LSI多模无线基站系统解决方案(08-100)

Multimode wireless based station system selution

作者：沙铁军 LSI 存储网络事业部中国市场经理

关键词：LSI通信基站

　　移动宽带业务的驱动不断推进无线标准的加速演进，其目的就是不断支持更高的带宽和业务服务质量QOS，以更好的支持移动宽带业务。
　　不断快速的无线基站相关标准化演进主要向两个方向发展： 一是多种无线模式的支持(TD-SCDMA,WCDMA,Wimax, 等)，直至最终LTE的统一标准，如何同时支持多模式基站将是无线运营商即将面临的部署挑战。另外一个就是无线宽带的流量的增长正推进无线回程网络的容量和成本，解决的办法就是不断采用从TDM到低成本全IP回程网络，对无线运营商需要持续不断的降低CAPEX和OPEX。 上述两个因素必将对基站的技术革新提出需求。

　　图1 目前单模基站建设的产业链状况

　　如上图1 产业链所示，如果各个运营商和制造商均采用专用单模式基站结构实现网络运营，不可避免会出现整个社会网络资源重复建设，运营商居高不下的高CAPEX和OPEX问题加剧。对于设备制造商商而言，需要研发的投入也会相应居高不下，这显然不是和谐网络建设所愿意看到的局面。
　如何实现上述尴尬局面，LSI公司提出多模式无线基站支持会有效的解决该问题，从而实现和谐的网络。如图2 所示。
　　基于LSI核心芯片和软件的多模基站的主要特点是：
　　·远程软件可配置;
　　·极大所建 R&D投入 ;
　　·紧凑,低成本,低功耗;
　　·全IP 回程优化。

　　图2 LSI 多模基站方案

基于LSI芯片的多模基站系统整体解决方案如图3所示。

　　图3 LSI多模基站系统整体解决方案

　　全IP回程优化包括TDM业务IP化，分组时钟同步IP化。
　　在对TDM业务支持上，目前一般采用MLPPP/MCPPP和PWE3(Pseudo Wire Emulation Edge to Edge,端到端伪线仿真)的方式。伪线PW的主要功能包括:将业务封装成分组包，将这些分组包通过路径或隧道(例如MPLS隧道)传送到网络对端，管理分组包的次序和同步等。目前TDM PWE3支持结构化和非结构化两种模式,封装支持MPLS格式，非结构化的封装符合RFC4533(SATOP，Structure-agnostic Time Division Multiplexing over Packet， 基于分组的非结构化时分承载)，结构化的封装符合RFC CESOP(Circuit emulation Service over PSN,基于分组交换网的电路仿真业务)协议。

　　图4 LSI 无线基站TDM PWE3(SATOP/CESOP)解决方案

　　分组时钟同步的需求是3G/LTE等分组业务对于组网的需求，包括时间同步，频率同步两类。 不同的无线3G制式对同步要求不同， TD-SCDMA、CDMA2000需要时间和频率都要同步，WCDMA仅仅需要频率同步。 频率同步都需满足50PPB. 就时间同步而言，CDMA2000和TD-SCDMA的要求非常高，误差在3μs以内(-1.5 ~1.5μs)。4G相关标准会有更高要求如Wimax TDD甚至要求在1μs内，目前LTE标准化也倾向时间同步方式。
　目前实现方式，主要有以下两种方式：
　　·同步以太网： 通过彻底改造升级现有以太网络，使得分组网络每个节点都能实现同步，也就是以太网同步。在这种方式下，时钟采用专用数据包传送SSM(同步状态信息)的以太网物理层传送，采用类似SDH同步机制，从而支持时钟质量分类，这要求网络所有网元都必须支持ITU G.8261 或者同步以太网,而且仅仅传送频率同步。
　　·IEEE1588 V2(TOP，Timing Over Packet)： 时钟通过报文传送，需要源和宿端都支持IEEE1588，不仅可以解决时钟频率的问题还可以通过时间戳(Timing Stamp)方式解决时钟的时间传递问题，需要所有网络设备均支持该协议。
　　LSI通过APP3000和相关软硬件即可实现上述两种分组时钟的传送。
　　基于LSI芯片的多模基站子系统解决方案
　　多模基站网络接口卡的设计

　　图5 基于LSI APP3000的基站网络接口卡

　　LSI采用可编程 LLP 及 APP3000 器件系列在单个平台解决方案中实现 2/2.5G 与 3G/4G 回程的整合。LLP可提供 ATM-TC/IMA、AAL1、HDLC、ML/MC-PPP 与 Abis/码制转换器与速率适配单元 (TRAU) 成帧功能，而 APP300 网络处理器则可以针对 UMTS R4/5/6 处理 ATM、AAL2/5 以及 ATM/IP 交互，并与 IP 相关的协议栈，如 IP/UDP/PPP-MUX 等。尤其是 APP3000 可以处理混合流量类型并支持报头压缩与多路复用协议，如用于提高回程效率的点对点多路复用 (PPP-MUX) 与压缩用户数据报协议 (cUDP)。
　　LSI的解决方案对于 RNC 和基站都应用还具有极高的可扩展性。各种可用器件能够满足 RNC和基站 对更高带宽与信道数量需求同时保持向今后LTE平滑过渡的接口等，并同时保持软件兼容性。同时LSI还可提供基于内容安全防止病毒,垃圾邮件的Tarai内容处理器解决方案，也可以和APP一起提供具有更高电信级安全的产品.

