|
大量出現的無(wú)線(xiàn)應用具有嚴格的功耗設計要求和低價(jià)格。除功耗和低價(jià)設計任務(wù)外，還有高數據率要求和符合行業(yè)標準。系統設計師也需要保證最后產(chǎn)品的高性能和靈活性。 高數據率正在推動(dòng)無(wú)線(xiàn)蜂窩系統的發(fā)展，窄帶2G GSM IS-95系統和WCDM基3G和3.5G系統支持高達10Mbit/s峰值數據率。對于未來(lái)3GPP長(cháng)期發(fā)展性能指標，復雜信號處理技術(shù)(如MIMO-多輸入多輸出)以及新的無(wú)線(xiàn)電技術(shù)(如OFDMA-正交頻分多址)是實(shí)現吞吐量目標超過(guò)100Mbit/s的關(guān)鍵。 其他的OFDM基寬帶無(wú)線(xiàn)系統，如WiMAX也得到發(fā)展，實(shí)現超過(guò)70Mbit/s傳輸速度。內建覆蓋也是未來(lái)無(wú)線(xiàn)增長(cháng)的關(guān)鍵，力圖采用微微和毫微微基站技術(shù)解決此問(wèn)題。遠程無(wú)線(xiàn)電頭是另1個(gè)出現的技術(shù)，能改善覆蓋范圍和降低成本和運營(yíng)費用。研究預測到2011年每年飛蜂窩使用將達1900萬(wàn)個(gè)。 1 設計標準 涌現出來(lái)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)給OEM(原設備制造商)設計產(chǎn)品造成巨大的挑戰，所設計的產(chǎn)品不僅僅是可縮放和經(jīng)濟的，而且跨越多個(gè)標準(WiMAX，WCDMA，CDMA2000)也是靈活的和再使用的。這些不同的標準最終促使選擇硬件平臺。 像微微基站這樣的系統明顯地需要較低的材料成本，通常為幾百歐元，而宏和微基站材料費用幾千歐元。分析預測WiMAX CPE設備不久的將來(lái)會(huì )低于200歐元。因此，基礎硅必須具有低成本，大量生產(chǎn)的特性。 像微微基站和遠程無(wú)線(xiàn)電關(guān)這樣的系統與宏和微基站相比具有相當小的占位面積，通常安裝在層脊或桿上。由于小形狀因數和重量要求，所以這些系統在基礎硬件中對熱功率有嚴格的限制，通常不包含強力空氣流或冷卻風(fēng)扇。 2 靈活的性能 WiMAX是1個(gè)相當新的市場(chǎng)，現在處于初期開(kāi)發(fā)和使用階段。同樣地，規定3GPPLTE。具有靈活性和可編程性的產(chǎn)品對于能使干擾固定并能提供標準不可知或多協(xié)議基站方案是必須的，而在末端產(chǎn)品設計中采用ASIC是不可能做到的。具有這種靈活性的系統顯著(zhù)地降低無(wú)線(xiàn)基礎設施OEM和運營(yíng)商的成本和運營(yíng)費用。 WiMAX寬帶無(wú)線(xiàn)系統比W-CDMA和CDMA2000蜂窩系統有更高的吞吐量和數據率要求。為了支持高數據率，基礎硬件平臺必須具有寬處理帶寬。另外，幾種先進(jìn)的信號處理技術(shù)和前端功能是計算密集的，需要每秒幾百萬(wàn)MAC(聚和累加) 運算。軟件可編程DSP單元不具備針對這些性能要求的處理帶寬。 3 FPGA方案 FPGA提供大量存儲器、可編程邏輯密度和數字信號處理能力，能實(shí)現非常高級功能。FPGA所提供的性能提供給系統設計師所需的構建單元，以滿(mǎn)足當今低成本、功率敏感的應用。 