基于DSP的3G LTE應(yīng)用實現(xiàn)

3G LTE(長期演進)是第三代伙伴計劃(3GPP)的一個高級標準，為廣域網(wǎng)提供下一代寬帶無線技術(shù)。

與以前各階段的3GPP相比，3G LTE的目標是更高的吞吐量、更低的時延以及高效的IP回程，提供一種新的可以大規(guī)模部署的移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，預(yù)示著一個富媒體和實時服務(wù)新時代的到來。

由于最近在HSPA與HSPA+技術(shù)上的提升，3G/UMTS必然在未來幾年內(nèi)仍具競爭力，然而，通過3G LTE，3GPP和無線運營商已經(jīng)在朝著一種更新的、頻譜效率(spectral-efficient radio)更高、可擴展、也更加高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進。

最終，3G LTE將使移動運營商能夠更有力地與固定寬帶服務(wù)競爭并繼續(xù)推動移動對固網(wǎng)的替代。

為實現(xiàn)這些目標，特別設(shè)立了3G LTE，以便廣泛改善無線和網(wǎng)絡(luò)通信，同時確保與現(xiàn)有的商業(yè)和監(jiān)管環(huán)境的兼容。頻率帶寬分配就是一個例子，其中，3G LTE必須能夠支持與WCDMA同樣的頻率和頻帶。但是，盡管WCDMA使用固定的5MHz帶寬，3G LTE的設(shè)計支持從1.25到20MHz的靈活的載波帶寬，以支持即將部署的更精細粒度的頻率。

為了進一步改進系統(tǒng)，推出了更多的特性，如用于提高帶寬的多天線技術(shù)(MIMO：多輸入多輸出)。利用MIMO技術(shù)，在20MHz頻段內(nèi)，峰值數(shù)據(jù)速率預(yù)期將達到下行300Mbps和上行150Mbps。

3G LTE既可被用于成對頻譜(FDD)也可被用于非成對頻譜(TDD)。對于FDD，上行和下行話務(wù)可以在單獨的頻段內(nèi)同步傳輸，而對于TDD，在同一個頻帶內(nèi)，上行和下行鏈路的傳輸是不連續(xù)的。

LTE TDD參數(shù)與FDD的參數(shù)非常接近，而對于FDD和TDD(濾波除外)，LTE L1層也非常類似。

即使不是全部，今天的大多數(shù)蜂窩系統(tǒng)使用FDD，而世界上90%以上的可用移動頻率都在FDD之內(nèi)，剩下的10%主要位于最近中國采用的TD-SCDMA內(nèi)。

3G-LTE的高級技術(shù)目標為：下行鏈路容量:20MHz帶寬的瞬時數(shù)據(jù)速率高達300Mbps；上行鏈路容量：20MHz帶寬的瞬時數(shù)據(jù)速率可達150Mbps；帶寬可擴展至20MHz，覆蓋1.25MHz、1.6MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz；MIMO支持；FDD及TDD模式；時延：理想條件下，下行鏈路時延低于0.5ms；用戶吞吐量：相當于HSPA+的4.5倍；移動速率：經(jīng)過優(yōu)化，支持高達120km/h的速率，但是也支持350km/h的移動速率。

飛思卡爾半導(dǎo)體的MSC8156 DSP

為了滿足對高級3G和4G服務(wù)的不斷增長的需求，無線基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備制造商越來越需要能夠提供卓越性能的芯片。通過提供近期基于下一代無線標準，如3G LTE(TDD及FDD)、WiMAX和HSPA+的網(wǎng)絡(luò)部署所要求的靈活性、集成度和負擔能力，飛思卡爾基于StarCore技術(shù)的MSC8156 DSP滿足了這一需求。尤其是它的出眾的性能支持3G LTE基站對高速率、高吞吐量和低時延的要求。

MSC8156是一款基于飛思卡爾先進的SC3850 StarCore DSP內(nèi)核技術(shù)的6核DSP，旨在大幅提升無線基站設(shè)備的性能。它提供業(yè)界領(lǐng)先的性能和節(jié)能水平，在一個高度集成的SoC內(nèi)，利用45nm處理技術(shù)提供與6GHz單核器件等效的性能。MSC8156 DSP把功能集成到以前要求多個獨立部件的單一器件內(nèi)，以此來降低系統(tǒng)成本。

該器件集成了6個完全可編程的SC3850 DSP內(nèi)核，每個都以1GHz運行，其架構(gòu)經(jīng)過高度優(yōu)化，支持無線基礎(chǔ)架構(gòu)應(yīng)用。由于采用片上集成，基于MAPLE-B的基帶加速器為Turbo和Viterbi通道以及DFT/iDFT和FFT/iFFT算法支持硬件加速。基于內(nèi)部RISC的QUICC Engine子系統(tǒng)支持多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以通過分組網(wǎng)絡(luò)幫助提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，同時從DSP內(nèi)核大幅分流處理負載。

