序言

      無(wú)線技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)發(fā)展、全球無(wú)線用戶的激增，以及市場(chǎng)對(duì)更強(qiáng)大數(shù)據(jù)承載能力的需求，全面催生了各種新標(biāo)準(zhǔn)的不斷涌現(xiàn)，如寬帶碼分多址 － 高速分組接入(WCDMA-HSPA)、WCDMA-HSPA+ 以及長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù) (LTE) 等。基于無(wú)線服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)使用呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，從而進(jìn)一步推動(dòng)了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn) —— 支持宏蜂窩基站和小型蜂窩基站的分層網(wǎng)絡(luò)部署方案。

    隨著 LTE 部署成為現(xiàn)實(shí)，運(yùn)營(yíng)商紛紛熱衷于采用可持續(xù)降低網(wǎng)絡(luò)成本、同時(shí)還能維持并提升服務(wù)質(zhì)量的“片上系統(tǒng)”(SoC) 架構(gòu)。要支持向 LTE 的成功過(guò)渡，需要在數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 的設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn)一系列技術(shù)創(chuàng)新。德州儀器(TI) 名為“KeyStone”的多內(nèi)核 SoC 架構(gòu)不僅功能強(qiáng)大而且極富創(chuàng)新性，能夠有效支持 WCDMA 與 LTE，進(jìn)而降低成本。KeyStone 多內(nèi)核架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)具有專用 WCDMA與 LTE加速器的、名符其實(shí)的多標(biāo)準(zhǔn)（LET、WCDMA）解決方案。本白皮書(shū)全面闡述了TI KeyStone 多內(nèi)核架構(gòu)如何在LTE 基站上實(shí)現(xiàn)第二層網(wǎng)絡(luò)和傳輸處理。

     隨著全球無(wú)線用戶數(shù)量的激增，無(wú)線技術(shù)也在持續(xù)實(shí)現(xiàn)演進(jìn)發(fā)展。移動(dòng)數(shù)據(jù)使用量的新近增長(zhǎng)、層出不窮的新應(yīng)用以及互通互連的生活方式，都需要移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供強(qiáng)大的支持。對(duì)無(wú)線寬帶服務(wù)不斷增長(zhǎng)的需求促使 3GPP 定義可同時(shí)為運(yùn)營(yíng)商和終端用戶帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)的 LTE 技術(shù)解決方案，，如不僅能提高容量、降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性、降低開(kāi)發(fā)與運(yùn)營(yíng)成本，而且最終還能顯著提升用戶體驗(yàn)。

    名為演進(jìn)型 UMTS 陸地?zé)o線電廣播接入網(wǎng)絡(luò)(E-UTRAN) 的 LTE 無(wú)線電廣播接入網(wǎng)絡(luò)支持基于共享分組通道的移動(dòng)寬帶服務(wù)。這種方案不僅能夠提高頻譜效率和區(qū)段容量，同時(shí)還能縮短用戶層的時(shí)延。以演進(jìn)型分組內(nèi)核(EPC) 著稱的LTE 核心網(wǎng)絡(luò)，采用平坦型純 IP 架構(gòu)演進(jìn)支持 E-UTRAN。借助平坦型 IP 架構(gòu)，運(yùn)營(yíng)商不但能夠減少資本支出的網(wǎng)絡(luò)組件數(shù)，同時(shí)還能縮短系統(tǒng)時(shí)延以支持最新應(yīng)用，并演進(jìn)支持無(wú)線電廣播接入與核心網(wǎng)絡(luò)。

    LTE 可支持靈活的通道帶寬(1.2-20 MHz) 以及頻分雙工(FDD) 與時(shí)分雙工(TDD) ，以實(shí)現(xiàn) LTE 系統(tǒng)的靈活部署。LTE 可為每一個(gè) 20 MHz 頻譜提供 100Mbps 的下行和 50Mbps 的上行速率。通過(guò)采用多天線信號(hào)處理技術(shù)，LTE 能夠提供甚至更高的數(shù)據(jù)傳輸速率——下行高達(dá) 326.4 Mbps。

    根據(jù) Dell'Oro Group 調(diào)查顯示，全球移動(dòng)用戶數(shù)有望從 2009 年的 48 億增至 2014 年的 72 億。這些用戶將進(jìn)一步推動(dòng)對(duì)更高數(shù)據(jù)速率的需求，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)流量的激增。集頻譜效率高、通道帶寬靈活性高與資本節(jié)約更顯著（因其采用平坦型純 IP 架構(gòu)）等數(shù)大優(yōu)勢(shì)于一身的 LTE 將推進(jìn)運(yùn)營(yíng)商部署 LTE 網(wǎng)絡(luò)。

    2009 年到 2010 年間，對(duì)LTE 的大規(guī)模試用與部署在全球范圍內(nèi)廣泛展開(kāi)。有 25 家頂級(jí)運(yùn)營(yíng)商承諾部署 LTE 系統(tǒng)，LTE 將呈現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。北美地區(qū)的主要運(yùn)營(yíng)商將在 2010年 － 2011 年期間開(kāi)始 LTE E-UTRAN NodeB (eNodeB) 的部署，但是 LTE 的市場(chǎng)增長(zhǎng)將在 2012 年迎來(lái)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，到時(shí)候歐洲和中國(guó)的運(yùn)營(yíng)商也將開(kāi)始部署 LTE。根據(jù) Dell'O Group 的預(yù)測(cè)，到 2014 年年底，這一增長(zhǎng)將使全球范圍內(nèi)的 LTE 用戶數(shù)量突破 1 億大關(guān)。

