LSI多模無線基站系統(tǒng)解決方案(08-100)

Multimode wireless based station system selution

作者：沙鐵軍 LSI 存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部中國市場經(jīng)理

關(guān)鍵詞：LSI通信基站

　　移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)不斷推進(jìn)無線標(biāo)準(zhǔn)的加速演進(jìn)，其目的就是不斷支持更高的帶寬和業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量QOS，以更好的支持移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。
　　不斷快速的無線基站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)主要向兩個(gè)方向發(fā)展： 一是多種無線模式的支持(TD-SCDMA,WCDMA,Wimax, 等)，直至最終LTE的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如何同時(shí)支持多模式基站將是無線運(yùn)營商即將面臨的部署挑戰(zhàn)。另外一個(gè)就是無線寬帶的流量的增長正推進(jìn)無線回程網(wǎng)絡(luò)的容量和成本，解決的辦法就是不斷采用從TDM到低成本全I(xiàn)P回程網(wǎng)絡(luò)，對無線運(yùn)營商需要持續(xù)不斷的降低CAPEX和OPEX。 上述兩個(gè)因素必將對基站的技術(shù)革新提出需求。

　　圖1 目前單模基站建設(shè)的產(chǎn)業(yè)鏈狀況

　　如上圖1 產(chǎn)業(yè)鏈所示，如果各個(gè)運(yùn)營商和制造商均采用專用單模式基站結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營，不可避免會(huì)出現(xiàn)整個(gè)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)資源重復(fù)建設(shè)，運(yùn)營商居高不下的高CAPEX和OPEX問題加劇。對于設(shè)備制造商商而言，需要研發(fā)的投入也會(huì)相應(yīng)居高不下，這顯然不是和諧網(wǎng)絡(luò)建設(shè)所愿意看到的局面。
　如何實(shí)現(xiàn)上述尷尬局面，LSI公司提出多模式無線基站支持會(huì)有效的解決該問題，從而實(shí)現(xiàn)和諧的網(wǎng)絡(luò)。如圖2 所示。
　　基于LSI核心芯片和軟件的多模基站的主要特點(diǎn)是：
　　·遠(yuǎn)程軟件可配置;
　　·極大所建 R&D投入 ;
　　·緊湊,低成本,低功耗;
　　·全I(xiàn)P 回程優(yōu)化。

　　圖2 LSI 多模基站方案

基于LSI芯片的多模基站系統(tǒng)整體解決方案如圖3所示。

　　圖3 LSI多模基站系統(tǒng)整體解決方案

　　全I(xiàn)P回程優(yōu)化包括TDM業(yè)務(wù)IP化，分組時(shí)鐘同步IP化。
　　在對TDM業(yè)務(wù)支持上，目前一般采用MLPPP/MCPPP和PWE3(Pseudo Wire Emulation Edge to Edge,端到端偽線仿真)的方式。偽線PW的主要功能包括:將業(yè)務(wù)封裝成分組包，將這些分組包通過路徑或隧道(例如MPLS隧道)傳送到網(wǎng)絡(luò)對端，管理分組包的次序和同步等。目前TDM PWE3支持結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化兩種模式,封裝支持MPLS格式，非結(jié)構(gòu)化的封裝符合RFC4533(SATOP，Structure-agnostic Time Division Multiplexing over Packet， 基于分組的非結(jié)構(gòu)化時(shí)分承載)，結(jié)構(gòu)化的封裝符合RFC CESOP(Circuit emulation Service over PSN,基于分組交換網(wǎng)的電路仿真業(yè)務(wù))協(xié)議。

　　圖4 LSI 無線基站TDM PWE3(SATOP/CESOP)解決方案

　　分組時(shí)鐘同步的需求是3G/LTE等分組業(yè)務(wù)對于組網(wǎng)的需求，包括時(shí)間同步，頻率同步兩類。 不同的無線3G制式對同步要求不同， TD-SCDMA、CDMA2000需要時(shí)間和頻率都要同步，WCDMA僅僅需要頻率同步。 頻率同步都需滿足50PPB. 就時(shí)間同步而言，CDMA2000和TD-SCDMA的要求非常高，誤差在3μs以內(nèi)(-1.5 ~1.5μs)。4G相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有更高要求如Wimax TDD甚至要求在1μs內(nèi)，目前LTE標(biāo)準(zhǔn)化也傾向時(shí)間同步方式。
　目前實(shí)現(xiàn)方式，主要有以下兩種方式：
　　·同步以太網(wǎng)： 通過徹底改造升級(jí)現(xiàn)有以太網(wǎng)絡(luò)，使得分組網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)同步，也就是以太網(wǎng)同步。在這種方式下，時(shí)鐘采用專用數(shù)據(jù)包傳送SSM(同步狀態(tài)信息)的以太網(wǎng)物理層傳送，采用類似SDH同步機(jī)制，從而支持時(shí)鐘質(zhì)量分類，這要求網(wǎng)絡(luò)所有網(wǎng)元都必須支持ITU G.8261 或者同步以太網(wǎng),而且僅僅傳送頻率同步。
　　·IEEE1588 V2(TOP，Timing Over Packet)： 時(shí)鐘通過報(bào)文傳送，需要源和宿端都支持IEEE1588，不僅可以解決時(shí)鐘頻率的問題還可以通過時(shí)間戳(Timing Stamp)方式解決時(shí)鐘的時(shí)間傳遞問題，需要所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均支持該協(xié)議。
　　LSI通過APP3000和相關(guān)軟硬件即可實(shí)現(xiàn)上述兩種分組時(shí)鐘的傳送。
　　基于LSI芯片的多模基站子系統(tǒng)解決方案
　　多模基站網(wǎng)絡(luò)接口卡的設(shè)計(jì)

