構建下一代802.11ac Wave3軟件定義調制解調器(下)

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5    示例1：802. 11ac  4x4，4  個(gè)空間流， 160MHz 配置
5.1 架構
為實(shí)現支持 160MHz 帶寬和四個(gè)收發(fā)空間流的 4x4 Wi-FiMU-MIMO 調制解調器，CEVA 建議的解決方案包含：
? 一個(gè) CEVA-XC4210 內核
?  無(wú)線(xiàn)接口單元，包括四個(gè)前端單元，具有 160 濾波器 擴展
? 時(shí)間頻率單元，只有一個(gè) 512 FFT/IFFT 塊
? 位處理單元，包括六個(gè)維特比解碼器
? 信道估計濾波單元，包括四個(gè)濾波器實(shí)例
? QR 分解單元
? Mac/PHY 接口單元
還提供要在 DSP 內核上實(shí)現的參考軟件。 這種架構高 度靈活，支持修改算法，使其適應更先進(jìn)的方案，并支持添 加新功能，例如允許客戶(hù)區分他們的解決方案。

圖7 SIFS 預算    

圖8 8x8:8-160 架構概述
5.2  運算
根據先前定義的架構，圖 6 在接收  160MHz 4SS VHT 幀的 VHT 部分時(shí)有一定 的處理順序。從 RIU 輸出的每個(gè) OFDM 數據符號推送到 TFU 硬件FFT 的存儲器中，這在每個(gè)天線(xiàn)上依次啟動(dòng)。然后這些 FFT 輸出樣本由 DSP 進(jìn)行處理。DSP 內核專(zhuān)門(mén)負責相位跟蹤、 MIMO 均衡和 LLR 計算。最后，向 BPU 提供軟位進(jìn)行去交 錯和解碼。
在 VHT-LTF 字段上，DSP 計算 4x4 信道估計。然后這16 個(gè)信道系數由 SMU 通過(guò)頻率進(jìn)行濾波處理。為了節省時(shí) 間，這個(gè)過(guò)程依次應用在一半子載波，這意味著(zhù)前一半可由 DSP 處理，而剩余部分則進(jìn)行濾波處理。濾波信道是均衡器 系數計算算法的輸入。這個(gè)復雜的計算通過(guò)三個(gè)步驟進(jìn)行。 首先在 DSP 之外進(jìn)行預處理。然后應用 QR，最后在 DSP 中 完成后處理。
5.3  性能圖 6 的時(shí)序圖說(shuō)明了接收過(guò)程中的硬件/軟件劃分，并重點(diǎn)突出了延遲要求和范圍。眾所周知， 在收到誘發(fā)響應的幀后， Wi-Fi 的一個(gè)主 要約束會(huì )關(guān)聯(lián)到所控制幀（如 ACK）的強制性發(fā)送，這發(fā) 生在被稱(chēng)為 SIFS 時(shí)間的一段時(shí)間后。如圖 7 中的原理圖所 示，在 16us
的 SIFS 期間，Wi-Fi 系統必須依次完成接收幀的 解調，檢查 MAC 層的有效負荷，將射頻從接收轉為發(fā)送， 同時(shí)準備下一次傳輸。由于 MAC 處理的預算時(shí)間是 2us， 并且 RX/TX 周轉時(shí)間也是  2us，因此可以分配12us作為 PHY Rx 處理延遲時(shí)間（即傳輸中的幀結束和有效負荷最后一位 的解碼之間的延遲）。PHY 接收延遲的一個(gè)主要原因是來(lái)自 VHT-LTF 字段的 均衡器系數計算（圖 6 的橙色框）。因
此，對于其延遲不能在接收過(guò)程中減少的單數據符號幀，延遲約束特別嚴格。
延遲約束的另一個(gè)后果是，參與數據處理的每個(gè)系統組件（DSP 和 HWA）必須在不到 3.6us 內完成任務(wù)，以防止在接 收長(cháng)幀時(shí)延遲積累超過(guò) 12 us。圖 6 顯示，CEVA Wave 3 Wi-Fi 解決方案與先前制定的目 標相比有大幅提高。6示例  2：802. 11ac  8x8，8個(gè)空間流， 160MHz 配置在前一節中顯示的 4x4 配置的相同平臺因使用了兩個(gè)CEVA-XC4210 DSP 內核，所以可擴展到最高支持 8x8，8 個(gè) 空間流。由于將 8x8 平臺與 4x4 平臺關(guān)聯(lián)而實(shí)現了最多 12 個(gè)空間流，5GHz 802.11ac 8x8 與 2.4GHz802.11n 4x4 雙頻段并 發(fā)，從而打造了 10Gb/s 802.11ac Wave 3 解決方案。

7 結論
本白皮書(shū)介紹了實(shí)現下一代 802.11 ac Wave 3 的靈活且 可擴展的架構，支持最多 8x8 MIMO 的復雜配置。這個(gè)單一 的可擴展架構滿(mǎn)足了三個(gè)不同的細分市場(chǎng)，即三個(gè)不同的需 求：2x2、4x4 和 8x8。創(chuàng )新的軟件定義架構基于 CEVA DSP，非常靈活，是支 持 MU-MIMO 的 802.11ac Wi-Fi  系統的關(guān)鍵特征。借助更高 的吞吐量及其帶來(lái)的更有效的網(wǎng)絡(luò )利用率，MU-MIMO 很快 將會(huì )變得非
常重要，成為 802.11ac 設備的必備要求。對于預 編碼和功率分配，有許多不同的算法。MU-MIMO 是一個(gè)更 復雜問(wèn)題的一部分，該問(wèn)題涉及 MU-MIMO 用戶(hù)兼容性評 估的鏈路級跨層優(yōu)化。它包括用戶(hù)選擇和調度、快速鏈路自 適應的 PER 評估等。所有這些很大程度上得益于軟件定義 的實(shí)現，因為更革新、更高性能的算法會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移逐 漸實(shí)現。