引言
隨著消費(fèi)者數(shù)據(jù)需求量的不斷攀升，全球范圍內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商無(wú)一不面臨著對(duì)無(wú)線帶寬前所未有的增長(zhǎng)需求。值得慶幸的是，包括標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu) 3GPP 等在內(nèi)的整個(gè)行業(yè)都在竭盡全力來(lái)支持這種需求。LTE 正是為幫助運(yùn)營(yíng)商滿足這一指數(shù)級(jí)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)需求應(yīng)運(yùn)而生的最佳技術(shù)選擇。由于 LTE 部署實(shí)施已趨成熟，基站制造商紛紛熱衷于采用片上系統(tǒng)架構(gòu) (SoC)，以使運(yùn)營(yíng)商可在維持并提升服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)還能大幅降低網(wǎng)絡(luò)成本。
助力向 LTE 的成功過(guò)渡需要在基站 SoC 設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn)大量的突破性創(chuàng)新。德州儀器 (TI) 已成功開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大且極富創(chuàng)新性的 KeyStone 多內(nèi)核 SoC 架構(gòu)，旨在優(yōu)化 WCDMA 、LTE 性能的同時(shí)還能降低基站成本和能耗。對(duì)于無(wú)線基站的應(yīng)用而言，KeyStone 最基本的組成部分是在無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的物理層 (PHY)，即第一層，實(shí)施可配置協(xié)處理器。本文不僅介紹了 TI 基于 KeyStone 多內(nèi)核 SoC 架構(gòu)的 TCI6618 無(wú)線片上系統(tǒng) (SoC) 將如何實(shí)現(xiàn)可為制造商縮短開(kāi)發(fā)周期的優(yōu)化型 PHY LTE解決方案，而且還將展示其獨(dú)具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)且所需資產(chǎn)投資和運(yùn)營(yíng)成本更低的 eNodeB 解決方案如何在性能方面實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的潛力。
全球移動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)給無(wú)線運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。但值得慶幸的是，無(wú)線技術(shù)不斷演進(jìn)發(fā)展，且應(yīng)運(yùn)而生的長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù) (LTE) 已成為迎接這一挑戰(zhàn)的首選的全球標(biāo)準(zhǔn)。世界前 25 強(qiáng)無(wú)線運(yùn)營(yíng)商已決定部署 LTE；其中部分運(yùn)營(yíng)商于 2010 年開(kāi)始進(jìn)行試運(yùn)行，預(yù)計(jì)將在 2012 年迎來(lái)多個(gè)市場(chǎng)的增長(zhǎng)契機(jī)。采用 LTE 技術(shù)表明能夠通過(guò)提高頻譜效率來(lái)更好地使用運(yùn)營(yíng)商的頻譜資源，這意味著相對(duì)以往技術(shù)而言每赫茲能夠傳輸更多比特?cái)?shù)。運(yùn)營(yíng)商部署 LTE 解決方案的速度既要跟上海量數(shù)據(jù)的流量激增，同時(shí)還要確保盡可能地降低每比特開(kāi)銷，從而減少“碳足跡”并實(shí)現(xiàn)從 3G 到 LTE 的平穩(wěn)過(guò)渡。