MSC8156嵌入了大容量內(nèi)存并支持多種高級的、高速接口類型，包括兩個RapidIO互聯(lián)技術(shù)接口、兩個用于通信的Gigabit以太網(wǎng)接口、一個PCI Express控制器、兩個支持高速、業(yè)界標準內(nèi)存接口的DDR控制器和四個多通道TDM接口。

在開發(fā)工具方面，CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境(IDE)利用Eclipse技術(shù)，提供一個高度綜合的多核開發(fā)環(huán)境。它包括：C和C++編譯器、源語言調(diào)試器、內(nèi)核和器件模擬器、用于個性化配置和程序/數(shù)據(jù)跟蹤的軟件分析插件以及與經(jīng)過優(yōu)化的器件驅(qū)動器一起提供的免版權(quán)費的SmartDSP操作系統(tǒng)。

為了讓OEM廠商更快地把產(chǎn)品推向市場，飛思卡爾圍繞MSC8156開發(fā)了一種綜合硬件和軟件參考包，其設(shè)計目的是為了讓系統(tǒng)更快地連接在一起，以便進行*估和開發(fā)。開發(fā)板和3G LTE參考軟件組件詳述如下。

MSC8156AMC

基帶參考硬件是以MSC8156AMC為基礎(chǔ)的，MSC8156AMC后者是一種高密度、單寬全高Advanced MC Advanced Mezzanine Card(AMC) DSP平臺，構(gòu)建于三個MSC8156 DSP基礎(chǔ)之上，可插入緊湊型MicroTCA底板。

這種18GHz的處理能力與為無線基礎(chǔ)架構(gòu)應(yīng)用高度優(yōu)化的架構(gòu)相結(jié)合，使其成為開發(fā)基于下一代無線標準，如(FDD-LTE、TDD-LTE、WiMAX和HSDPA+)的解決方案的理想平臺。

每個MSC8156 DSP有1GB的64位寬版DDR3內(nèi)存，分為兩個內(nèi)存庫。對于數(shù)據(jù)平面應(yīng)用，高吞吐量的3.125GHz x4 RapidIO鏈路把三個MSC8156 DSP互相連接起來并將其連接到數(shù)據(jù)背板。RapidIO接口通過IDT的高帶寬10端口(x4)CPS10Q串行RapidIO轉(zhuǎn)換器連接。數(shù)據(jù)/控制平面應(yīng)用由1G以太網(wǎng)接口處理。兩個1000 Base-X Gigabit接口通過一個以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器把背板連接到DSP。每個DSP有兩個通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器連接到背板的RGMII接口。在前面板上提供兩個額外的Gigabit以太網(wǎng)接口，用于測試和控制。板控制和熱插拔由基于Pigeon Point的模塊管理控制器提供。

為了有助于未來的開發(fā)，圍繞“夾層”概念設(shè)計了高級夾層卡（AMC）。夾層為系統(tǒng)提供快速實現(xiàn)未來AMC原型系統(tǒng)開發(fā)的組成部件。

MSC8156AMC基帶L1處理器卡的特性包括：處理器：多達3個MSC8156 6核StarCore DSP，高達1.0GHz的容量，帶有集成串行RapidIO以及Gigabit以太網(wǎng)接口；運行：單獨或AMC插卡；內(nèi)存：每個MSC8156具備2 x 512MB的64bit寬版DDR3內(nèi)存；四個串行RapidIO(sRIO)接口以及兩個1000Base-X背板接口；1000Base-T、USB以及UART前面板接口；IPMC：板啟動、溫度監(jiān)控、電子鍵控(E-Keying)以及狀態(tài)LED指示燈；外形：AMC單寬、全高：180.6mm×73.5mm

L1實時軟件子系統(tǒng)

飛思卡爾提供LTE L1支持軟件庫，包括一個定制操作系統(tǒng)、驅(qū)動器和主要信號處理功能。

LTE L1軟件包括3GPP標準中定義的物理基帶信道處理和無線傳輸信道功能。飛思卡爾提供一套綜合的內(nèi)核模塊，覆蓋物理下行鏈路共享信道和物理上行鏈路共享信道的L1處理。內(nèi)核被進一步組合為上行鏈和下行鏈，它們以SmartDSP實時操作系統(tǒng)為參考實時運行。所有以上提到的軟件在開發(fā)上都能使用ANSI-C語言調(diào)用，而且提供完整的開發(fā)文檔。

簡而言之，物理層處理功能包括：調(diào)制、信道編碼、傳輸方案、復(fù)用、MIMO/分集、信道估測、均衡(3GPP范圍之外)。