飞思卡尔小基站解决方案治理4G时代的无线网络“城市病”

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应对无线网络“城市病”
          随着城市人口越来越多、楼房越来越密集，无线网络也遭受着“城市病”的困扰，无线网络速率在人口密集地区一直不如人意。加上4G的迅速普及以及智能手环等各种可穿戴产品不断上市，就对无线网络提出了更高的要求，也直接给基站带来压力。
           
          作为基站的“大脑”，通信处理器一直备受关注，也是“兵家必争之地”。对于其发展趋势，普遍的观点是：高性能异构SoC将进一步发展，每个厂商将基于现有架 构，配置性能更高的核，并且会采用多核DSP+多核CPU或者多核DSP+多核ARM。此外，还会集成更多的模拟部分，当然低功耗也是必不可少的，这种趋 势也正是为了适应无线基础设施的发展需求。基站经历从模拟到数字、从窄带到宽带的发展历程，每4~5年就更新一代，但其发展方向一直没有改变，都是向高性 能、高可靠、布网灵活、升级维护方便、节省全生命周期成本的方向发展。目前为了解决覆盖和容量问题，小基站如雨后春笋一般的迅速发展，因为数据传输速率越 大，无线覆盖就越受到挑战，小基站也就更合适。需要指出的是，小基站不是只指四代，而是针对大规模的4G、3G以及GSM的支持上，它更多是用于热点的覆 盖，包括大的社区、商场、办公楼以及校园网的覆盖。
           
          为小基站而生的4核异构SoC
          飞思卡尔三年前推出业界首款面向各种基站的多模无线基站处 理器系列，便引领片上基站市场。飞思卡尔城域小区解决方案面向高带宽、低功耗的基带应用，并针对LTE (FDD和TDD)及WCDMA (HSPA+)城域基站应用进行了优化。今年2月推出的QorIQ Qonverge B3421 SoC面向快速增长的城市板块，巩固了飞思卡尔在无线网络领域的领导地位。
           
          QorIQ Qonverge B3421无线基础架构片上系统基于先进的SoC架构，采用28 nm工艺技术制造，集成有数字前端(DFE)，是一款高性能基带解决方案，适用于对功耗、尺寸和成本要求较为严格的小型小区部署。该器件就是采用双核 DSP+双核CPU的异构形式，配备两个基于Power Architecture?技术的双线程64位e6501内核（带有AltiVec SIMD引擎）、两个基于StarCore技术的SC3900FP定点/浮点DSP内核，以及针对特定应用的加速器，具有卓越的处理性能，可在上行链路和 下行链路都保持高数据吞吐量的同时，实现功耗最优化。B3421已为在LTE和Wi-Fi下运行进行了全面优化，适合采用FDD-LTE、TDD-LTE 和LTE-Advanced协议的企业微微小区、户外微微小区和城域小区等小型小区基站。B3421内部架构如图1所示。
           

       

       
        图1 QorIQ Qonverge B3421内部架构

           
          从 图1可以看到，贯穿在各核心部件中的是CoreNet，它是内部无阻塞缓存一致性交换结构，可以保持SoC中CPU、DSP、DDR3、MAPLE-B3 等各核心部件数据交换畅通无阻，其每簇原始带宽高达42.5 GB/s。很多工程师常常抱怨多核处理器特别是异构多核SoC给他们的编程带来很多不便，难度太大。CoreNet配上可加快产品上市并优化性能的商业级 VortiQa 第1层基带软件以及经过现场验证的层1/物理层(PHY)，降低了异构多核带来的软件开发难度。
           
         
          B3421 的嵌入式CPU内核、DSP内核、基带加速器和DFE技术形成了一个片上系统解决方案，可处理从前端到回程的基站处理任务。借助集成式DFE功能以及符合 行业标准的天线接口，可实现RFIC的无缝对接以及RF阵列的优化。外加可满足低功耗需求的以太网供电(PoE)，可支持各种天线方案的 JESD204B、JESD207和 CPRI接口，用于连接Wi-Fi芯片组的PCI Express，用于本地内容缓存的SATA以及以太网SGMII回程接口，QorIQ Qonverge B3421成为业内集成度最高的城域小区基站SoC。
           
