讓基站為L(cháng)TE規范的實(shí)施做好準備

求必須基于系統的吞吐量要求和產(chǎn)品成功所需要的長(cháng)期成本考慮。隨著(zhù)標準的穩定，最初針對基站設計靈活性的要求應該逐漸居于次要地位，與此同時(shí)，成本成為一個(gè)主要的成功因素。

選擇FPGA，就具備了一條向低成本的結構化ASIC技術(shù)轉移的無(wú)風(fēng)險的路徑，從而大幅度降低成本。例如，Altera公司的HardCopy II技術(shù)提供一種無(wú)縫無(wú)風(fēng)險的從Stratix III FPGA向成本大幅度降低的HardCopy II結構化ASIC轉移的路徑，與此同時(shí)，也提高了系統的性能并降低了功耗。

不斷進(jìn)化的設計

全球的無(wú)線(xiàn)運營(yíng)商目前正使用高速下行鏈路分組接入(HSDPA)，從而使通用移動(dòng)通信系統(UMTS)系統的成功部署成為可能。UMTS向HSDPA的升級類(lèi)似于增強數據率GSM演進(jìn)(EDGE)，它被證明是向GSM網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)有效升級。

HSDPA鎖定的是移動(dòng)多媒體應用，并能夠實(shí)現縮短的延遲，在從基站到移動(dòng)終端的下行鏈路上，峰值數據率高達14Mbps。通過(guò)增加一個(gè)新的高速下行鏈路，并與依賴(lài)于傳輸參數快速自適應的三個(gè)基本技術(shù)共享，就有可能做到這一點(diǎn)。那三個(gè)基本技術(shù)分別是：自適應調制和編碼(AMC)、快速混合自動(dòng)重復請求(ARQ)和快速調度技術(shù)。

高速上行分組接入(HSUPA)不久將追隨HSDPA而步入實(shí)用，這兩種技術(shù)的組合被稱(chēng)為高速分組接入(HSPA)。HSPA有望在21世紀頭十年剩余的時(shí)間內成為占優(yōu)勢的移動(dòng)數據傳輸技術(shù)。為了利用運營(yíng)商在HSPA中的投資，標準組織正調查一系列增強標準，以創(chuàng )造被稱(chēng)為HSPA+的“HSPA演變”標準。

HSPA演變標準是W-CDMA標準的合乎邏輯的發(fā)展，為向全新的3GPP LTE無(wú)線(xiàn)電平臺的發(fā)展提供了一種有效的轉換。LTE在下行鏈路上采用OFDM，目標是在2009年左右開(kāi)始部署。

LTE利用最佳種類(lèi)的無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，以實(shí)現超越實(shí)際CDMA方法的性能水平。LTE系統將與2G和3G系統共存，類(lèi)似于3G與2G系統在一體化網(wǎng)絡(luò )中的共存。同時(shí)，OFDM通信系統的設計持續取得更大的進(jìn)展。OFDM是一種多載波調制方案，它把數據編碼到一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率(RF)信號上。

與傳統的單載波調制方案不同，像幅度或頻率調制(AM/FM)利用一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率一次僅僅發(fā)送一個(gè)信號。OFDM取而代之的是在專(zhuān)門(mén)計算的正交載波頻率上并發(fā)發(fā)送多個(gè)高速信號，結果，在噪聲和其它干擾期間，帶寬的使用效率更高，通信更為魯棒。

在下行鏈路上用于LTE的OFDMA非常適合于在高頻譜帶寬內實(shí)現高峰值數據率。W-CDMA無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的效率與在5MHz的帶寬內傳輸具有大約10Mbps的峰值數據率的OFDM系統的效率大致相同。

然而，以較寬的無(wú)線(xiàn)電信道實(shí)現100Mbps范圍的峰值數據率會(huì )導致終端高度復雜并且以現有的技術(shù)是不切實(shí)際的。正是在這里OFDM提供了一種實(shí)際的實(shí)現優(yōu)勢。

在上行鏈路，純OFDMA方法導致高信號峰值對平均比(PAR)，從而折衷電源效率和最終的電池壽命。因此，LTE利用一種稱(chēng)為單載波頻分多址(SC-FDMA)的方法，它與OFDMA有一定的相似性，但是，比其它技術(shù)如IEEE 802.16e所使用的OFDMA方法有2到6dB PAR的優(yōu)勢。

LTE的目標包括：

在20MHz的帶寬內具有最高100 Mbps的下行峰值數據率；

在20MHz的帶寬內具有最高50 Mbps的上行峰值數據率；

工作于TDD和FDD模式；

可調節帶寬最高為20 MHz，在學(xué)習階段，覆蓋1.25 MHz、2.5 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz和20 MHz。1.6 MHz寬的信道被用于不成對的頻段，在那里TDD方法將被使用；

