基于LTE/4G的新型处理器架构满足无线处理的需求

2011-05-26 21:48:13来源: 维库

 引言

  为了让现今的无线蜂窝网络满足日益增长的无线数据处理需求,全球加速向LTE/4G迁移的趋势已经日益明显。LTE或3.9G通过采用更有效的传输技术来提升数据速率,下一步,4G要提升到更高数据率,LTE、4G基础设施给半导体供应商提出的挑战是要用数字信号处理器(DSP)来满足更高的数据处理需求,这些新型DSP的性能要比我们今天所用的DSP高出几个数量级!

  全球移动设备供应商协会(GSA)2010年4月的报告指出,全球已有31个国家承诺将部署64个LTE网络,预计到2010年底将有22个LTE网络交付使用,截止2011年年底将有39个或更多LTE网络交付使用;总计88个运营商已经承诺将在42个国家部署LTE系统,有的已经开始进行测试或进行其他规划活动。

  半导体产业商机巨大但挑战并存,LTE的性能需求是现今3G网络性能需求的100到1000倍!相比目前在3G使用的CDMA无线技术,LTE采用的OFDMA技术采用多天线信号处理可以实现更高的频谱效率,并可以支持更宽的频谱。不过,OFDMA技术也更为复杂,需要的计算量比CDMA技术大得多。如图1所示,从GSM迁移到UMTS/HSDPA再迁移到LTE,计算量需求要提升4、5个数量级――从大约10个MOPS(每秒百万次运算)提高到10万甚至1百万MOPS,如此才可以提供LTE所要求的10到100 Mbps数据传输性能。

 

从GSM迁移到UMTS/HSDPA再到LTE,计算量需求要提升4、5个数量级

 

  图1、从GSM迁移到UMTS/HSDPA再到LTE,计算量需求要提升4、5个数量级

  LTE还采用了先进的多天线信号处理技术,涉及到两种最流行的技术MIMO(多输入多输出)编程和波束形成,同样,这也都是高度密集计算型应用,需要新一代优化的专用DSP解决方案。

  1 所需的DSP性能达到新高

  LTE的运算处理要求如此巨大,因此对DSP的性能提升要求也是巨大的 ――单个通用DSP不能满足这样的性能需求,我们需要多颗DSP来实现LTE系统,而且这些DSP必须非常高效。以往的“通用”DSP将无法满足数据处理要求。半导体供应商和IP供应商都在努力打造全新一代DSP,其性能可以满足运营商新建基础设施的需求。

  要开发这些新的DSP,我们所面临的挑战是难以想像的,它无法通过提升DSP时钟频率来实现――这样做会大幅增加功耗。我们需要针对运算任务优化的全新架构,这不仅意味着硬件层面的开发,也需要开发配套的软件――因为越来越多的处理正在通过软件来完成。

  早期在开发软件定义无线电(SDR)方面的尝试令人失望,因为他们大多基于单一的DSP,其性能无法跟上运算需求的增长。而将密集运算交给RTL模块的方法从根本上违背了软件无线电的初衷,因为RTL模块是不可编程的。然而我们可以用多颗DSP处理器来实现无线射频系统――多颗针对不同任务进行优化设计的专用DSP。这些全新定制的专用DSP内核在设计之初就是从整个系统的角度出发,完全可以满足LTE的运算性能需求。

  2 所需的处理类型

  一个典型的现代通信收发机可以划分为三个计算域:

  信号域:实现复数或实数数据的优化运算,包括FFT、滤波、同步以及矩阵运算等靠近系统中RF一侧的运算。

  比特软值域(soft bit domain):包括从软件解映射模块到前向纠错(FEC)解码模块等靠近接收端MAC一侧的运算。

  比特域:通常是在发送端靠近MAC一侧,包括CRC编码、加扰、FEC编码和比特交织等操作。

  这三种根本不同的计算需求需要不同类型的DSP内核(IP内核是必要的,因为从功耗和面积效率的角度看,所有这些功能必须在单芯片而不是分开的芯片上实现)。

[1] [2] [3] [4]

关键字:新型处理器  无线处理  LTE  4G

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2011/0526/article_5909.html
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