4G系統中高速總線(xiàn)互連架構的研究與實(shí)現

　　　　3.2　B3G TDD系統平臺架構的需求分析

　?。?）數據傳輸帶寬需求

　　從技術(shù)要求上講，B3G TDD試驗網(wǎng)理論上的最高數據傳輸速率需要達到100Mb/s（此處講理論，是因為實(shí)際的實(shí)現還會(huì )遇到很多問(wèn)題），而在系統內部模塊之間的數據（因為傳輸的數據還要進(jìn)行信道編碼，如卷積和擴頻）肯定要遠遠超過(guò)100Mb/s，而基帶發(fā)送板、基帶接收板與多天線(xiàn)陣列之間的傳輸速率更高，在進(jìn)行系統設計時(shí)需要為其預留較多的帶寬。根據設計，B3G TDD試驗系統各功能單板間每條接口鏈路的數據傳輸能力需要達到2Gb/s，以滿(mǎn)足系統各模塊間信息的交互及數據傳輸。在傳統通信系統設備中常用的 CompactPCI架構，因為采用并行總線(xiàn)方式，總傳輸帶寬最多1Gb/s，而且是各單元共享此帶寬，遠遠不能滿(mǎn)足B3G系統的帶寬需求。

　?。?）模塊聯(lián)結方式

　　B3G-TDD系統分為很多功能較為獨立的模塊，各模塊間再通過(guò)高速串行接口完成模塊間的數據傳輸互聯(lián)，互聯(lián)通道較多，模塊之間的連接如果過(guò)于復雜，不但影響開(kāi)發(fā)的效率，而且還會(huì )在進(jìn)行系統連調時(shí)造成很多不可預知的問(wèn)題。因此B3G TDD系統需要一種配置靈活且便于擴展的總線(xiàn)架構，使各模塊之間的互連需要有穩定的高速數據傳輸功能的同時(shí)，還需要接口比較易于實(shí)現和連調。

　?。?）系統耦合度

　　根據系統的總體框架設計和模塊分配，需要系統各模塊功能比較獨立，特別是研發(fā)各小組所負責模塊之間的連結接口既要完成數據傳輸，又要易于實(shí)現與連調。

　?。?）可擴展性

　　B3G TDD實(shí)驗系統尚處于研發(fā)中，整體的架構上未能完全定稿，系統的處理能力還能得到很大的擴展，因此采用的平臺架構需要模塊化和可擴展性強。

　?。?）時(shí)鐘系統

　　對于B3G TDD實(shí)驗系統來(lái)說(shuō)，系統的同步是非常重要的，因此所設計的架構需要有很強的時(shí)鐘同步功能。

　　4、解決方案

　　鑒于B3G TDD系統需要一套支持高數據吞吐率，高兼容性（兼容各種協(xié)議）并具備高可靠性、可擴展性和智能性的模塊化通用硬件平臺資源，目前通用的并行總線(xiàn)架構的CPCI結構已經(jīng)不能滿(mǎn)足系統的需求，因此，本系統選用先進(jìn)電信計算機架構（ATCA）[3]-[6]作為系統硬件平臺的物理承載，并采用高速的串行接口來(lái)完成各模塊間巨量的數據傳輸；由于國際上尚未制定具體的4G標準，因此也不可能有B3G TDD系統專(zhuān)用的基帶處理芯片，只能采用高性能的FPGA芯片完成很多復雜的數據處理和算法實(shí)現的功能，因此，選用內嵌有千兆位串行收發(fā)器核的FPGA芯片有利于試驗系統中數據處理部分與模塊間高速數據傳輸接口部分的無(wú)縫結合，而各模塊均采用相同的高速串行接口，如RocketlO[7]，能簡(jiǎn)化系統各單元之間的互連協(xié)議，顯著(zhù)地提高系統的開(kāi)發(fā)效率。具體的解決方案：系統框架結構和連接背板采用先進(jìn)的電信計算機架構體系（ATCA），對ATCA架構交換接口的全網(wǎng)格拓撲結構進(jìn)行改進(jìn)以滿(mǎn)足B3G TDD系統的需求；引入高速串行接口RocketlO（單路支持傳輸速率高達3.125Gb/s）作為ATCA的交換接口，來(lái)完成系統各模塊間高速數據傳輸的互連工作，通過(guò)將兩種先進(jìn)的技術(shù)相結合來(lái)搭建一種高性能的B3G TDD系統硬件平臺架構。

　　4.1　ATCA架構的拓撲設計與配置

　　圖1介紹了B3G TDD基站端基帶處理系統硬件總體架構。在基站端涉及到很多系統模塊的互連問(wèn)題，本小節在此主要討論各模塊之間的互連的拓撲結構，各模塊單板上的硬件設計等就不做詳細的敘述。ATCA架構交換接口的拓撲結構從主要分為兩種：星型結構和全網(wǎng)格結構，結構圖如圖2所示：

圖2　交換接口互聯(lián)拓撲

鑒于B3G TDD實(shí)驗系統中各模塊之間數據傳輸速率比較高，如果采用星型結構，那么兩端節點(diǎn)之間的傳輸速率將要求太高，同時(shí)各模塊之間如果全部通過(guò)節點(diǎn)連接，將不可避免的影響系統的整體性能，而且此類(lèi)結構也不適合B3G TDD硬件平臺的系統架構。此外，B3G TDD系統各模塊之間基本上都需要有高速接口互連，而不是都與一個(gè)總的模塊互連，因此，本系統采用的是全網(wǎng)格的拓撲架構，保證每?jì)蓚€(gè)模塊之間都至少有四個(gè)高速互連通道。

　　雖然采用網(wǎng)格拓撲結構，但是各單板插槽之間的互連并不是對稱(chēng)的，一般還是將與臨近模塊互聯(lián)通道多的模塊單板放在A(yíng)TCA架構的邏輯槽1、2的位置。

　　具體如下：將基站端所需要高速串行接口連接最多的模塊交換/時(shí)頻時(shí)序板和基帶發(fā)送板分別置于邏輯交換槽1、2位置，他們與多天線(xiàn)接受陣列、多天線(xiàn)發(fā)送陣列、基帶接收板、MAC處理/接口板之間利用Fabric InterFace高速互連。各單元之間的互連采用RocketlO接口，每個(gè)MGT（RocketlO）均工作于2Gb/s，參考時(shí)鐘為100MHz。