4G基礎(chǔ)設(shè)施打破傳統(tǒng)架構(gòu)

　　如今，運(yùn)營(yíng)商已開(kāi)始謀劃向4G網(wǎng)絡(luò)遷移，來(lái)解決數(shù)據(jù)擁塞以及服務(wù)質(zhì)量下降的問(wèn)題。而4G面臨的首要問(wèn)題可能就是架構(gòu)問(wèn)題，它要突破現(xiàn)有無(wú)線通信基礎(chǔ)架構(gòu)拓?fù)渌龅降钠款i。

　　現(xiàn)階段無(wú)線通信基礎(chǔ)架構(gòu)采用傳統(tǒng)或更大的宏蜂窩架構(gòu)，但這種架構(gòu)已被證實(shí)無(wú)法滿(mǎn)足持續(xù)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需求，因?yàn)楹昊炯軜?gòu)的頻譜利用率隨著用戶(hù)數(shù)的增長(zhǎng)而逐步降低，難以徹底解決室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題。而且，功率和輻射量監(jiān)管也限制了傳統(tǒng)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展空間。因此，更多的運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始傾向于異構(gòu)分層的方式，即微蜂窩集群的方式，這一方式可以以更低的成本解決宏蜂窩遇到的難題。

　　例如，日本地區(qū)iPhone的運(yùn)營(yíng)商軟銀就通過(guò)免費(fèi)發(fā)放100萬(wàn)個(gè)毫微微基站來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)擁塞和服務(wù)質(zhì)量下降這些令人頭痛的問(wèn)題。而這些毫微微基站每個(gè)的成本是150美元。預(yù)計(jì)未來(lái)兩年以?xún)?nèi)，毫微微基站的單元數(shù)可以達(dá)到2000萬(wàn)到5000萬(wàn)。可以看出，毫微微基站市場(chǎng)的增速是非常快的。

　　傳統(tǒng)PHY層芯片方案難以為繼

　　由于4G要滿(mǎn)足用戶(hù)大數(shù)據(jù)量處理需求，因此微基站、微微基站和毫微微基站的數(shù)量將大幅度增長(zhǎng)。在每個(gè)基站中，最核心的部分是一個(gè)物理層(PHY)引擎，負(fù)責(zé)數(shù)字基帶處理。從2G到4G，PHY層的架構(gòu)幾經(jīng)改變。

　　在2G語(yǔ)音時(shí)代，由于數(shù)據(jù)處理量有限，當(dāng)時(shí)PHY層采用ASIC或FPGA就可以完成數(shù)字基帶的處理任務(wù)。在2.5G時(shí)代，有少量無(wú)線數(shù)據(jù)需求，PHY層采用“FPGA+單核DSP”共同完成數(shù)字基帶的處理任務(wù)。在3G時(shí)代，由于PHY層對(duì)處理性能的提高，采用了“大型FPGA+多核DSP”。而在3.5G和未來(lái)4G時(shí)代，將采用“超大型FPGA+標(biāo)準(zhǔn)多核DSP陣列”；由于4G需要高帶寬，一般需要30個(gè)到40個(gè)DSP，但性能仍然不夠，還需要FPGA來(lái)加速。這種方案的成本、功耗和可擴(kuò)展性都已經(jīng)面臨巨大挑戰(zhàn)。

　　在這一市場(chǎng)上，目前德州儀器和飛思卡爾是主要的供應(yīng)商。其中，TI占據(jù)80%的市場(chǎng)份額，飛思卡爾占據(jù)剩余的20%。但隨著PHY層方案的重新規(guī)劃，預(yù)計(jì)會(huì)有更多芯片廠商介入，提出更多的概念、方法來(lái)降低成本。而大多數(shù)廠商都希望簡(jiǎn)化PHY層方案，而發(fā)展的方向都是集成度較高的SoC方案。

　　多廠商瞄準(zhǔn)4G PHY層芯片

　　德州儀器和飛思卡爾都意識(shí)到，目前DSP架構(gòu)已經(jīng)走到盡頭，正在重新設(shè)計(jì)DSP架構(gòu)以打破僵局。

　　例如，德州儀器研發(fā)了新的多內(nèi)核架構(gòu)KeyStone，該架構(gòu)最大的改善是帶寬加寬了，具有多層處理單元。同時(shí)，德州儀器基于該新架構(gòu)推出了TCI 6616芯片，這是德州儀器支持基站應(yīng)用的第五代芯片。它的性能比現(xiàn)有德州儀器的芯片高出兩倍以上，定義了軟件無(wú)線電物理層標(biāo)準(zhǔn)，增加了很多協(xié)處理器，支持Turbo編碼、Turbo解碼、干擾消除、下載、FTT/DFT等，可同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)處理，不需要FPGA，也不需要ASIC，實(shí)現(xiàn)從L1、L2到L3的全線處理。目前TCI6616已經(jīng)提供樣片，明年第一季度量產(chǎn)，中國(guó)設(shè)備制造商正在評(píng)估。