          多重加速
          作为基站处理器，即使是用于小基站，对于速度的追求也是不能含糊的。B3421采用多重加速技术让其可以“极速奔驰”。
           
          （1） 面向基带的多加速器平台引擎(MAPLE-B)支持LTE和LTE-Advanced (符合3GPP Release 11)，包含针对以下功能的加速：支持解速率匹配和HARQ合并的Turbo解码器，支持速率匹配的Turbo编码器，Viterbi解码 器，FFT/DFT，基于MMSE的MiMO均衡器，支持IRC、SIC、PIC和矩阵求逆加速； LTE PDSCH和PUSCH数据通路嵌入式处理链。
           
          （2）采用线性化的数字前端(DFE)技术，能对波峰削减(CFR)、数字预失真(DPD)和数字上/下变频进行加速。该技术可改进功率放大器（PA）效率，并显著降低基站的功耗和成本，可帮助运营商增加容量并在用户密集地区增加覆盖。
           
          （3）配备通路加速架构(DPAA)：帮助数据包解析、分类和分发；支持调度、数据包排序和阻塞管理的队列管理；支持硬件缓冲管理，可缓冲分配和取消分配。
           
          （4）面向加密/解密的安全引擎，包含针对以下功能的加速：IPsec、DLTS/CAPWAP、SNOW-3G、Kasumi、ZUC、DES/3DES、AES、MD5、SHA-1/2、HMAC。
           
          4G的诱惑
          今年，在中国通信行业最具影响力的事件莫过于一个由三大电信运营商共同持股的国家基站公司已经敲定，在级别上将与三大电信运营商平起平坐，这无疑会充满博弈 和暗战。第一阶段，将把三大运营商的新建基站、铁塔、管道都承揽下来，鉴于未来3年中国正处于4G网络建设的高潮期，即使第一阶段只装入新建基站，国家基 站公司的体量也相当惊人。目前，仅中国移动就规划在今年年底前建设50万个4G基站。不管是宏基站、云RAN这样的大基站，还是城域基站、微微蜂窝基站这 样的小基站，相信对于通信处理器的选择目标都是一致的：高性能、低成本、低功耗、易升级维护，飞思卡尔面向各种基站的多模无线基站处理器系列是明智的选择。
           
          在科技产品日新月异的今天，智能产品已经将目标瞄向了孩子，“从娃娃抓起”绝对不是空话，婴儿及儿童佩戴的智能手环已经逐步上市，并且功能越 来越多，从心率监测到通话功能，从GPS定位到自动报警，而这些五花八门的功能都离不开无线网络，无线网络又离不开基站。随着移动通信网络业务向数据化、 分组化方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP化。
           
          无线网络的“城市病”如果不“医治”，势必会让用户对运营商印象大 打折扣，甚至更换运营商。因此，运营商越来越期望城域小区基站能为人口稠密的城市地区和大型企业提供全方位的覆盖，并提高服务质量，原始设备制造商开发活 动也因而大幅增加。飞思卡尔B3421 SoC具备卓越的性能和集成特性，可同时支持最多256个用户，高级4×4 MiMO算法和最高Release 11版本的3GPP标准、高级干扰消除方案、eICIC以及载波聚合还改进了频谱效率，为人口稠密地区提供卓越的频谱效率，不但使原始设备制造商 (OEM)和运营商经得起时间的考验，还可在低功耗的情况下保持高性能，满足城域小区市场的需求。
           
          ABI咨询公司的报告指出，室外小型基站将保持125%的年同比增长，到今年其市场价值预计为36亿美元。相信随着4G的发展以及今后5G的到来，小基站的市场价值将不可估量，而包括通信处理器在内的产业链中的各个环节都必须提前做好准备，就像飞思卡尔这样。