縱觀3G基站開(kāi)發(fā)的變化

基站接口規(guī)范
在如何進(jìn)行3G基站開(kāi)發(fā)方面，2004年被證明是具有顯著變化的一年。通用公共無(wú)線接口組織(CPRI)和開(kāi)放式基站結(jié)構(gòu)同盟(OBSAI)分別提出了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)規(guī)范基站內(nèi)開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的接口。兩個(gè)組織已經(jīng)公布了它們的技術(shù)規(guī)范，支持新標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品也開(kāi)始出現(xiàn)。圖1為OBSAI標(biāo)準(zhǔn)定義的開(kāi)放接口實(shí)例。

圖1  OBSAI 標(biāo)準(zhǔn)定義的開(kāi)放接口實(shí)例

圖2  針對(duì)寬帶功率放大器線性化的基本數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)
兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)由不同的無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施提供商獨(dú)立發(fā)起。諾基亞、三星、LG和中興通信支持OBSAI標(biāo)準(zhǔn)，西門子、愛(ài)立信、北方電信、NEC和華為支持CPRI標(biāo)準(zhǔn)。但是兩者都重點(diǎn)關(guān)注基帶信號(hào)處理和射頻子系統(tǒng)之間的接口，并作為標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵領(lǐng)域。而且兩個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是相同的，即通過(guò)創(chuàng)建針對(duì)基站模塊開(kāi)發(fā)的有競(jìng)爭(zhēng)力的市場(chǎng)，減少開(kāi)發(fā)成本和產(chǎn)品成本。但是這些新的標(biāo)準(zhǔn)將影響對(duì)3G基站內(nèi)DSP功能的開(kāi)發(fā)。對(duì)于理解這些標(biāo)準(zhǔn)將如何影響傳統(tǒng)射頻產(chǎn)品和DSP的集成，基站內(nèi)嵌模塊—射頻功率放大器是關(guān)鍵。

射頻功率放大器
對(duì)于基站射頻功率放大器，如果不是來(lái)源于無(wú)線通信設(shè)施提供商內(nèi)部，通常是由Powerwave、Andrew和Remec等公司開(kāi)發(fā)，對(duì)于這類產(chǎn)品必須剪裁接口以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供商的專用技術(shù)規(guī)范。
在工業(yè)領(lǐng)域，通用標(biāo)準(zhǔn)是減少成本的一種手段，而對(duì)于一個(gè)通用的數(shù)字接口，包括CPRI和OBSAI提供的，將促使供應(yīng)鏈發(fā)生變化，即“誰(shuí)需要知道什么”。這主要是由于數(shù)字線性化和效率助推功能，比如波形整形和數(shù)字預(yù)失真(Digital Pre-Distortion)功能將成為一體化射頻子系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。
在過(guò)去的十年里，由于寬帶射頻功率放大器的功率效率能夠從2~4%提高到20%，帶來(lái)很大的系統(tǒng)成本的節(jié)省。因此數(shù)字預(yù)失真技術(shù)已經(jīng)成為很多大型無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施公司重要的研發(fā)投入，圖2為針對(duì)寬帶功率放大器線性化的基本數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)。但是由于新的接口被設(shè)計(jì)到內(nèi)部，數(shù)字預(yù)失真處理將不得不轉(zhuǎn)移到射頻子系統(tǒng)提供商和正在尋求提供針對(duì)射頻子系統(tǒng)的完整芯片集解決方案的芯片提供商。
目前，針對(duì)數(shù)字預(yù)失真的硅片ASSP解決方案已經(jīng)在市場(chǎng)上出現(xiàn)，它們來(lái)自PMC Sierra 公司和Intersil公司。但大的通信基礎(chǔ)設(shè)施公司的開(kāi)發(fā)者仍然在調(diào)整他們的技術(shù)，因此不太情愿采用外部解決方案。調(diào)整數(shù)字預(yù)失真算法通常需要大量的調(diào)試且非常復(fù)雜—這似乎對(duì)FPGA制造商有好處(例如Xilinx 和Altera)，因?yàn)樽鳛槭走x的硅片解決方案，也許FPGA天生就已經(jīng)被確定作為在大批量產(chǎn)品中主要DSP功能的補(bǔ)充技術(shù)。圖3是Xilinx特定應(yīng)用的模塊化ASMBL FPGA解決方案。