　　而這僅僅是德州儀器的一個(gè)“趟路”性質(zhì)的產(chǎn)品。“我們目前有很大一部分力量在看微蜂窩、微微蜂窩和毫微微蜂窩。”德州儀器DSP產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理丁剛說(shuō)，“我們專(zhuān)門(mén)針對(duì)這個(gè)市場(chǎng)進(jìn)行細(xì)分，把產(chǎn)品慢慢細(xì)分。”

　　據(jù)丁剛介紹，德州儀器目前是幾顆芯片打天下，客戶(hù)根據(jù)需求來(lái)進(jìn)行配置。例如，客戶(hù)做微蜂窩，一般需要兩張卡，客戶(hù)就根據(jù)性能要求來(lái)配置DSP芯片。但從TCI 6616以后，德州儀器會(huì)按細(xì)分市場(chǎng)有針對(duì)性地提供芯片。到那時(shí)候，微蜂窩要求處理能力越來(lái)越高，德州儀器的下一代發(fā)展方向就是芯片速度再翻倍，使微蜂窩中更多地采用SoC，甚至在芯片上集成模擬的部分。明年中期，將針對(duì)宏基站推出集成度更高的產(chǎn)品。

　　DSP IP供應(yīng)商CEVA最近針對(duì)4G無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)推出了XC323 DSP內(nèi)核。該內(nèi)核采用了矢量處理器，性能比德州儀器等現(xiàn)有基站側(cè)VLIW DSP提升多達(dá)4倍，可以減少所需的處理器和硬件加速器數(shù)量，從而降低總體BOM成本。

　　“由于DSP內(nèi)核性能的提高，使單芯片基站或單芯片毫微基站或單芯片毫微微基站成為可能。”CEVA市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)副總裁Eran Briman說(shuō)，“未來(lái)基站板級(jí)的成本可以從傳統(tǒng)方式的1000美元降低到200美元。”據(jù)悉，XC323 DSP內(nèi)核包括8路VLIW、512位SIMD操作、每周期32次MAC乘法運(yùn)算。

　　在這些新的產(chǎn)品中，廠商都采用了軟件無(wú)線電技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)單一DSP上支持既有和未來(lái)的通信標(biāo)準(zhǔn)。

　　FPGA廠商也對(duì)未來(lái)的無(wú)線架構(gòu)提出自己的構(gòu)想。賽靈思提出了基于扇區(qū)的新PHY層架構(gòu)。“真正的探討在于什么樣的器件是最適合實(shí)現(xiàn)基于扇區(qū)的方法。”賽靈思無(wú)線通信事業(yè)部總監(jiān)Manuel Uhm說(shuō)，“這些候選器件包括FPGA、來(lái)自于飛思卡爾或者德州儀器的DSP、ASSP以及一些被定義為SoC廠商的新晉公司，例如敏迅。每一個(gè)選擇都有自己的長(zhǎng)處和劣勢(shì)，沒(méi)有哪一個(gè)是完美的。所以，這取決于架構(gòu)提供商來(lái)決定他們?cè)敢鉅奚囊环N性能來(lái)開(kāi)發(fā)自己的系統(tǒng)。”

　　Manuel Uhm同時(shí)表示，雖然像飛思卡爾的8156、TI的6487以及敏迅的SoC Transcede都集成了turbo解碼，這種方法或許可以采用一時(shí)，但是會(huì)產(chǎn)生吞吐量不夠以及未來(lái)不能升級(jí)等問(wèn)題。

　　當(dāng)然上述每種器件都有一些劣勢(shì)，例如德州儀器的DSP在數(shù)據(jù)吞吐能力上仍然不夠，基于CEVA做SoC對(duì)芯片開(kāi)發(fā)商提出了較高的技術(shù)能力要求，而對(duì)于FPGA廠商，如何降低成本也是關(guān)鍵點(diǎn)。