文档介绍：白皮书
MIMO-OFDMA 无线基站的 DSP-FPGA 系统划分
数字信号处理(DSP) 芯片和可编程逻辑供应商对哪类器件更适合新的无线系统设计有不同的观点,而最重
要的是客户实际采用了什么。今天,设计人员结合使用 PLD 和 DSP 芯片以满足市场需求。对无线系统而言,
这两类器件之间的“智能划分”实现了功能和成本效益的最佳组合。除了满足设计规范之外,结合使用
DSP 芯片和 FPGA 还是防止产品今后过时以及无风险降低成本的好方法。本文详细介绍这些设计策略,提供
的几个无线基站 FPGA+DSP 系统划分实例解释了为什么结合使用可编程逻辑和 DSP 有助于设计人员完成他们
的项目。
引言
无线运营商通过提供增强数据服务来提高他们的单位用户平均收益(ARPU),这同时推动了对宽带的需求,
导致对数据速率的要求越来越高。而且,为用户提供各种应用体验的要求也促使底层网络体系结构进行变
革。窄带 2G GSM、IS-95 系统等以语音为中心的技术已经发展到目前基于 WCDMA 的 HSDPA 和 HSUPA 系统,
峰值数据速率达到了 10 Mbps。今后的 3GPP 长期发展规范采用了多输入多输出(MIMO) 等复杂的信号处理技
术,以及正交频分复用接入(OFDMA) 和多载波码分复用接入(MC-CDMA) 等新的射频技术,这些技术是实现
100 Mbps 以上吞吐量的关键。WiMAX 等其他 OFDM 宽带无线系统也在不断发展,传输速率已经超过了 70
Mbps。
数据速率之所以能够提高,主要是使用了高阶调制技术以及可变速率通道编码,也就是常说的自适应调制
和编码(AMC) 等技术。复杂的空间信号处理方法,例如聚束和 MIMO 天线技术,也是提高数据速率成熟可靠
的技术,但其代价是需要进行复杂的计算。对于设计基站的 OEM 而言,这些支撑技术带来了很大的挑战,
设计的基站不但要有很高的性价比,能够更新,而且要非常灵活,随着标准的发展能够继续使用。
基站设计要求
无线系统设计人员需要满足的各种关键需求包括处理速度、灵活性以及产品及时面市等,所有需求最终决
定了对硬件平台的选用。
处理带宽
WiMAX 和 LTE 宽带无线系统对吞吐量和数据速率的要求远远高于 W-CDMA 和 cdma2000 等蜂窝系统。为了能够
支持如此高的数据速率,底层硬件平台必须有足够的处理带宽。而且,Turbo 编解码等高级信号处理技术以
及快速傅立叶变换/ 反变换(FFT/IFFT)、聚束、MIMO、峰值因子抑制(CFR) 和数字预失真(DPD) 等前端功
能都需要进行大量的计算,每秒乘累加(MAC) 操作高达数十亿次。
灵活性
WiMAX 是相对较新的市场,目前还处于最初的发展和实施阶段。类似的,3GPP LTE 还在制定过程中,在最
终完成之前,还需要经过多个版本的修订。虽然有很多的竞争移动宽带技术,例如 WiMAX、LTE 和 UMB 等,
但它们的共同点是 OFDMA-MIMO。在目前的背景下,需要有灵活的可编程产品来实现标准还没有确定的基站
或者多协议基站。系统如果具有这种灵活性,无线基础设施 OEM 和运营商则可以大大降低资金投入和运营
开支,同时减小