無(wú)線(xiàn)基站中的FPGA和DSP組合

組合的DSP和FPGA確保整個(gè)系統的靈活性，并提供重新可編程性以確定系統缺陷，而且支持不同的標準。DSP和FPGA之間的分配策略依賴(lài)于處理要求、系統帶寬、系統配置、發(fā)射和接收天線(xiàn)數。圖1示出OFDMA基系統(如WiMAX或LTE)中基帶物理層(PHY)功能的典型DSP/FPGA分配。

包含先進(jìn)的多天線(xiàn)技術(shù)，這類(lèi)系統所提供的吞吐量可達到75~100MPS?；鶐HY功能可大致分為位級(bit-level)處理和符號級(Symbol-level)處理功能。

位級處理

位級處理單元包括發(fā)射端的隨機化、前向糾錯(FEC)、到四相相移鍵控(QPSK)和正交調幅(QAM)功能的交織和變換。相應的接收處理位級單元包括符號解變換、解交織、FEC解碼和解隨機性。

除FEC譯碼外的所有位級功能都是相當簡(jiǎn)單的，而且計算不是密集的。例如，隨機性包含數據位的模2加法(借助簡(jiǎn)單偽隨機二進(jìn)制時(shí)序產(chǎn)生器輸出)。盡管FPGA比固定總線(xiàn)寬度的DSP能為位級處理提供更大的靈活性。但是，低計算復雜性允許DSP處理這些功能。相比，FEC譯碼包括Viterbi譯碼、Turbo卷積譯碼、Turbo乘積譯碼和LDPC譯碼是計算密集的，而且DSP處理時(shí)會(huì )消耗有效帶寬。

FPGA廣泛用于卸載這些功能。同樣FPGA也可用到MAC層的接口，以實(shí)現一定的較低MAC功能(如加密/解密和鑒別)。

符號級處理

OFDMA中的符號級功能包括子信道化和解子信道化、信道判斷、均衡和循環(huán)前綴插入以及消除功能。時(shí)間―頻率變換和頻率―時(shí)間變換，分別用于FFT和IFFT實(shí)現。

信道判斷和均衡可以離線(xiàn)執行，這涉及更多有關(guān)控制算法，適合用DSP實(shí)現。相反，FFT和IFFT功能是規則的數據通路功能，這包括非常高速下的復雜乘法，適合于用FPGA實(shí)現。

圖2示出包含在高端FPGA(Altera公司StratixⅡ器件)內的嵌入式DSP單元。DSP處理器通常有多達8個(gè)專(zhuān)用乘法器，而StratixⅡ器件有多達384專(zhuān)用乘法器，提供的吞吐量高達346GMAC，這比現有的DSP高出一個(gè)量級。

當基站采用先進(jìn)的多天線(xiàn)技術(shù)(如空時(shí)編碼STC，聚束和MIMO方法)，FPGA和DSP間信號處理能力的巨大差別更加明顯。OFDM-MIMO組合被廣泛認為是現在和將來(lái)WiMAX和LTE無(wú)線(xiàn)系統較高數據率的關(guān)鍵促進(jìn)因素。

圖1示出應用在基站中的多發(fā)送和接收天線(xiàn)。在這種配置中，對于每個(gè)天線(xiàn)流的符號處理是單獨實(shí)現，在MIMO譯碼執行前產(chǎn)生單個(gè)位級數據流。在串行狀態(tài)用DSP實(shí)現操作時(shí)，符號級復雜性隨天線(xiàn)數線(xiàn)性增加。例如，用兩個(gè)發(fā)送和兩個(gè)接收天線(xiàn)時(shí)，FFT和IFFT功能消耗1GHz DSP近60%(假設變換大小是2048點(diǎn))。相反，用FPG實(shí)現多天線(xiàn)基計算是非常有效的。FPGA提供并行處理和時(shí)間多路轉換來(lái)自多路天線(xiàn)間數據。

多天線(xiàn)方法提供較高的數據率、陣列增益、分集增益和同信道干擾抑制。聚束和空間多路傳輸MIMO技術(shù)也是計算密集的，涉及矩陣分解和相乘。特別的Cholesky分解，QR分解和奇異值分解功能通常是解線(xiàn)性方程組。當這些功能很快用盡DSP能力時(shí)，而FPGA很適合實(shí)現這些功能。利用FPGA的并行性，采用更加成效的心縮式陣列結構方案。

數字IF處理

圖3示出來(lái)自基帶信道極的數據，送到RF板進(jìn)行數字中頻處理，包括數字上變頻(DUC)、CFR和DPD。數字IF擴展了基帶域到天線(xiàn)范圍之外的數字信號處理。這增加了系統靈活性，并降低了制造成本。此外，數字頻率變換比傳流的模擬技術(shù)，能提供更大的靈活性和更高的性能(在衰減和選擇性方面)。