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處理器/DSP  

滿足並超越LTE性能需求

上網時間: 2008年12月08日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:LTE  3GPP  UMTS 

長期演進(LTE)技術是未來幾年內無線產業將推動的4G解決方案之一,它呈現一系列遠大的目標;而這些目標也為技術供應商、設備製造商以及服務供應商帶來許多艱鉅的挑戰。

LTE是下一代3G通用行動電信系統(UMTS)無線協議,由第三代合作夥伴計畫(3GPP)所開發,目的是使蜂巢式網路成為基於封包的全IP(網際網路協議)網路。在LTE的目標中明顯強調出更高的下載及上傳速率(分別達到100Mbps和50Mbps)以及低封包延遲(低於5ms);而低延遲對無線IP電話(VoIP)等新服務的重要性也不斷成長。為了獲得良好的基準,該技術還必須提供更大的頻譜效率、更大的容量並降低每通訊位元成本。

LTE藉由將許多概念加入該複雜的技術中來達成這些目標。如同其他尖端技術,這些概念包含更複雜的下載和上傳方向調變方案、靈活的通道頻寬以及一些應用中需使用到多天線的多輸入多輸出(MIMO)架構。LTE複雜度的增加最終將需要非常強大、靈活且創新的基地台及手機處理方案。

LTE在下行鏈路方向採用正交多頻分工(OFDM)調變方案;上行鏈路則採用由OFDM衍生出來的單載波頻分多工接取(SC-FDMA)方案。上行鏈路採用SC-FDMA的原因在於它提供比OFDM更高的功率放大器效率,可延長手機電池的使用時間。而OFDM相當複雜,它採用具有15Khz間隔的2,048個子載波,這樣多的子載波可增強OFDM的多徑能力、強化其抗干擾的性能、提高頻譜效率並提升數據傳輸速率。

由於下行和上行鏈路方向都具有從1.25MHz到20MHz的可調頻寬,因而使LTE可同時利用新的以及現有的頻帶。MIMO架構有助於LTE透過多訊號路徑達到高數據傳輸速率。不過需要重申的是,為了控制LTE手機的成本,LTE的下行和上行鏈路採用略為不同的調變方案。如果手機安裝了多天線,MIMO則具有將數據傳輸速率提高到100/50Mbps以上的潛能。

組裝LTE基地台

為了滿足LTE高度複雜性的需求,TI針對基頻處理使用的2G、3G和4G無線基地台標準開發出具有嵌入式加速器的TCI6487多核心數位訊號處理器(DSP)。TCI6487是業界首款多核心DSP,具有三個‘C64+DSP核心’並可提供3GHz的DSP處理性能,以應付諸如MAC和PHY處理等LTE基頻任務。

為了達到LTE較高的數據傳輸速率並確保小於5ms的封包延遲,TCI6487利用Viterbi和Turbo協同處理器(TCP)來分擔主DSP核心的編碼/解碼負擔。這些協同處理加速器可解決許多LTE處理所需的強大運算編碼功能。具體而言,TCP2是一款用來支援Turbo解碼的靈活加速器;它不僅支援LTE,還支援所有3GPP系列標準。從TCI6487的DSP核心卸載Turbo解碼可為MAC和PHY處理釋放處理器;或可交替使用可得的處理空間來處理更多位於高密度單元基地台的用戶。

若要開發一個能滿足LTE更高需求的基地台,一定程度的靈活性和重新配置能力即為關鍵。例如,在低密度單元中,TCI6487可作為單晶片解決方案使用,一個核心可專門用於MAC處理,其它兩個則用來執行實體層(PHY)收發功能。而在高密度單元中,許多使用者充分利用LTE更高數據傳輸速率的優勢來呈現各種不同的挑戰。在這樣的情況下可採用多個TCI6487,其中一個晶片可用來執行所有單元的MAC處理,而其它元件用於處理PHY的收發任務。這樣一來,DSP便可作為LTE下載和上傳模式中建置的OFDM或SC-FDMA調變方案。

為了利用多核心元件固有的靈活性,需要採用多層晶片上記憶體架構。利用TCI6487,第一層(L1)記憶體可配置為快取或標準記憶體。另外,用於各核心的L2記憶體都相當具有可調性。而總容量為3MB的L2記憶體可在三個核心中平均分配,或各核心可分別配置0.5、1和1.5MB的容量。由於許多不同的處理需求是在同一時間進行,這個作法會對複雜的LTE建置效率帶來影響。例如,一個正在處理記憶體密集型任務的核心可能被配置1.5MB容量的L2記憶體。

圖1:SRIO支援包含U形菊鏈等多樣端對端配置。
圖1:SRIO支援包含U形菊鏈等多樣端對端配置。

跟上LTE的速率

為了避免瓶頸,以LTE的速率將數據透過基地台傳送需要非常高速的I/O,以將數據移入或移出DSP。因此,TCI6487的週邊配備了串列快速IO(SRIO)介面。SRIO可將元件的靈活性和可擴展性拓展到板級,降低了電路板的複雜度和成本。

這種雙通道SRIO介面可達到每通道1.25、2.5或3.125Gbps的數據傳輸速率,它可在電路板上的ASIC或FPGA元件之間,或LTE基地台背板中各電路板間的元件之間配置成兩個單通道高速專用鏈路。

在另一種配置中,SRIO可在點對點的安排下或主/從架構下互連多個DSP。當晶片間被配置為板上點對點連接,專用SRIO通道可免除共用匯流排超載時所遭遇的瓶頸;由於LTE可傳送大量的數據,這個特性相形之下顯得至關重要。SRIO介面的可擴展性和靈活性有助於實現包括星型、環形以及U形菊鏈等各種架構。

LTE基地台卡上晶片與晶片互連的另一個選擇是Gigabit乙太網路交換結構。為了實現這個功能,TCI6487還整合了Gigabit乙太網路介面。


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