對(duì) LTE 系統(tǒng)需求的變化給運(yùn)營(yíng)商、基站廠商及其提供商帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)。TI 已開(kāi)發(fā)出一款功能強(qiáng)大且極富創(chuàng)新性的片上系統(tǒng) (SoC) 架構(gòu)，能夠大幅減少 LTE 產(chǎn)品的成本，使生制造商能從領(lǐng)先的基站技術(shù)中顯著獲益。KeyStone 多內(nèi)核 SoC 架構(gòu)建立在 TI 業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的多內(nèi)核 DSP 平臺(tái)之上，并集成了適用于 4G 系統(tǒng)的創(chuàng)新浮點(diǎn)架構(gòu)和協(xié)處理器。對(duì)于運(yùn)算增強(qiáng)功能而言，更重大的創(chuàng)新是背板和內(nèi)部數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)遷移，這對(duì)于高速 4G SoC 獲得全面性能至關(guān)重要。TI 新架構(gòu)將推動(dòng)整個(gè)行業(yè)更快速地朝著實(shí)現(xiàn)高價(jià)值 4G 系統(tǒng)特性的部署方向發(fā)展。
LTE 可支持靈活的通道帶寬 (1.4 – 20 MHz)、頻分多路復(fù)用 (FDD) 和時(shí)分多路復(fù)用 (TDD)，從而可在所屬頻譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)靈活部署。LTE 通信協(xié)議棧的基礎(chǔ)是物理層 (PHY)，有時(shí)也稱為第 1 層 (L1)。PHY 層是固定基站到移動(dòng)設(shè)備連接的基礎(chǔ)；若無(wú)線連接不穩(wěn)定，通話會(huì)掉線，下載會(huì)中斷，同時(shí)視頻也會(huì)停頓。
TCI6618 中的高級(jí) PHY 是行業(yè)可靠性能的黃金標(biāo)準(zhǔn)，而 TI 的 L1 PHY 技術(shù)基于可支持多種流行無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的成熟穩(wěn)定的的可配置協(xié)處理器之上，從而可在通用平臺(tái)上實(shí)現(xiàn) 3G 向 4G 的成功升級(jí)和無(wú)縫過(guò)渡。
LTE 無(wú)線電廣播接口架構(gòu)
LTE 是第三代合作伙伴項(xiàng)目 (3GPP) 的最新移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。LTE 在 3G 移動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)進(jìn)步，可在 20MHz 頻譜范圍提供至少 100 Mbps 的峰值下行速率以及至少 50 Mbps 的峰值上行速率。
PHY 可與 L2（媒體接入控制 [MAC] 層）、L3（無(wú)線電廣播資源控制 [RRC] 層）接口相連，并能為更高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。PHY 可處理信道編碼、PHY 混合自動(dòng)中繼請(qǐng)求 (HARQ) 處理、調(diào)制和多天線處理，并能將信號(hào)映射至相關(guān)的物理時(shí)頻資源。
LTE 下行鏈路物理層處理可接收從 MAC 層以傳輸模塊的形式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流和控制流，通過(guò)計(jì)算循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC) 開(kāi)始處理，并將其附加在傳輸模塊。如果傳輸模塊的大小超過(guò)編碼模塊最大允許的 6,144 比特，則應(yīng)執(zhí)行編碼模塊分割。新的 CRC 計(jì)算出來(lái)后即可在信道編碼前將其附加給每個(gè)代碼模塊。圖 1 描述了 LTE 下行鏈路的主要功能模塊。
