如何满足3.5G 和4G 基站中Serial Rapid IO的架构需求

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         用户需求带动移动数据流量持续增长,迫切需要转向部署3.5G 和4G基站。新一代基站架构要求为其多个基带卡配置高带宽的背板。而且,基带卡需要一簇多核数字信号处理器(DSP) 来提供更高的基带处理能力。为了配合DSP性能的增加,在最大限度地减少布线以简化电路板的同时,需要高带宽来互连多个DSP。IDT不断增加的中央数据包交换器(CPS)系列产品支持Serial Rapid IO(sRIO),可提供最丰富的端口和链接组合,以方便模块化基站架构的扩展。

        需求推动无线基础设施改进

  过去几年中,无论是固定还是移动接入市场,互联网流量都显示出巨大而迅速的增长势头。在移动接入市场,3G智能手机和PDA类设备近期的增长需求将持续带动企业级市场的无线数据流量的增长。在普通用户市场,预测未来数据流量的增长将会是观看和分享的视频下载。为了便于客户在寻找更丰富媒体体验的同时,能够更快地接入网络、缩短下载时间,业务提供商将会在他们现有的无线基础设施结构中引入功能更为强大的3.5G和4G基站。

  在3.5G和4G基站架构中,不断增长的数据传输速率和用户提高单位基站能力的要求推动着无线卡和基带卡之间的背板速度不断提升。这种全面的带宽增加,也逐渐增加了基带卡标准集群配置中更多DSP间的互连。

         满足新一代基站的sRIO需求

  为了在适应系统带宽增加的同时最大限度地减少布线,以限制板卡尺寸,sRIO已经成为基带卡架构选择的标准协议。作为一个开放标准,sRIO结合了高带宽效率的低开销包和直观的点对点支持。这种结合是在基带应用中支持多个DSP的理想方式。

  提供sRIO接口的DSP、特定应用信号处理器(ASSP)和FPGA产品的不断增加,形成了一个高性能且具成本效益高、模块化解决方案的新一代基站的健康生态系统。使用标准的协议,例如sRIO,为基站架构设计师带来了灵活性。


                                                                                                                   图1:新一代基站架构。

  对于任何一个无线基础设施,通过以经济有效的方式为系统现场部署恰当的带宽,来满足日益增长的用户带宽需求,是业务提供商面临的一个巨大挑战。最成功的基站厂商会为供应商提供一个易于扩展、模块化的公共平台基站架构,来促进跨多种技术的重复使用,例如WCDMA、LTE、WiMAX 和CDMA2000。

  基站架构的可扩展性、模块化和重复使用性等同于需要一个灵活的sRIO互连解决方案,可以改变基带卡和多个基带卡间DSP的数目。一个典型的基带架构包括作为多个DSP和其他单元之间集合点的一个sRIO交换器,如一个控制处理器,或者是几个FPGA。如果有多个基带卡,则它们可以连接另一个交换器,或是sRIO。目前sRIO1.3版支持在1.25G、2.5G 和3.125G通道速率下每端口从1x至4x的通道配置。根据系统带宽和针对任何给定基站架构的用户容量,在不同通道速率下1x至4x通道端口的组合差别很大。1.25G、2.5G 和3.125G通道速率下1x至4x通道的通用应用,最终将过渡到由sRIO 2.0版支持的每通道5G 和6.25G的速度。


                                                                                                    图2:满足高1x端口数需要的第一代中央包交换器。

  采用sRIO化的CPS便于架构的重复使用。sRIO交换器的CPS系列代表了最广泛的端口和链接互连组合,可以应用于现有任何从标准3G架构到3.5G乃至4G。CPS系列结合了预处理交换器(PPS)系列,包括7种不同的sRIO预处理和强化交换器,支持从1x至4x通道配置的8至40个端口。CPS系列是功耗最低、采用最小的封装(19x19mm)的sRIO转换器(CPS-8),而且具有很高的带宽、可扩展的10端口4x通道解决方案(CPS-10Q)。10端口4x通道配置有助于设计师或架构师使用2个CPS-10Q扩展到全部16端口4x通道。 

        sRIO交换器的CPS系列

  CPS系列板卡拥有一系列独特的特性和功能,是理想的sRIO互连解决方案。在CPS和PPS系列中,采用了增强的四通道串行解串器(SerDes),有助于设计师高度灵活地为其应用匹配恰当数目的1x至4x通道。每个增强的四通道都可用于实现一个4x端口或4个1x端口,支持一个四通道内任意两个通道速率。另一个有用功能是每一个端口都有包跟踪功能。

  包跟踪功能有助于侦听用户自定义目标端口的数据流,有利于内部和现场诊断。利用跟踪功能识别的包可根据用户要求生成镜像、过滤或删除。此外,CPS系列通过最小的sRIO交换器封装(19x19mm)实现了最低的功耗和眼图信号特性。CPS系列和PPS系列还兼容标准的19x19mm和27x27mm封装引脚排列,更易于在架构改变时更换器件。

  为了便于评估和开发,CPS系列提供了由几个软件开发工具支持的ATCA和 microTCA硬件平台。CPS 和PPS系列包括器件存取驱动程序、图形用户界面(GUI)和应用编程接口(API)。

  除了预处理和增强的交换器,IDT还为无线基础设施市场提供了缓冲器和协议转换解决方案。IDT率先推出了sRIO存储缓冲器,以及可实现sRIO到通用公共无线接口(CPRI)的转换以及从时域多路复用(TDM)到CPRI协议转换的内部功能互连(FIC)器件。只有IDT提供从基带到无线卡的端到端sRIO ASSP。


                                                                                                      图3:满足高4x端口数需要的第二代CPS。

        本文小结

  由于多媒体互联网接入率的增长,不断增加的PDA和智能手机移动设备迅速推动着移动数据流量的增长。数据流量的持续增长要求部署能够满足带宽增加需求的新一代基站。为此,新一代基站需要通过sRIO连接的多内核DSP组提高基带处理能力。
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