　　圖5 基于LSI APP3000的基站網(wǎng)絡(luò)接口卡

　　LSI采用可編程 LLP 及 APP3000 器件系列在單個(gè)平臺(tái)解決方案中實(shí)現(xiàn) 2/2.5G 與 3G/4G 回程的整合。LLP可提供 ATM-TC/IMA、AAL1、HDLC、ML/MC-PPP 與 Abis/碼制轉(zhuǎn)換器與速率適配單元 (TRAU) 成幀功能，而 APP300 網(wǎng)絡(luò)處理器則可以針對 UMTS R4/5/6 處理 ATM、AAL2/5 以及 ATM/IP 交互，并與 IP 相關(guān)的協(xié)議棧，如 IP/UDP/PPP-MUX 等。尤其是 APP3000 可以處理混合流量類型并支持報(bào)頭壓縮與多路復(fù)用協(xié)議，如用于提高回程效率的點(diǎn)對點(diǎn)多路復(fù)用 (PPP-MUX) 與壓縮用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 (cUDP)。
　　LSI的解決方案對于 RNC 和基站都應(yīng)用還具有極高的可擴(kuò)展性。各種可用器件能夠滿足 RNC和基站 對更高帶寬與信道數(shù)量需求同時(shí)保持向今后LTE平滑過渡的接口等，并同時(shí)保持軟件兼容性。同時(shí)LSI還可提供基于內(nèi)容安全防止病毒,垃圾郵件的Tarai內(nèi)容處理器解決方案，也可以和APP一起提供具有更高電信級(jí)安全的產(chǎn)品.

　　圖 6 LSI 的APP3000內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　LSI 產(chǎn)品提供業(yè)界一流的軟件開發(fā)環(huán)境。APP3300 系列提供業(yè)界最高效的應(yīng)用開發(fā)模型。通過整合高級(jí)編程語言、應(yīng)用級(jí) API、參考代碼庫和強(qiáng)大可靠的開發(fā)套件，利用 APP3300 能開發(fā)出特性豐富的應(yīng)用，而且有助于大幅縮短開發(fā)時(shí)間。周期精確型模擬器和軟件流量生成器使用戶能在實(shí)驗(yàn)室硬件工作之前就構(gòu)建、運(yùn)行并調(diào)試應(yīng)用，從而確保無線基站系統(tǒng)軟硬件開發(fā)工作同步進(jìn)行。
　　LSI無線多模基帶線卡解決方案
　　2008年4月LSI公司正式發(fā)布了全新的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案StarPro2600系列多核無線基帶處理器。該系列基帶處理器主要包括StarPro2603和StarPro2612兩款產(chǎn)品。該產(chǎn)品的強(qiáng)大處理能力和豐富的接口使其可以勝任各種無線的應(yīng)用。采用它們可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前業(yè)界每通道最低成本和最低功耗的無線基站。LSI提供了基于該系列處理器的完整的無線基站解決方案，包括多種音，視頻編解碼器在內(nèi)的軟件功能模塊，操作系統(tǒng)支持和板級(jí)硬件參考設(shè)計(jì)。StarPro2600系列處理器同時(shí)也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于GSM，GPRS和EDGE的基帶處理。

　　圖7 基于LSI SP2603的基帶板卡設(shè)計(jì)