圖1 –－LTE 下行鏈路傳輸信道處理
Turbo 編碼為實(shí)現(xiàn)可靠傳輸提供了高性能的前向糾錯(cuò)機(jī)制；速率匹配技術(shù)可執(zhí)行穿孔或重復(fù)對(duì)可用物理信道資源的速率進(jìn)行匹配，以及；當(dāng)用戶未能接收到正確數(shù)據(jù)時(shí)，HARQ 可提供強(qiáng)大穩(wěn)定的重傳機(jī)制。位加擾 (Bit scrambling) 可在編碼模塊連接后執(zhí)行，以減少所傳輸信號(hào)中 0 1 字符串的長(zhǎng)度，從而避免調(diào)制前在接收機(jī)端的同步問(wèn)題。
多種調(diào)制方案（正交相移鍵控 [QPSK)、16 QAM [正交幅度調(diào)制，或 64 QAM）均可用于實(shí)現(xiàn) LTE 層映射，而且其預(yù)編碼支持多天線傳輸。最后，還可將正交頻分多路復(fù)用 (OFDM) 符號(hào)的資源組件映射至可實(shí)現(xiàn)空中傳輸?shù)拿總€(gè)天線端口。
LTE 技術(shù)演進(jìn)
LTE 可充分利用眾多用于 3G HSPA+（高速分組接入）的先進(jìn)技術(shù)，其中包括 Turbo 編碼、HARQ 和多天線方案。LTE 提供的解決方案可通過(guò)多天線信號(hào)處理實(shí)現(xiàn) 20 MHz、100 Mbps 的下行鏈路速率以及 50 Mbps 以上的上行鏈路速率。TI TCI6618 解決方案具備加值與推進(jìn)算法的信號(hào)處理開(kāi)銷，能夠支持雙通道 20 MHz、300 Mbps 下行鏈接、150 Mbps 上行鏈接的 2x2 多輸入多輸出 (MIMO) 解決方案。此外，與 3G 系統(tǒng)相比，LTE 還可使用 OFDM 和上下行鏈路多輸入與多輸出 (MIMO) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)顯著的性能提升。
OFDM 傳輸 – LTE 使用 OFDM 支持無(wú)線電廣播傳輸，從而能夠提供穩(wěn)定的傳輸機(jī)制來(lái)避免惡劣信道條件下的性能衰減、窄帶同頻串?dāng)_、碼間干擾和衰減。此外，其還可提供對(duì)時(shí)間同步錯(cuò)誤的高頻譜效率及低靈敏度。
LTE 下行鏈路處理使用帶循環(huán)前綴的多載波 OFDM 傳輸方式。在上行鏈路，帶有循環(huán)前綴的寬帶單載波 OFDM 傳輸能夠大幅減少所傳輸信號(hào)的瞬時(shí)功耗變化。快速傅里葉變換 (FFT) 能夠?yàn)?OFDM 調(diào)制解調(diào)提供低復(fù)雜度的高效率實(shí)施方案。
圖 2 - LTE MIMO 信道模型
MIMO 技術(shù) – 為了提升性能，LTE 同時(shí)在發(fā)送器和接收機(jī)中都采用了使用 MIMO 天線的智能天線技術(shù)。MIMO 無(wú)需額外增加帶寬或發(fā)送功率就能顯著提高數(shù)據(jù)吞吐量并擴(kuò)大頻率覆蓋范圍，從而提供更高的頻譜效率和鏈接可靠性以防止信道衰減。圖 2 闡述了 LTE 2x4 上行 MIMO 信道模型和接收機(jī)的處理。
多天線上行鏈路 MIMO 接收機(jī)技術(shù)能夠有助于提高信噪比。在接收機(jī)主要受噪音損害時(shí)，最大比合并 (MRC) 是一種非常有效的天線合并策略。在干擾幅度非常強(qiáng)的信道條件下，最小均方誤差 (MMSE) 結(jié)合技術(shù)是確定最小化均方誤差的天線加權(quán)矢量的極佳方案。MMSE MIMO 均衡的浮點(diǎn)實(shí)施可顯著減低計(jì)算復(fù)雜度，并實(shí)現(xiàn)極高性能，從而成就了高效率的 LTE MIMO 接收機(jī)。