　　图 6 LSI 的APP3000内部结构

　　LSI 产品提供业界一流的软件开发环境。APP3300 系列提供业界最高效的应用开发模型。通过整合高级编程语言、应用级 API、参考代码库和强大可靠的开发套件，利用 APP3300 能开发出特性丰富的应用，而且有助于大幅缩短开发时间。周期精确型模拟器和软件流量生成器使用户能在实验室硬件工作之前就构建、运行并调试应用，从而确保无线基站系统软硬件开发工作同步进行。
　　LSI无线多模基带线卡解决方案
　　2008年4月LSI公司正式发布了全新的片上系统(SoC)解决方案StarPro2600系列多核无线基带处理器。该系列基带处理器主要包括StarPro2603和StarPro2612两款产品。该产品的强大处理能力和丰富的接口使其可以胜任各种无线的应用。采用它们可以实现当前业界每通道最低成本和最低功耗的无线基站。LSI提供了基于该系列处理器的完整的无线基站解决方案，包括多种音，视频编解码器在内的软件功能模块，操作系统支持和板级硬件参考设计。StarPro2600系列处理器同时也已经被广泛应用于GSM，GPRS和EDGE的基带处理。

　　图7 基于LSI SP2603的基带板卡设计

　　基带信号处理器
　　StarPro2603和StarPro2612分别简称为SP2603和SP2612。SP2612是4个SP2603的MCM封装。每个SP2603都有独立的JTAG、GE、TDM、EMI和I2C接口。4个SP2603共享一个PCI总线。运行在600MHz工作频率的SP2603可以提供高达7200MMAC + 300MIPS的运算能力。而SP2612的处理能力更是SP2603的4倍。
　　SP2600芯片的包处理子系统加多个DSP子系统的构架，丰富的片上存储器资源和灵活的接口以及先进的制造工艺，使得它们成为了理想的媒体网关处理芯片。
　　首先SP2600采用的多核的构架相对于无线基站有着巨大的优势：
　　第一 多核的设计可以在大幅降低工作时钟频率的情况下达到单核处理器相当的处理能力。而较低的时钟频率意味着较低的功耗和较小的芯片面积。
　　第二 相对于单核芯片，多核芯片减少外部辅助器件的数量，同时也降低了每个CPU所需要的电路板空间。
　　第三 多核器件中的内核共享同一个内存子系统，所以它们可以共享内存中的内容。因此，如果各内核运行同一个应用，那么共享同样代码和数据就可以缩减所需的内存数量，从而进一步降低成本。
　　进一步来说SP2600不仅集成了多个DSP内核，而且还集成了ARM11 内核在专用硬件的支持下专用于包处理，这就使得DSP内核可以专注于密集的数学运算从而发挥出它们作为数字信号处理的优势而达到很高的实际运算能力。对于无线基本语音业务，SP2600丰富的片上资源可以满足高密度的语音处理需求而无需外部存储器，这样就进一步简化了系统，节省了成本。
　　正在兴起或即将出现的无线宽带的服务如宽带语音，视频点播，视频会议，移动电视则更可以发挥出SP2600的强大的处理能力。首先SP2600中使用的DSP内核加上较大DSP内核的本地存储器十分适合于图形处理，其次无论在芯片内部还是在IO口上SP2600芯片都有着很高的带宽，大量的无线视频数据可以自由的通过，而高速的外部存储器接口则可以满足无线高清晰图像数据的存取需要。
　　同样从软件设计来说多核的构架由于通常采用共享内存，可以方便地在各个内核之间转移任务从而能够胜任需要大量的硬件资源的任务，可以把任务分解成连续的子任务，并在各内核之间进行调度实现。
　　LSI之未来无线基站趋势展望
　　随着无线网络的演进，在4G LTE网络中，网络更加IP化、扁平化，无线基站的数目相比较3G、WCDMA/TDS-CDMA会远远超过数倍，在LTE基站的扇区数也会高于目前WCDMA。因为高速的数据流量需要更多扇区，更好的空中无线信号为依赖。由此，扇区的半径大小就会自然受限于网络拓扑结构，由此需要更灵活、更具性价比和便于安装的无线基站设备单元。
　　无线基站业内发展之趋势主要向高紧凑可堆叠盒式设备发展，由此可带来以下优点：
　　·极大地降低基站设备门槛价格;
　　·增强可扩展性而无需为额外的机架机框投入;
　　·降低功耗,支持绿色低功耗网络建设;
　　·增强与射频拉远(RRH)单元的灵活性。
　　采用盒式堆叠设备可减轻设备重量,也为灵活选址安装提供的更高灵活性。
　　同时，无线接入侧对于内容安全和病毒防御也会有趋向边缘化趋势，采用DPI(深度包检测)技术也会有一定的市场需求，特别是对数据安全比较敏感的地区和网络。LSI提供的Tarai处理器可以实现无线基站的DPI检测。
　　LSI提供面向下一代无线基站的高集成度的通信网络处理器和基带信号处理和安全处理器，一直致力于技术创新来更好的解决目前和将来无线基站的具有高可靠度，支持大规模部署的方案，进一步推动无线基站产业链的健康和谐发展。

　　图 9 LSI对未来无线基站技术展望