Altera公司的CycloneⅢ FPGA具有大量乘法器陣列和并行處理能力，與現成DSP相比，它具有更高的性能和更低的成本。 可以用FPGA實(shí)現微微基站中各種功能(圖1)�；綪HY功能可大致地歸納為位級和符號級處理功能。下面概述這些功能和如何用FPGA實(shí)現位級和符號級功能。 圖1 WiMAX微微基站 3.1 位級處理 位級單元包括在發(fā)射端的隨機選擇、FEC(前向糾錯)、交織、到QPSK(正交相移鍵控)變換和QAM(正交幅度調制)。相應的接收處理位級單元是符號反變換、反交織、FEC譯碼和反隨機選擇。除FEC譯碼外的所有位級功能都是相對直接的、不是計算密集的。 在軟件可編程DSP器件上執行FEC譯碼功能是計算密集的并耗散大量帶寬。FPGA廣泛用于脫載這些功能和解脫DSP帶寬來(lái)執行其他功能(見(jiàn)圖2)。FPGA也可以用到MAC層的接口并完成一些較低的MAC功能。低成本、存儲器豐富的FPGA非常適合于執行這種DSP協(xié)處理。 圖2 用于WiMAX基站處理的FPGA 3.2 符號級處理 OFDMA系統中的符號級功能包括子信道選擇和解子信道選擇，信道判斷，均衡和循環(huán)前綴插入和分離功能，時(shí)間—頻率域和頻率—時(shí)間域變換分別用FET和IFFT實(shí)現。它們是通用的數據通路功能(涉及到非常高速的復乘法)，非常適合于用FPGA實(shí)現。CycloneⅢ FPGA中的豐富M9K存儲器單元和乘法器為DL和UL DFDMA引擎提供1個(gè)成本最佳實(shí)現方案。 OFDM-MIMO結合是現在和將來(lái)WiMAX系統具有較高數據率的關(guān)鍵因素。多天線(xiàn)方法提供各種好處，包括較高的數據率、陣列增益、分集增益和同信道干擾抑制。聚束和空間多路復用MIMO技術(shù)也是計算密集的，包括矩陣分解和乘法。 特別是，Cholesky分解、QR分解和奇數值分解函數在這些系統中解線(xiàn)性方程組是有用的。這些函數使DSP力不從心，但很適合于FPGA用著(zhù)名的心縮式陣列結構，發(fā)揮FPGA平行性能，提供1個(gè)更經(jīng)濟的方案。 3.3 數字IF處理 數字IF擴展了DSP范圍，超出基帶到RF域。這增加系統的靈活性，并降低了制造成本。此外，數字頻率變換比傳統的借助衰減和選擇的模擬技術(shù)有更大的靈活性和更高的性能。 類(lèi)似于數字上變頻(DUC)，在接收端需要數字下變頻(DDC)把IF頻率降到基帶。DUC和DDC都采用復雜的濾波器結構，包括FIR(有限脈沖響應)和CIC(級聯(lián)積分器—梳狀)濾波器。先進(jìn)的帶幾百個(gè)18×18乘法器的FPGA為并行處理多信道提供1個(gè)理想平臺。典型的WiMAX DUC和DDC結構和規范是單信道IQ時(shí)分復用DUC和單信道IQ時(shí)分復用DDC(見(jiàn)圖3)。 圖3 WiMAX數字上變頻 4 應用 呈現的無(wú)線(xiàn)應用，如遠程無(wú)線(xiàn)電頭、微微/毫微微基站、WiMAX CPE和SDR有各種各樣的要求，包括嚴格的功耗和低成本。低成本、低功率FPGA使這些大量、成本敏感涌現的無(wú)線(xiàn)應用成為可能。例如，WiMAX微微基站中的DUC和DDC、DL和UL OFDMA引擎、CTC譯碼功能都可集成到中等規范的CycloneⅢ FPGA中，以低價(jià)格提供小于2W的功耗。隨著(zhù)從未有過(guò)的功率、性能和成本結合，FPGA正在進(jìn)一步促使涌現大量高性能、低功耗、低成本應用。 |