TCI6618 – LTE 推動(dòng)器 TCI6618 SoC 是 TI TMS320C66x DSP 多內(nèi)核系列成員。其基于 TI 最新的 KeyStone 多內(nèi)核架構(gòu)之上，適用于高性能的無(wú)線基礎(chǔ)局端應(yīng)用，是用以應(yīng)對(duì) LTE 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的完美方案。圖 3 闡述了該器件的特性和處理組件。
圖 3 - TMS320TCI6618 方框圖
TCI6618 針對(duì) LTE 的主要特性 KeyStone 多內(nèi)核架構(gòu)在業(yè)界率先提供了一種可將精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) (RISC) 和 DSP 內(nèi)核同專用協(xié)處理器和I/O高度集成在一起的高性能結(jié)構(gòu)。此外，KeyStone 也是業(yè)界第一款能夠?yàn)樗刑幚韮?nèi)核、外設(shè)、協(xié)處理器以及I/O 提供足夠內(nèi)部帶寬以實(shí)現(xiàn)非阻塞、零延遲接入的多內(nèi)核架構(gòu)。這主要得益于 4 種硬件的支持，如多內(nèi)核導(dǎo)航器、TeraNet、多內(nèi)核共享存儲(chǔ)器控制器及超鏈接。
多內(nèi)核導(dǎo)航器是一種基于分組的創(chuàng)新型管理器，能夠?qū)?8,192 個(gè)隊(duì)列進(jìn)行控制。當(dāng)向向各隊(duì)列分配任務(wù)時(shí)，多內(nèi)核導(dǎo)航器可提供硬件加速的調(diào)度，以直接將任務(wù)指向相關(guān)的可用硬件。基于分組的 SoC 可使用 2Tbp 容量的 TeraNet 交換中心資源進(jìn)行分組傳輸。
多內(nèi)核共享存儲(chǔ)器控制器能夠在無(wú)需耗用 TeraNet 容量的情況下允許處理內(nèi)核直接訪問(wèn)共享存儲(chǔ)器，因而能夠避免因存儲(chǔ)器接入造成分組傳輸?shù)难舆t。超鏈接可提供 50 Gbps 的芯片級(jí)互連，使 SoC 能夠協(xié)同工作。其極低的協(xié)議開(kāi)銷和高吞吐量特性使超鏈接成為芯片對(duì)芯片互連的理想接口。超鏈接與多內(nèi)核導(dǎo)航器協(xié)同工作，可將任務(wù)透明性地分派給串聯(lián)設(shè)備，而且執(zhí)行這些任務(wù)就如同在其本地資源上運(yùn)行一樣。
C66x 內(nèi)核 – TCI6618 具有四個(gè)支持定點(diǎn)與浮點(diǎn)運(yùn)算操作的1.2-GHz C66x 內(nèi)核。其可提供 1.2 GHz 條件下每秒 153.6 GMAC 的定點(diǎn)運(yùn)算性能以及每秒 76.8 GFLOP 的浮點(diǎn)運(yùn)算性能。C66x 指令集架構(gòu)新增了 90 條全新的高性能指令，尤其是浮點(diǎn)指令與矢量信號(hào)處理指令，從而能夠支持 16 位數(shù)據(jù)的雙路單指令多數(shù)據(jù) (SIMD) 操作以及 8 位數(shù)據(jù)的四路 SIMD 操作。該款超長(zhǎng)指令字架構(gòu)可支持 8 個(gè)同步問(wèn)題，并為復(fù)數(shù)計(jì)算和矩陣處理進(jìn)行了優(yōu)化。其具有更低時(shí)延的浮點(diǎn)能力與對(duì) MAC 性能的 4 倍速增強(qiáng)，不僅顯著加速了 LTE MIMO 的均衡，同時(shí)還提高了 LTE 所需的大部分 DSP 處理能力。
BCP – 比特率協(xié)處理器 (BCP) 是一款可減輕無(wú)線信號(hào)鏈中總體比特率處理工作的多標(biāo)準(zhǔn)加速引擎。BCP 對(duì)以下處理功能進(jìn)行了增強(qiáng)：
• 調(diào)制 • 速率匹配
• 解調(diào) • 速率解匹配
• 交錯(cuò) • CRC 附加
• 解交錯(cuò) • 控制信道信息解碼
• Turbo 與卷積編碼
