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 存儲網(wǎng)絡事業(yè)部中國市場經(jīng)理

關鍵詞：LSI通信基站

　　移動寬帶業(yè)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(yè)務服務質量QOS，以更好的支持移動寬帶業(yè)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(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(zhàn)。另外一個就是無線寬帶的流量的增長正推進無線回程網(wǎng)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(wǎng)絡，對無線運營商需要持續(xù)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 目前單模基站建設的產業(yè)鏈狀況

　　如上圖1 產業(yè)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(xiàn)網(wǎng)絡運營，不可避免會出現(xiàn)整個社會網(wǎng)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(fā)的投入也會相應居高不下，這顯然不是和諧網(wǎng)絡建設所愿意看到的局面。
　如何實現(xiàn)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(xiàn)和諧的網(wǎng)絡。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(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IP回程優(yōu)化包括TDM業(yè)務IP化，分組時鐘同步IP化。
　　在對TDM業(yè)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(yè)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(wǎng)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(wǎng)的電路仿真業(yè)務)協(xié)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(yè)務對于組網(wǎng)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(xiàn)方式，主要有以下兩種方式：
　　·同步以太網(wǎng)： 通過徹底改造升級現(xiàn)有以太網(wǎng)絡，使得分組網(wǎng)絡每個節(jié)點都能實現(xiàn)同步，也就是以太網(wǎng)同步。在這種方式下，時鐘采用專用數(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同步機制，從而支持時鐘質量分類，這要求網(wǎng)絡所有網(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(wǎng)絡設備均支持該協(xié)議。
　　LSI通過APP3000和相關軟硬件即可實現(xiàn)上述兩種分組時鐘的傳送。
　　基于LSI芯片的多模基站子系統(tǒng)解決方案
　　多模基站網(wǎng)絡接口卡的設計

　　圖5 基于LSI APP3000的基站網(wǎng)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(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/碼制轉換器與速率適配單元 (TRAU) 成幀功能，而 APP300 網(wǎng)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(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頭壓縮與多路復用協(xié)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(shù)據(jù)報協(xié)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(shù)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(yè)界一流的軟件開發(fā)環(huán)境。APP3300 系列提供業(yè)界最高效的應用開發(fā)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(fā)套件，利用 APP3300 能開發(fā)出特性豐富的應用，而且有助于大幅縮短開發(fā)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(tǒng)軟硬件開發(fā)工作同步進行。
　　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(xiàn)當前業(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，視頻編解碼器在內的軟件功能模塊，操作系統(tǒng)支持和板級硬件參考設計。StarPro2600系列處理器同時也已經(jīng)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(tǒng)加多個DSP子系統(tǒng)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(wǎng)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(yōu)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?shù)奶幚砟芰Α６�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(shù)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(tǒng)，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(shù)據(jù)就可以縮減所需的內存數(shù)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(shù)學運算從而發(fā)揮出它們作為數(shù)字信號處理的優(yōu)勢而達到很高的實際運算能力。對于無線基本語音業(yè)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(tǒng)，節(jié)省了成本。
　　正在興起或即將出現(xiàn)的無線寬帶的服務如寬帶語音，視頻點播，視頻會議，移動電視則更可以發(fā)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xù)的子任務，并在各內核之間進行調度實現(xiàn)。
　　LSI之未來無線基站趨勢展望
　　隨著無線網(wǎng)絡的演進，在4G LTE網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡更加IP化、扁平化，無線基站的數(shù)目相比較3G、WCDMA/TDS-CDMA會遠遠超過數(shù)倍，在LTE基站的扇區(qū)數(shù)也會高于目前WCDMA。因為高速的數(shù)據(jù)流量需要更多扇區(qū)，更好的空中無線信號為依賴。由此，扇區(qū)的半徑大小就會自然受限于網(wǎng)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(yè)內發(fā)展之趨勢主要向高緊湊可堆疊盒式設備發(fā)展，由此可帶來以下優(yōu)點：
　　·極大地降低基站設備門檻價格;
　　·增強可擴展性而無需為額外的機架機框投入;
　　·降低功耗,支持綠色低功耗網(wǎng)絡建設;
　　·增強與射頻拉遠(RRH)單元的靈活性。
　　采用盒式堆疊設備可減輕設備重量,也為靈活選址安裝提供的更高靈活性。
　　同時，無線接入側對于內容安全和病毒防御也會有趨向邊緣化趨勢，采用DPI(深度包檢測)技術也會有一定的市場需求，特別是對數(shù)據(jù)安全比較敏感的地區(qū)和網(wǎng)絡。LSI提供的Tarai處理器可以實現(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)絡處理器和基帶信號處理和安全處理器，一直致力于技術創(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，進一步推動無線基站產業(yè)鏈的健康和諧發(fā)展。

　　圖 9 LSI對未來無線基站技術展望