移動寬帶業務的驅動不斷推進無線標準的加速演進,其目的就是不斷支持更高的帶寬和業務服務質量QOS,以更好的支持移動寬帶業務。
不斷快速的無線基站相關標準化演進主要向兩個方向發展: 一是多種無線模式的支持(TD-SCDMA,WCDMA,Wimax, 等),直至最終LTE的統一標準,如何同時支持多模式基站將是無線運營商即將面臨的部署挑戰。另外一個就是無線寬帶的流量的增長正推進無線回程網絡的容量和成本,解決的辦法就是不斷采用從TDM到低成本全IP回程網絡,對無線運營商需要持續不斷的降低CAPEX和OPEX。 上述兩個因素必將對基站的技術革新提出需求。
圖1 目前單?;窘ㄔO的產業鏈狀況
如上圖1 產業鏈所示,如果各個運營商和制造商均采用專用單模式基站結構實現網絡運營,不可避免會出現整個社會網絡資源重復建設,運營商居高不下的高CAPEX和OPEX問題加劇。對于設備制造商商而言,需要研發的投入也會相應居高不下,這顯然不是和諧網絡建設所愿意看到的局面。
如何實現上述尷尬局面,LSI公司提出多模式無線基站支持會有效的解決該問題,從而實現和諧的網絡。如圖2 所示。
基于LSI核心芯片和軟件的多?;镜闹饕攸c是:
·遠程軟件可配置;
·極大所建 R&D投入 ;
·緊湊,低成本,低功耗;
·全IP 回程優化。
圖2 LSI 多模基站方案
基于LSI芯片的多?;鞠到y整體解決方案如圖3所示。
圖3 LSI多?;鞠到y整體解決方案
全IP回程優化包括TDM業務IP化,分組時鐘同步IP化。
在對TDM業務支持上,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:將業務封裝成分組包,將這些分組包通過路徑或隧道(例如MPLS隧道)傳送到網絡對端,管理分組包的次序和同步等。目前TDM PWE3支持結構化和非結構化兩種模式,封裝支持MPLS格式,非結構化的封裝符合RFC4533(SATOP,Structure-agnostic Time Division Multiplexing over Packet, 基于分組的非結構化時分承載),結構化的封裝符合RFC CESOP(Circuit emulation Service over PSN,基于分組交換網的電路仿真業務)協議。
圖4 LSI 無線基站TDM PWE3(SATOP/CESOP)解決方案
分組時鐘同步的需求是3G/LTE等分組業務對于組網的需求,包括時間同步,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. 就時間同步而言,CDMA2000和TD-SCDMA的要求非常高,誤差在3μs以內(-1.5 ~1.5μs)。4G相關標準會有更高要求如Wimax TDD甚至要求在1μs內,目前LTE標準化也傾向時間同步方式。
目前實現方式,主要有以下兩種方式:
·同步以太網: 通過徹底改造升級現有以太網絡,使得分組網絡每個節點都能實現同步,也就是以太網同步。在這種方式下,時鐘采用專用數據包傳送SSM(同步狀態信息)的以太網物理層傳送,采用類似SDH同步機制,從而支持時鐘質量分類,這要求網絡所有網元都必須支持ITU G.8261 或者同步以太網,而且僅僅傳送頻率同步。
·IEEE1588 V2(TOP,Timing Over Packet): 時鐘通過報文傳送,需要源和宿端都支持IEEE1588,不僅可以解決時鐘頻率的問題還可以通過時間戳(Timing Stamp)方式解決時鐘的時間傳遞問題,需要所有網絡設備均支持該協議。
LSI通過APP3000和相關軟硬件即可實現上述兩種分組時鐘的傳送。
基于LSI芯片的多模基站子系統解決方案
多模基站網絡接口卡的設計
圖5 基于LSI APP3000的基站網絡接口卡
LSI采用可編程 LLP 及 APP3000 器件系列在單個平臺解決方案中實現 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/碼制轉換器與速率適配單元 (TRAU) 成幀功能,而 APP300 網絡處理器則可以針對 UMTS R4/5/6 處理 ATM、AAL2/5 以及 ATM/IP 交互,并與 IP 相關的協議棧,如 IP/UDP/PPP-MUX 等。尤其是 APP3000 可以處理混合流量類型并支持報頭壓縮與多路復用協議,如用于提高回程效率的點對點多路復用 (PPP-MUX) 與壓縮用戶數據報協議 (cUDP)。
LSI的解決方案對于 RNC 和基站都應用還具有極高的可擴展性。各種可用器件能夠滿足 RNC和基站 對更高帶寬與信道數量需求同時保持向今后LTE平滑過渡的接口等,并同時保持軟件兼容性。同時LSI還可提供基于內容安全防止病毒,垃圾郵件的Tarai內容處理器解決方案,也可以和APP一起提供具有更高電信級安全的產品.