除了能夠從這些功能上減輕 DSP 內(nèi)核開(kāi)銷，BCP 也可實(shí)現(xiàn) Turbo 干擾消除等高級(jí)接收機(jī)算法。Turbo 干擾消除可將信噪比 (SNR) 提高 3 dB，從而使頻譜效率最多可提高 40%，這也是無(wú)線系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。BCP 能夠在提供 2.2 Gbps 下行吞吐量和 1.1Gbps 上行吞吐量的同時(shí)，還能大約減輕 DSP 周期的 15 GHz 負(fù)載。
TCP3d – 第三代 Turbo 解碼器協(xié)處理器 (TCP3d) 是對(duì) LTE 上行鏈路處理進(jìn)行 Turbo 解碼的可編程外設(shè)。TCP3d 輸入采用針對(duì)系統(tǒng)和校驗(yàn)位的軟信道決策，而輸出則采用硬信道決策。TCP3d 可生成 Turbo 交錯(cuò)表，能夠執(zhí)行 Turbo 解碼并支持基于編碼模塊的 CRC 計(jì)算。TCP3d 具有非常小的驅(qū)動(dòng)器開(kāi)銷，卻比此前的 TCP2系列產(chǎn)品快了 7 倍。TCI6618 包含三個(gè) TCP3d 協(xié)處理器，總吞吐能力經(jīng) 6 次疊加可高達(dá) 582 Mbps。
TCP3e – 第三代 Turbo 編碼器協(xié)處理器 (TCP3e) 是一種可對(duì) LTE Turbo代碼進(jìn)行編碼以實(shí)現(xiàn)下行鏈路處理的可編程外設(shè)。TCP3e 的輸入為信息位，而輸出則為已編碼的系統(tǒng)化校驗(yàn)位。其能夠支持基于編碼模塊的 CRC、Turbo 編碼及 Turbo 交錯(cuò)表生成。TCP3e 能以 150 Mbps 的下行鏈路吞吐量速率對(duì)每秒 450 Mbycles 的 CPU 處理減輕負(fù)擔(dān)。TCI6618 具有 4 個(gè) TCP3e 協(xié)處理器，總吞吐量高達(dá) 2572 Mbps。
FFTC – 快速傅里葉變換協(xié)處理器 (FFTC) 是一款與 DSP 內(nèi)核松散耦合的加速器?？蓪⑵溥B接至 TeraNet 并使用多內(nèi)核導(dǎo)航器輸入、輸出需要 FFT 功能的分組。FFTC 具有循環(huán)前綴可插拔特性，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行編程以便在分組數(shù)據(jù)的開(kāi)始部分忽略或添加樣本；這允許在無(wú)需使用軟件對(duì)循環(huán)前綴進(jìn)行處理的情況下實(shí)現(xiàn)天線接口與 FFTC 之間的無(wú)縫連接。此外，F(xiàn)FTC 也可根據(jù) LTE 要求對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率切換。以下列舉了在 LTE 中使用 FFTC 的應(yīng)用實(shí)例：
• 前端實(shí)時(shí)信號(hào)處理 FFT，包括循環(huán)前綴移除和頻率切換；
• 用于信道估計(jì)的離散傅里葉變換 (DFT)/離散傅里葉反變換 (IDFT)；
• 用于信道聲探的 DFT/IDFT；
• 用于頻率失調(diào)補(bǔ)償和估計(jì)的 DFT/IDFT；
• 用于普通用戶解映射的 IDFT；
• 用于下行和循環(huán)前綴擴(kuò)展的 IFFT；
• 用于物理隨機(jī)接入信道 (PRACH) 的 DFT 和 IDFT；
• 用于干擾抑制組合處理的 DFT/IDFT。
TCI6618 具有三個(gè) FFTC 單元，最大組合吞吐量高達(dá)每秒 1,900 Mcarrier。在 20 MHz 帶寬、2x2 MIMO 配置的 LTE 系統(tǒng)中，該 FFTC 集群可減少超過(guò) 1.6 GHz 的 DSP 內(nèi)核處理開(kāi)銷。換句話說(shuō)，其可為 SoC 節(jié)省比一個(gè)完整 DSP 內(nèi)核還多的資源。
