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射頻/無線  

以多核心SoC架構進行LTE開發

上網時間: 2011年06月02日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:LTE  DSP  OFDMA  CDMA  3GPP 

多核心導航器

現今基地台OEM面臨的最大問題之一是開發出適用於基地台的軟體。大系統的軟體開發會耗費長久的人力投入時間。而TI新架構的基礎元件是多核心導航器,它是一種能夠在SoC中無縫地移動資料的系統元件。一旦經過配置,多核心導航器即可處理封包傳輸、記憶體配置、加速器觸發及多重目的地,任何DSP核心都不會消耗單一週期。這能夠釋放演算法系統層級處理所需的DSP資源,完全不會使資料移動停滯;以往資料移動需要多次中斷及環境轉換,最終造成系統效能不彰。

舉例來說,在LTE系統中,行動資料封包會到達天線介面(支援OBSAI及CPRI標準的專屬高速介面)。這些封包會在經過佇列後傳送到FFT協同處理器(LTE第1層處理的第1個步驟)進行處理,然後經過佇列後傳送到適當的DSP核心進行下一個處理步驟,以上完全不需要任何CPU介入。同樣地,資料可以從多個天線及多個區塊同時傳達,並且自動且適當地傳送。資料可以在系統元件之間移動,完全不需要CPU介入,也不會造成不同核心之間的競用。

多核心導航器為封包化資料流提供極高的效率,相當適用於LTE與WiMAX等高速3G系統(HSPA)與4G系統的封包處理,另外也能夠提供個別處理佇列及資料串流的硬體機制,這表示同時進行的傳輸運作不會相互干擾。換句話說,個別DSP核心不需要等候其他核心完成處理,而能夠共用資源。

資料經過系統外送到天線或進行傳輸時,SoC架構必須支援極高的外部及內部資料速率。支援這些速率需要許多不同層級的多種專屬加速及可編程軟體元件。

支援這些元件之間的資料移動是設計中的關鍵層面之一。TI的TeraNet 2屬於SoC階層式網路單晶片,能夠在核心、週邊、記憶體及加速器等元件之間提供每秒2TB的資料傳輸率。從系統面來看,這代表所有元件能夠同時獨立執行,完全不需要等候其他元件完成處理或資料傳輸。

第2層處理

使用MIMO不僅影響實體層處理,也影響第2層排程,不過一般不需要極為複雜的演算法。排程是基地台決定各個行動使用者或裝置在各訊框接收多少無線頻寬的程序。在LTE中,每隔1毫秒便會根據下列因素完成決定:

 ?使用者活動–語音、視訊、遊戲等

 ?服務計劃的類型

 ?使用者位置–高或低訊號區域

這些因素會影響排程器如何決定訊框配置。

MIMO使得其中的複雜度加劇,因為基地台需要一次將完全相同的頻帶分配給多位使用者。若要這麼做,基地台必須根據從各個使用者所測得的數據進行計算,因此決定多少使用者可同時進行排程。這需要每毫秒針對各種可能的使用者組合進行矩陣求逆,對於即時定點處理引擎而言,這是相當繁複的作業。不良的排程效能會導致昂貴的頻譜使用欠佳,造成使用者無法順利處理作業。而TI新架構的浮點支援可大幅簡化及加速必要的處理,因為原生浮點支援十分有助於矩陣求逆。

另外,多核心功能的另一項重要改進之處是多核心共用記憶體控制器。由於多核心需要依序處理資料,從外部記憶體存取資料或在各核心的本機記憶體之間移動資料,會使實質效能大幅降低。多核心共用記憶體控制器能夠讓核心有效存取共用記憶體,就如同專屬本機記憶體一般。如此便不需要進行任何資料傳輸,而且能夠使各核心立即有效處理共用記憶體中儲存的資料。


圖2:TI全新架構採用進階DSP核心技術,時脈速度高達1.2GHz。

LTE使得無線資料速度及手機網路拓樸展現嶄新的境界。目前手機網路主要採用巨集蜂巢式基地台,極少部份採用微微蜂巢式基地台及毫微微蜂巢式基地台。隨著資料使用持續大幅成長,經過提升的LTE頻譜效率也會在傳統的大型網路拓樸中不敷使用。

3GPP標準團隊注意到這一點,因此正發展使網路中加入微微蜂巢式基地台及毫微微蜂巢式基地台更簡化的方法,以便形成由不同大小的單元組成的異質性網路,而非僅由巨集蜂巢式基地台組成的同質性網路(圖3)。對於需要在各種基地台架構運用研究及開發資源的系統設計人員而言,解決方案及架構的擴充性是異質性網路中相當重要的部份。


圖3:巨集蜂巢式基地台、微蜂巢式基地台、微微蜂巢式基地台及毫微微蜂巢式基地台將交互形成未來的異質網路。

透過多核心導航器,TI新SoC架構使得軟體重複使用及重新部署達到前所未有的層級。此一全新架構也支援各裝置不同數量的處理元件,這些處理元件可能是第1層、第2層、第3層及傳輸功能的核心或協同處理加速器。如此結合彈性軟硬體設計有助於縮短不同開發的上市時程、優化硬體成本,並降低工程成本,因為設備製造商能夠在異質性網路的所有元件中運用自身的系統。

其中的關鍵在於多核心導航器採用多核心的概念,使得各核心能夠依據硬體獨立運作。因此,使用多核心導航器開發的核心、協同處理器及週邊軟體三者的概念僅需要最低程度的修改,因為硬體可依據異質性網路中不同類型的基地台所需的效能加以調整。

作者:(only for online)

Arnon Friedmann博士現任德州儀器策略及技術行銷總監,目前正致力於4G技術,包括3G LTE及802.16m (WiMAX),其努力成果使德州儀器得以在不斷發展的OFDMA應用維持領導地位。在業界的12年中,Friedmann博士累積磁性儲存、DSL及無線系統應用方面數位通訊研究及開發的豐富經驗。Friedmann博士擁有美國加州大學聖地牙哥分校(UCSD)通訊理論及系統博士學位及工程物理學士學位。


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