圖 6 LSI 的APP3000內部結構
LSI 產品提供業界一流的軟件開發環境。APP3300 系列提供業界最高效的應用開發模型。通過整合高級編程語言、應用級 API、參考代碼庫和強大可靠的開發套件,利用 APP3300 能開發出特性豐富的應用,而且有助于大幅縮短開發時間。周期精確型模擬器和軟件流量生成器使用戶能在實驗室硬件工作之前就構建、運行并調試應用,從而確保無線基站系統軟硬件開發工作同步進行。
LSI無線多?;鶐Ь€卡解決方案
2008年4月LSI公司正式發布了全新的片上系統(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StarPro2612兩款產品。該產品的強大處理能力和豐富的接口使其可以勝任各種無線的應用。采用它們可以實現當前業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,視頻編解碼器在內的軟件功能模塊,操作系統支持和板級硬件參考設計。StarPro2600系列處理器同時也已經被廣泛應用于GSM,GPRS和EDGE的基帶處理。
圖7 基于LSI SP2603的基帶板卡設計
基帶信號處理器
StarPro2603和StarPro2612分別簡稱為SP2603和SP2612。SP2612是4個SP2603的MCM封裝。每個SP2603都有獨立的JTAG、GE、TDM、EMI和I2C接口。4個SP2603共享一個PCI總線。運行在600MHz工作頻率的SP2603可以提供高達7200MMAC + 300MIPS的運算能力。而SP2612的處理能力更是SP2603的4倍。
SP2600芯片的包處理子系統加多個DSP子系統的構架,豐富的片上存儲器資源和靈活的接口以及先進的制造工藝,使得它們成為了理想的媒體網關處理芯片。
首先SP2600采用的多核的構架相對于無線基站有著巨大的優勢:
第一 多核的設計可以在大幅降低工作時鐘頻率的情況下達到單核處理器相當的處理能力。而較低的時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量,同時也降低了每個CPU所需要的電路板空間。
第三 多核器件中的內核共享同一個內存子系統,所以它們可以共享內存中的內容。因此,如果各內核運行同一個應用,那么共享同樣代碼和數據就可以縮減所需的內存數量,從而進一步降低成本。
進一步來說SP2600不僅集成了多個DSP內核,而且還集成了ARM11 內核在專用硬件的支持下專用于包處理,這就使得DSP內核可以專注于密集的數學運算從而發揮出它們作為數字信號處理的優勢而達到很高的實際運算能力。對于無線基本語音業務,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器,這樣就進一步簡化了系統,節省了成本。
正在興起或即將出現的無線寬帶的服務如寬帶語音,視頻點播,視頻會議,移動電視則更可以發揮出SP2600的強大的處理能力。首先SP2600中使用的DSP內核加上較大DSP內核的本地存儲器十分適合于圖形處理,其次無論在芯片內部還是在IO口上SP2600芯片都有著很高的帶寬,大量的無線視頻數據可以自由的通過,而高速的外部存儲器接口則可以滿足無線高清晰圖像數據的存取需要。
同樣從軟件設計來說多核的構架由于通常采用共享內存,可以方便地在各個內核之間轉移任務從而能夠勝任需要大量的硬件資源的任務,可以把任務分解成連續的子任務,并在各內核之間進行調度實現。
LSI之未來無線基站趨勢展望
隨著無線網絡的演進,在4G LTE網絡中,網絡更加IP化、扁平化,無線基站的數目相比較3G、WCDMA/TDS-CDMA會遠遠超過數倍,在LTE基站的扇區數也會高于目前WCDMA。因為高速的數據流量需要更多扇區,更好的空中無線信號為依賴。由此,扇區的半徑大小就會自然受限于網絡拓撲結構,由此需要更靈活、更具性價比和便于安裝的無線基站設備單元。
無線基站業內發展之趨勢主要向高緊湊可堆疊盒式設備發展,由此可帶來以下優點:
·極大地降低基站設