RSA – 瑞克搜索加速器 (RSA) 可用于 LTE 編碼塊解碼。TCI6618 擁有兩個(gè)與兩個(gè) DSP 內(nèi)核中的任一一個(gè)都能緊密配合的 RSA。RSA 可為相關(guān)性和搜索算法提供硬件加速，允許通過(guò)物理上行共享信道 (PUSCH) 解碼高效實(shí)施上行控制信息 (UCI)。使用 RSA 可為基于 PUSCH 解碼算法的 UCI 節(jié)省超過(guò) 1GHz 的 DSP 處理資源。
AIF2 – TCI6618 第二代天線接口 (AIF2) 是一個(gè)專有外設(shè)模塊，可在上下行基帶 DSP 內(nèi)核與高速串行接口（連接至數(shù)字無(wú)線電廣播前端）之間支持基帶同相與正交 (IQ) 數(shù)據(jù)的傳輸。AIF2 可支持 LTE 的頻分多路復(fù)用 (FDD)、時(shí)分多路復(fù)用 (TDD)、通用公共無(wú)線電廣播接口 (CPRI) 以及開(kāi)放式基站架構(gòu)發(fā)起組織 (OBSAI) 協(xié)議。AIF2 則能支持 6 個(gè)鏈路，其中每個(gè)鏈路均帶一個(gè) 6 GHz 的SERDES 和每鏈路 64 個(gè)最大天線載波。
AIF2 內(nèi)置多內(nèi)核導(dǎo)航器，并能直接與 FFTC 連接，從而為 LTE 系統(tǒng)提供了低時(shí)延的天線流量。此外，AIF2 也具有用于幀時(shí)序和同步的可編程無(wú)線電廣播定時(shí)器，以支持多種標(biāo)準(zhǔn)。其能夠提供 12 Gbps 的最大入口帶寬和 12 Gbps 的最大出口帶寬。
網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器 – 網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器可提供主要用于 LTE L2 處理的以太網(wǎng)分組加速和安全加速功能。其內(nèi)置 CRC 引擎可用于實(shí)現(xiàn) LTE PHY 傳輸模塊的 CRC 計(jì)算。
高效 FFTC 前端數(shù)據(jù)分派 – KeyStone 多內(nèi)核架構(gòu)可在 AIF2 和 FFTC 之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接口，而無(wú)需運(yùn)行于 DSP 內(nèi)核之上的軟件的干預(yù)。此外，其還使用多內(nèi)核導(dǎo)航器基礎(chǔ)局端支持多內(nèi)核負(fù)載均衡。
AIF2 和 FFTC 專為 LTE OFDM 處理而精心優(yōu)化。兩者繼續(xù)沿用多內(nèi)核導(dǎo)航器的分組直接存儲(chǔ)器存取 (DMA) 引擎，從而能夠在無(wú)需 DSP 內(nèi)核干預(yù)的情況下通過(guò)隊(duì)列直接在 AIF2 和 FFTC 形成數(shù)據(jù)傳輸通道。
圖 4 闡述了如何在 LTE 上行符號(hào)處理過(guò)程中采用多內(nèi)核導(dǎo)航器來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、調(diào)度、系統(tǒng)分區(qū)以及存儲(chǔ)器占用的減少。
在該例中，可將 4 個(gè)天線信號(hào)流饋送到 FFTC 中，分區(qū)及調(diào)度信息被編程固化在 FFTC 輸入隊(duì)列描述符中。每個(gè)內(nèi)核均具有 3 個(gè)專用的 FFTC 輸出隊(duì)列，隊(duì)列中具有使用多內(nèi)核導(dǎo)航器以逐包方式重新分配到不同內(nèi)核的所需天線及數(shù)據(jù)符號(hào)信息。
