù)功能以外的關(guān)鍵因素：低成本、低功耗和小的器件尺寸。

　　本文小結

　　遠程基站拓撲結構在功耗、部署的靈活性、更小的固定面積，以及更低的CAPEX和OPEX方面系統供應商提供了許多優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)集成和靈活的低成本平臺能滿(mǎn)足新興且不斷變化的規范非常關(guān)鍵，低成本FPGA對滿(mǎn)足這些需要是理想的選擇。對基于FPGA的CPRI實(shí)現用于RRH拓撲結構有一些批評意見(jiàn)，主要是說(shuō)它們不能夠符合CPRI所要求的精確鏈接規范。本文說(shuō)明了事實(shí)并非如此，事實(shí)上，甚至可以輕松地支持多跳RRH拓撲結構。因此，可編程低功耗解決方案且非常誘人的價(jià)格是下一代BTS開(kāi)發(fā)是最好的方法。