把HSPA第6版的頻譜效率提高兩到四個(gè)因子；

把延遲縮短為10ms；把用戶(hù)設備和基站之間的往返時(shí)間縮短到小于100ms；縮短從待機到激活的轉換時(shí)間；

LTE有望滿(mǎn)足未來(lái)十年的市場(chǎng)需求。在那段時(shí)間之后，運營(yíng)商可能以L(fǎng)TE技術(shù)為基礎部署第四代(4G)網(wǎng)絡(luò )。目前，尚無(wú)針對4G的官方標準或正式定義，但是，初步研究的重點(diǎn)是能夠傳輸峰值速率為1Gbps的各種技術(shù)，這些技術(shù)完全基于IP協(xié)議，并支持不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )—即4G到3G到WLAN等—之間的完全靈活的網(wǎng)絡(luò )移交。

期望下一個(gè)設計

從寬的視角來(lái)看，基站設計工程師必須提前進(jìn)行一些關(guān)鍵的設計考慮。隨著(zhù)他們進(jìn)入LTE領(lǐng)域，他們應該意識到在無(wú)線(xiàn)電方面存在巨大的變化。作為向LTE轉移的一部分，W-CDMA信號調制將轉向OFDM調制，其特征是不同的。OFDM對于傳輸高吞吐量的數據更為魯棒，但是，與此同時(shí)，加強了基站的吞吐能力。

OFDM還改變了已調制信號的峰值對平均特性，該信號需要采用新的技術(shù)以實(shí)現峰值因數衰減(Crest Factor Reduction, CFR)。此外，對誤差向量幅度(EVM)存在更為嚴格的要求，因此，需要設計工程師特別注意的不僅僅是所使用的算法類(lèi)型、而且包括實(shí)現該算法所采用的器件的類(lèi)型。

在基帶方面，設計工程師必須考慮從W-CDMA轉向OFDM之后數據率不同的問(wèn)題，因為所需要的吞吐量相當高。此外，雖然迄今為止WiMAX的用途一直是數據傳輸，尚未介入語(yǔ)音通信；但是，當語(yǔ)音被引入時(shí)，設計工程師必須做好準備；這類(lèi)似于有線(xiàn)系統的情況，針對語(yǔ)音的服務(wù)質(zhì)量(QoS)跟針對數據的服務(wù)質(zhì)量是不同的。

因為精明能干的基站設計工程師承認LTE設計中所面臨的挑戰，他們將持續依賴(lài)于早期設計中已經(jīng)體驗過(guò)的FPGA的靈活性，并將利用FPGA的更新進(jìn)展來(lái)克服這些令人畏懼的任務(wù)。

FPGA和DSP之間的任務(wù)劃分策略取決于處理要求、系統帶寬以及系統配置和發(fā)射及接收天線(xiàn)的數量。圖1所示為在基于OFDMA的系統—如WiMAX或LTE—中一個(gè)針對基帶物理層(PHY)功能的典型DSP/FPGA任務(wù)劃分圖。

圖1：針對OFDMA系統的DSP/FPGA任務(wù)劃分圖。

通過(guò)合并先進(jìn)的多天線(xiàn)技術(shù)，這樣一個(gè)系統所提供的吞吐量有望在75-100Mps之間?；鶐HY功能可以被清楚地分類(lèi)為比特級處理和符號級處理功能。

本文下面部分將給出對這些功能的總的看法，并介紹如何利用FPGA補助DSP以實(shí)現比特級和符號級功能。

比特級處理

比特級模塊包括隨機化、前向糾錯(FEC)、交錯以及在發(fā)射方面映射到四相移鍵控(QPSK)和四幅度調制(QAM)的功能。

相應地，接收處理的比特級模塊是符號去映射、去交錯、FEC解碼和去隨機化。處理FEC解碼之外，所有的比特級功能都是比較簡(jiǎn)單明了的并且計算強度不高。

例如，隨機化涉及把數據比特與簡(jiǎn)單的偽隨機二進(jìn)制序列發(fā)生器的輸出進(jìn)行模-2加運算。雖然FPGA以固定的總線(xiàn)寬度提供比DSP更為靈活的比特處理能力，但是，低計算復雜性容許DSP管理這些功能。

相反，FEC解碼包括維特比解碼、透平卷積解碼、透平乘積解碼和LDPC解碼，它們的計算強度大，如果采用DSP來(lái)完成，就要消耗大量的帶寬。

FPGA被廣泛地用于卸載這些功能并把DSP解放出來(lái)以完成其它的功能。同一FPGA還可以被用于跟MAC層的接口，并實(shí)現某些低級MAC功能，如加密/解密和鑒權。例如，Altera的低成本Cyclone III FPGA就適合于這樣的DSP協(xié)處理功能。