通過(guò)使用多內(nèi)核導(dǎo)航器隊(duì)列描述符報(bào)頭協(xié)議專用信息，可對(duì) FFTC 輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，以讓一個(gè)隊(duì)列接收 FFTC 輸出數(shù)據(jù)符號(hào)，另一個(gè)隊(duì)列接收輸出導(dǎo)頻信號(hào)。第三個(gè)隊(duì)列包含可中斷內(nèi)核以啟動(dòng)數(shù)據(jù)處理的符號(hào)數(shù)據(jù)。內(nèi)核能夠高效處理前端 FFTC 數(shù)據(jù)而無(wú)需進(jìn)行任何數(shù)據(jù)預(yù)處理開(kāi)銷。FFTC 通過(guò)將部分?jǐn)?shù)據(jù)及導(dǎo)頻符號(hào)路由到將執(zhí)行信道估計(jì)以及均衡的每個(gè)內(nèi)核來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。
圖 4 – 利用多內(nèi)核導(dǎo)航器實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、調(diào)度以及系統(tǒng)分區(qū)
通過(guò)為FFTC 輸出數(shù)據(jù)采用多內(nèi)核導(dǎo)航器隊(duì)列，L2 使用多區(qū)段主機(jī)分組描述符的存儲(chǔ)器空間可節(jié)省下來(lái)?？蓪⒅鞣?hào)前后的干擾保護(hù)音調(diào)存放在存儲(chǔ)器段中，通過(guò)每次傳輸快速回收。僅將有用數(shù)據(jù)（主符號(hào)）存儲(chǔ)在 L2 中以備后續(xù)處理。其結(jié)果是為 FFTC 前端處理減少了 50% 的存儲(chǔ)器–－緩沖器使用量。圖 5 闡述了如何采用多內(nèi)核導(dǎo)航器隊(duì)列鏈接的描述符來(lái)減少存儲(chǔ)器的使用。
圖 5 – 使用多內(nèi)核導(dǎo)航器分組隊(duì)列減少存儲(chǔ)器使用
TCI6618 平臺(tái)開(kāi)發(fā)套件 (PDK) 包含適用于 BCP、FFTC、TCP3d、TCP3e、多內(nèi)核導(dǎo)航器、RapidIO®、網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器、增強(qiáng)型直接存儲(chǔ)器接入 (EDMA) 以及芯片支持庫(kù)等的驅(qū)動(dòng)器。其可實(shí)現(xiàn)即裝即用的精彩用戶體驗(yàn)，同時(shí)能夠大幅縮短研發(fā)周期。
采用 TCI6618 的 LTE 解決方案 TI 也提供 LTE PHY 軟件，從而能夠?yàn)獒槍?duì) C66x 內(nèi)核而高度優(yōu)化的客戶 PUY 解決方案提供構(gòu)建模塊。BCP 可減輕整個(gè)比特處理以及硬件中 PUCCH 格式 2、2a 與 2b 解碼的負(fù)荷。LTE 庫(kù)包括 PUSCH 符號(hào)、PUCCH 格式 1、1a 與 1b 解碼、PRACH 接收機(jī)處理和物理下行共享信道 (PDSCH) 符號(hào)速率處理的相關(guān)軟件。圖 6 顯示了使用 TI 具有 TCI6618 加速器的 LTE 庫(kù)對(duì)下行 PDSCH 的完整處理過(guò)程。
圖 6 - PDSCH 處理
LTE 上行處理需要有效的 CPU 周期來(lái)實(shí)現(xiàn) PUSCH 信道估計(jì)與均衡。根據(jù)天線數(shù)量，C66x 擴(kuò)展指令集架構(gòu)與浮點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算相對(duì)于 C64x+™ 架構(gòu)而言可將 MRC 均衡器的周期降低 4 倍。由于具備浮點(diǎn)計(jì)算能力，諸如分塊矩陣轉(zhuǎn)置等更為高效的算法可用于實(shí)現(xiàn)同等性能 —— 相對(duì)于 MMSE MIMO均衡器更為復(fù)雜的定點(diǎn) Cholesky 分解算法，其減少的周期數(shù)可達(dá) 5 倍。
BCP 提供的控制信道解碼可大幅減少軟件周期數(shù)，且能夠比軟件應(yīng)用中的典型算法提供更高的性能。在某些情況下，這能夠節(jié)省多達(dá) 1.4 GHz 的 DSP 處理主頻，相當(dāng)于節(jié)約了一個(gè)多 DSP 內(nèi)核。圖 7 顯示了使用 TCI6618 及其高度優(yōu)化的 LTE 庫(kù)軟件而進(jìn)行的 PUSCH 處理。