圖3  最新的來(lái)自Xilinx特定應(yīng)用的模塊化 ASMBL FPGA解決方案

基帶處理方案
在3G基站內(nèi)DSP功能的主要領(lǐng)域當(dāng)然是WCDMA基帶處理。盡管在這個(gè)領(lǐng)域的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)自正在成長(zhǎng)的硅片解決方案，它使得一直充滿前景的軟件無(wú)線電成為現(xiàn)實(shí)。但是新的數(shù)字接口的另一端是射頻子系統(tǒng)，所以這里也存在“誰(shuí)需要知道什么”，在供應(yīng)鏈中同樣是變化的。新的3GPP特征，例如高速下行分組訪問(wèn)(HSDPA)、“智能天線”和多輸入多輸出(MIMO)天線陣列正在收集更大的增益，具有縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)能力的基于軟件的基帶實(shí)現(xiàn)方法，正在變成每一個(gè)通信設(shè)備提供商產(chǎn)品策略的重要方面。
在過(guò)去的幾個(gè)月里，很多重要產(chǎn)品的發(fā)布已經(jīng)表明：基帶處理的基于軟件的設(shè)計(jì)解決方案正準(zhǔn)備在專用的ASIC上實(shí)現(xiàn)，這使得產(chǎn)品成本更具有競(jìng)爭(zhēng)力，并縮短了設(shè)計(jì)周期。這些主要的發(fā)布包括：
ADI公司的TigerSHARC TS201采用全速“Danube”架構(gòu)，具有強(qiáng)大的解擴(kuò)和相關(guān)性指令。后者對(duì)于UMTS有效的進(jìn)行隨機(jī)接入(RACH)前導(dǎo)碼檢測(cè)和多路徑搜索非常重要。
Motorola公司的MRC6011可重配置計(jì)算結(jié)構(gòu)，具有24G次乘法累加操作計(jì)算能力以及針對(duì)擴(kuò)散和相關(guān)性的專用指令，采用Morpho公司的MS1可重配置DSP陣列處理器構(gòu)建而成。
PicoChip的PC102是一個(gè)陣列處理結(jié)構(gòu)，能夠執(zhí)行38G MAC，并且對(duì)于相關(guān)性操作可達(dá)到140G CMAC。
TI公司的720MHz TCI100 DSP: 對(duì)于64信道 UMTS基帶處理，適宜采用TI的包括該DSP的3片解決方案(其它兩個(gè)器件是TCI110發(fā)送器ASSP和TCI120接收器ASSP)。
Intrinsity的2.5GHz FastMATH自適應(yīng)信號(hào)處理器，提供了靈活的ASIC/FPGA性能，而且通過(guò)采用易于編程的內(nèi)嵌處理器，加快了產(chǎn)品的上市時(shí)間。
在以上諸多解決方案中，TI的解決方案以帶有ASSP器件的強(qiáng)大的DSP為核心，實(shí)現(xiàn)了芯片級(jí)的運(yùn)算速度(嚴(yán)格上講，不是一個(gè)真正的“全軟件”方案)。
ADI已經(jīng)進(jìn)行了向全軟件解決方案的轉(zhuǎn)換，使用強(qiáng)有力的單處理器架構(gòu)，通過(guò)獨(dú)特指令集完成傳統(tǒng)硬件才能實(shí)現(xiàn)的芯片級(jí)處理功能。
Motorola使用有趣的并行陣列處理架構(gòu)實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)處理功能，并通過(guò)一個(gè)多重的StarCore DSP MSC8126進(jìn)行符號(hào)級(jí)速率的處理。
PicoChip 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種大塊并行架構(gòu)，通過(guò)使用3個(gè)不同種類的、高度優(yōu)化的處理器實(shí)現(xiàn)所有芯片級(jí)速率處理、符號(hào)級(jí)速率處理和控制操作功能。
目前已經(jīng)有產(chǎn)品在使用高度并行的處理結(jié)構(gòu)，可以預(yù)測(cè)，在實(shí)際的3G產(chǎn)品中，并行處理器結(jié)構(gòu)方案將能夠戰(zhàn)勝規(guī)模不斷升級(jí)的“傳統(tǒng)DSP架構(gòu)”。
在高速并行、可重配置架構(gòu)方面，F(xiàn)PGA最終可能變成另外一個(gè)重要的競(jìng)爭(zhēng)者，因?yàn)?0nm/300mm產(chǎn)品技術(shù)降低了成本，增加了密度——這種把“硬”和“軟”處理器技術(shù)與傳統(tǒng)的FPGA“硬件”相結(jié)合所形成的能力，為應(yīng)對(duì)基帶處理設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)提供了一種強(qiáng)有力的工具包。
在這些方法中，決定性的因素不是他們的最終產(chǎn)品成本的降低，而是通過(guò)提供庫(kù)，甚至完全的硬件和軟件解決方案，帶來(lái)產(chǎn)品成本和開(kāi)發(fā)費(fèi)用的共同降低。很多大的無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施公司正在從傳統(tǒng)的硬件方法向現(xiàn)在的、具有成本效益的軟件解決方案轉(zhuǎn)移，從而具有更多的靈活性和對(duì)市場(chǎng)需求的響應(yīng)能力。但是在這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程中，很多公司正指望通過(guò)庫(kù)的使用減少他們的開(kāi)發(fā)成本，并且集中他們的資源重點(diǎn)關(guān)注基帶領(lǐng)域，在這里能夠看到與傳統(tǒng)領(lǐng)域的真正差異—這些傳統(tǒng)領(lǐng)域包括信道評(píng)估和頻率偏移校正算法以及在呼叫建立和呼叫控制過(guò)程中的功率控制和微調(diào)。
目前為止，只有picoChip公司已經(jīng)發(fā)布了完全的、一致性測(cè)試的“軟件參考設(shè)計(jì)”方法，但是很明顯，其它的參與者包括FPGA提供商都正在朝這個(gè)方向邁進(jìn)。可以預(yù)見(jiàn)，一些新涌現(xiàn)的DSP提供商將提供“標(biāo)準(zhǔn)”WCDMA基帶解決方案，并能被3G產(chǎn)品提供商所采用。
一些大的產(chǎn)品公司正在研究針對(duì)基帶功能的API，從而展開(kāi)了基帶硅片提供商之間的競(jìng)爭(zhēng)，但這不會(huì)對(duì)更高層NodeB軟件造成影響。這種接口可能會(huì)集成到新出現(xiàn)的基站框架標(biāo)準(zhǔn)中，使得基帶DSP成為基站內(nèi)另外一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)化”的功能模塊。
隨著開(kāi)放基站的快速發(fā)展，針對(duì)DSP芯片提供商和集成商的機(jī)遇和挑戰(zhàn)都是巨大的。這方面的很多問(wèn)題都正在被進(jìn)行深入探討。 (于永學(xué)譯) ■