　　基帶信號(hào)處理器
　　StarPro2603和StarPro2612分別簡稱為SP2603和SP2612。SP2612是4個(gè)SP2603的MCM封裝。每個(gè)SP2603都有獨(dú)立的JTAG、GE、TDM、EMI和I2C接口。4個(gè)SP2603共享一個(gè)PCI總線。運(yùn)行在600MHz工作頻率的SP2603可以提供高達(dá)7200MMAC + 300MIPS的運(yùn)算能力。而SP2612的處理能力更是SP2603的4倍。
　　SP2600芯片的包處理子系統(tǒng)加多個(gè)DSP子系統(tǒng)的構(gòu)架，豐富的片上存儲(chǔ)器資源和靈活的接口以及先進(jìn)的制造工藝，使得它們成為了理想的媒體網(wǎng)關(guān)處理芯片。
　　首先SP2600采用的多核的構(gòu)架相對于無線基站有著巨大的優(yōu)勢：
　　第一 多核的設(shè)計(jì)可以在大幅降低工作時(shí)鐘頻率的情況下達(dá)到單核處理器相當(dāng)?shù)奶幚砟芰�。而較低的時(shí)鐘頻率意味著較低的功耗和較小的芯片面積。
　　第二 相對于單核芯片，多核芯片減少外部輔助器件的數(shù)量，同時(shí)也降低了每個(gè)CPU所需要的電路板空間。
　　第三 多核器件中的內(nèi)核共享同一個(gè)內(nèi)存子系統(tǒng)，所以它們可以共享內(nèi)存中的內(nèi)容。因此，如果各內(nèi)核運(yùn)行同一個(gè)應(yīng)用，那么共享同樣代碼和數(shù)據(jù)就可以縮減所需的內(nèi)存數(shù)量，從而進(jìn)一步降低成本。
　　進(jìn)一步來說SP2600不僅集成了多個(gè)DSP內(nèi)核，而且還集成了ARM11 內(nèi)核在專用硬件的支持下專用于包處理，這就使得DSP內(nèi)核可以專注于密集的數(shù)學(xué)運(yùn)算從而發(fā)揮出它們作為數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)勢而達(dá)到很高的實(shí)際運(yùn)算能力。對于無線基本語音業(yè)務(wù)，SP2600豐富的片上資源可以滿足高密度的語音處理需求而無需外部存儲(chǔ)器，這樣就進(jìn)一步簡化了系統(tǒng)，節(jié)省了成本。
　　正在興起或即將出現(xiàn)的無線寬帶的服務(wù)如寬帶語音，視頻點(diǎn)播，視頻會(huì)議，移動(dòng)電視則更可以發(fā)揮出SP2600的強(qiáng)大的處理能力。首先SP2600中使用的DSP內(nèi)核加上較大DSP內(nèi)核的本地存儲(chǔ)器十分適合于圖形處理，其次無論在芯片內(nèi)部還是在IO口上SP2600芯片都有著很高的帶寬，大量的無線視頻數(shù)據(jù)可以自由的通過，而高速的外部存儲(chǔ)器接口則可以滿足無線高清晰圖像數(shù)據(jù)的存取需要。
　　同樣從軟件設(shè)計(jì)來說多核的構(gòu)架由于通常采用共享內(nèi)存，可以方便地在各個(gè)內(nèi)核之間轉(zhuǎn)移任務(wù)從而能夠勝任需要大量的硬件資源的任務(wù)，可以把任務(wù)分解成連續(xù)的子任務(wù)，并在各內(nèi)核之間進(jìn)行調(diào)度實(shí)現(xiàn)。
　　LSI之未來無線基站趨勢展望
　　隨著無線網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，在4G LTE網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)更加IP化、扁平化，無線基站的數(shù)目相比較3G、WCDMA/TDS-CDMA會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過數(shù)倍，在LTE基站的扇區(qū)數(shù)也會(huì)高于目前WCDMA。因?yàn)楦咚俚臄?shù)據(jù)流量需要更多扇區(qū)，更好的空中無線信號(hào)為依賴。由此，扇區(qū)的半徑大小就會(huì)自然受限于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由此需要更靈活、更具性價(jià)比和便于安裝的無線基站設(shè)備單元。
　　無線基站業(yè)內(nèi)發(fā)展之趨勢主要向高緊湊可堆疊盒式設(shè)備發(fā)展，由此可帶來以下優(yōu)點(diǎn)：
　　·極大地降低基站設(shè)備門檻價(jià)格;
　　·增強(qiáng)可擴(kuò)展性而無需為額外的機(jī)架機(jī)框投入;
　　·降低功耗,支持綠色低功耗網(wǎng)絡(luò)建設(shè);
　　·增強(qiáng)與射頻拉遠(yuǎn)(RRH)單元的靈活性。
　　采用盒式堆疊設(shè)備可減輕設(shè)備重量,也為靈活選址安裝提供的更高靈活性。
　　同時(shí)，無線接入側(cè)對于內(nèi)容安全和病毒防御也會(huì)有趨向邊緣化趨勢，采用DPI(深度包檢測)技術(shù)也會(huì)有一定的市場需求，特別是對數(shù)據(jù)安全比較敏感的地區(qū)和網(wǎng)絡(luò)。LSI提供的Tarai處理器可以實(shí)現(xiàn)無線基站的DPI檢測。
　　LSI提供面向下一代無線基站的高集成度的通信網(wǎng)絡(luò)處理器和基帶信號(hào)處理和安全處理器，一直致力于技術(shù)創(chuàng)新來更好的解決目前和將來無線基站的具有高可靠度，支持大規(guī)模部署的方案，進(jìn)一步推動(dòng)無線基站產(chǎn)業(yè)鏈的健康和諧發(fā)展。

　　圖 9 LSI對未來無線基站技術(shù)展望