    圖1 展示了包含名為 eNodeBs 基站的 E-UTRAN 架構(gòu)。eNodeBs 可提供針對(duì)用戶設(shè)備（UE，移動(dòng)）的用戶層與控制層協(xié)議終端(Uu) ，以及針對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)的傳輸終端(Iu)。

     eNodeBs 不僅可通過(guò) X2 接口相互連接，而且也可通過(guò) S1 接口連接至核心網(wǎng)絡(luò) EPC，更確切地說(shuō)還可通過(guò) S1-MME 與移動(dòng)管理實(shí)體(MME) 連接，以及通過(guò) S1-U 接口與服務(wù)網(wǎng)關(guān)(S-GW) 連接。

LTE 協(xié)議架構(gòu)

eNodeB 協(xié)議結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)主要層：無(wú)線電廣播網(wǎng)絡(luò)層與傳輸網(wǎng)絡(luò)層。在無(wú)線電廣播網(wǎng)絡(luò)層可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線電廣播接口功能，而在傳輸網(wǎng)絡(luò)層則可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的傳輸功能（例如以太網(wǎng)）?？稍谌缦氯齻€(gè)協(xié)議層中實(shí)施無(wú)線電廣播接口：物理層（L1，PHY）；數(shù)據(jù)鏈路層(L2)；以及網(wǎng)絡(luò)層(L3)，以向UE 提供用戶層與控制層協(xié)議終端(Uu)。傳輸接口可提供針對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)的隧道協(xié)議終端(Iu)。

圖. 1 – E-UTRAN 架構(gòu)

圖2– L2 架構(gòu)（下行）

圖3 – L2 架構(gòu)（上行）

    MAC 子層負(fù)責(zé)將同一傳輸通道上的多個(gè)邏輯通道（無(wú)線電廣播承載）多路復(fù)用至一個(gè)或多個(gè)邏輯通道，并將傳輸通道上 PHY (L1) 中的MAC 服務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU) 解多路復(fù)用至一個(gè)或多個(gè)邏輯通道。此外 MAC 子層還負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)調(diào)度活動(dòng)，包括在某個(gè) UE 的邏輯通道之間以及在 UE 之間進(jìn)行優(yōu)先處理。

    MAC 子層的其他功能包括，通過(guò)混合自動(dòng)中繼請(qǐng)求(HARQ) 進(jìn)行糾錯(cuò)、傳輸格式選擇以及填充等功能。L3 的無(wú)線電廣播資源控制(RRC) 子層可控制 MAC 子層的配置。

    RLC 子層的功能包括協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU) 傳輸、通過(guò) ARQ 糾錯(cuò)、RLC SDU 的級(jí)聯(lián)/分段/重組、重復(fù)檢測(cè)以及協(xié)議錯(cuò)誤檢測(cè)等。L3 的 RRC  子層可控制 RLC 子層的配置。配置后的 RLC 實(shí)體能夠以下列三種模式之一來(lái)執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸：透明模式(TM)、非確認(rèn)模式(UM) 以及確認(rèn)模式(AM)。

    PDCP 子層的功能包括：通過(guò)性能穩(wěn)定的報(bào)頭壓縮(RoHC) 進(jìn)行報(bào)頭壓縮/解壓縮，用戶層與控制層數(shù)據(jù)傳輸，用戶層和控制層數(shù)據(jù)的加密與解密，控制層數(shù)據(jù)的完整性保護(hù)與完整性驗(yàn)證。

傳輸/回程處理

     eNodeB 上的傳輸/回程協(xié)議?？蓪?shí)現(xiàn)與核心網(wǎng)絡(luò)的通信。eNodeB 可提供與EPC（MME 與S-GW）接口相連的S1 接口，以及與另一eNodeB 接口相連的X2 接口。圖4 和圖5 對(duì)S1 用戶層與S1 控制層的協(xié)議棧進(jìn)行了概括性描述。

圖4 – S1 用戶層

圖5 – 控制層

    傳輸協(xié)議棧能夠?yàn)榛爻蹋↖PSec 隧道）的用戶層數(shù)據(jù)提供安全終端(GTP-U)，同時(shí)為回程(SCTP) 的控制層數(shù)據(jù)提供 S1-AP/X2-AP 終端。

TI KeyStone架構(gòu)

    向 LTE 的升級(jí)給基站廠商及其供應(yīng)商帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)，他們需要在基站中實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量、更高的性能及更大靈活性。同樣，LTE 也給基站廠商及供應(yīng)商帶來(lái)了觀念上的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)高頻譜效率需要更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理與調(diào)度。

    數(shù)據(jù)層處理要求低時(shí)延和高吞吐量，同時(shí)調(diào)度還需具備動(dòng)態(tài)與通道感知功能。支持 LTE 需要在基站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn)大量技術(shù)創(chuàng)新。運(yùn)營(yíng)商也紛紛對(duì)可持續(xù)降低其網(wǎng)絡(luò)成本的 SoC 架構(gòu)青睞有加。

    TI 名為“KeyStone”的多內(nèi)核SoC 架構(gòu)不僅功能強(qiáng)大而且極富創(chuàng)新性，從而使基站廠商能夠從LTE 等最新技術(shù)中顯著受益。該架構(gòu)具備的眾多關(guān)鍵組件不僅可支持新的LTE 功能，同時(shí)也可用于提升WCDMA 等現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)的性價(jià)比。圖6 對(duì)KeyStone 架構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明。