圖 7 - PUSCH 處理
此外，F(xiàn)FTC 也可用于信道估計(jì)以減輕 DSP 處理負(fù)荷。在 LTE 中，可基于嵌入在上行幀中的參考信號(hào)（資源模塊中第 4 類信號(hào)）來(lái)執(zhí)行信道估計(jì)。TI 的 LTE 庫(kù)軟件可提供信道估計(jì)功能（在子幀中的每個(gè)數(shù)據(jù)承載資源組件中執(zhí)行）。
信道估計(jì)的第一階段可利用 FFTC 來(lái)構(gòu)建頻率平滑估計(jì)器。執(zhí)行 IDFT 需要將信道估計(jì)從頻域向時(shí)域轉(zhuǎn)換，并利用矩形窗口來(lái)截取時(shí)域信道帶以獲得時(shí)域信道。或作為備選方案，還可選定能夠減少噪聲的閾值。隨后，執(zhí)行 DFT 可生成頻域信道估計(jì)。信道估計(jì)的第二個(gè)階段可通過(guò)對(duì)第一階段估計(jì)結(jié)果的線性插值法/外插法，根據(jù)每個(gè)子載波進(jìn)行計(jì)算。圖 8 顯示了 PUSCH 信道估計(jì)處理進(jìn)程。
圖 8 – PUSCH 信道估計(jì)
除了可用于上行 PRACH 處理中的各個(gè)階段，也可將 FFTC 用于 PUSCH 信道頻偏補(bǔ)償和估計(jì)。TCI6618 中的兩個(gè) FFTC 加速器能夠顯著降低 DSP 內(nèi)核的 LTE 信號(hào)處理負(fù)荷。通過(guò)充分利用 TI C66x DSP 內(nèi)核上的 LTE 庫(kù)軟件，和 TCI6618 硬件加速器，我們可在同一 TCI6618 器件中高度集成物理上行共享信道 (PUSCH)、物理上行控制信道 (PUCCH)、物理下行共享信道 (PDSCH)、物理下行控制信道 (PDCCH) 以及物理隨機(jī)訪問(wèn)信道 (PRACH) 通道的 LTE PHY 處理。
TCI6618 可支持兩個(gè) 20MHz 帶寬區(qū)段的 FDD LTE，以及 2x2 個(gè)使用高級(jí)接收機(jī)算法獲取的 150 Mbps 下行和 75 Mbps 上行吞吐帶寬的 MIMO。
KeyStone SoC 多內(nèi)核架構(gòu)和無(wú)與倫比的 TCI6618 系統(tǒng)、外設(shè)、加速器帶寬及吞吐量使得低成本的 LTE 移動(dòng)寬帶成為現(xiàn)實(shí)，同時(shí)也為市場(chǎng)帶來(lái)了高性價(jià)比的 LTE 解決方案。
結(jié)論 以 TI 多年無(wú)線基站系統(tǒng)知識(shí)和業(yè)經(jīng)驗(yàn)證具有卓越性能的技術(shù)為依托，TCI6618 是在此基礎(chǔ)上持續(xù)創(chuàng)新的成果。TI KeyStone SoC 架構(gòu)可為 LTE 及其持續(xù)技術(shù)演進(jìn)提供最高的吞吐量以及符合未來(lái)要求的架構(gòu)。4 款同時(shí)集成了定點(diǎn)與浮點(diǎn)功能的高性能 DSP 內(nèi)核可為 LTE PHY 處理提供業(yè)界功能最強(qiáng)大的內(nèi)核。豐富系列的硬件加速器不僅可減少 LTE 系統(tǒng)時(shí)延，而且還能完全釋放 CPU 資源，從而實(shí)現(xiàn)最佳的 LTE 系統(tǒng)性能以及獨(dú)具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的差異化功能。TMS320TCI6618 可提供結(jié)合了業(yè)界開(kāi)發(fā)生態(tài)系統(tǒng)且包含全面優(yōu)化型 LTE PHY 庫(kù)軟件的最穩(wěn)健硬件平臺(tái)。平臺(tái)開(kāi)發(fā)軟件可大幅加速開(kāi)發(fā)進(jìn)程，以確保為客戶提供業(yè)界一流的 LTE PHY 解決方案。
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