摘 要： 文章介紹了賽靈思公司的LTE基站目標(biāo)設(shè)計平臺、無線基礎(chǔ)架構(gòu)的半導(dǎo)體解決方案，以及用于射頻拉遠和射頻卡的LTE數(shù)字前端的LTE解決方案。
關(guān)鍵詞： LTE基站；無線技術(shù)；射頻
無線行業(yè)正在經(jīng)歷一個挑戰(zhàn)與機遇并存的階段。固定和移動技術(shù)的融合正在繼續(xù)推動新技術(shù)的發(fā)展，使更多的人可以通過種類日益增多的應(yīng)用和器件共享更豐富多樣的數(shù)據(jù)。若想贏得競爭優(yōu)勢，您需要開發(fā)兼具靈活性和可擴展性的無線基礎(chǔ)架構(gòu)，來支持高可靠性語音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：從毫微微蜂窩基站（家庭基站）直到宏蜂窩基站。
若想在這一市場上取得成功，就需要一個通用的平臺來支持最新的技術(shù)，幫助在所有地區(qū)完成部署并不斷擴展，以滿足網(wǎng)絡(luò)運營商的各種需求，同時最大限度地降低設(shè)備投資成本和運營成本。作為無線市場上領(lǐng)先的可編程解決方案供應(yīng)商，賽靈思非常清楚無線基站設(shè)計人員面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。賽靈思開發(fā)了一整套經(jīng)濟高效而且可定制的構(gòu)建模塊。這些模塊符合多種空中接口標(biāo)準(zhǔn)，如3GPP LTE、TD-SCDMA、WiMAX、W-CDMA/HSPA、CDMA2000和Multi-Carrier GSM。
在這一過程中，賽靈思特別注重提供一流的設(shè)計和IP來支持3GPP LTE的開發(fā)，同時還推出了多種旨在支持該標(biāo)準(zhǔn)的IP優(yōu)化解決方案。例如，用于射頻拉遠RRH(Remote Radio Head)和射頻卡的LTE數(shù)字前端是市場上第一種全面的LTE解決方案，已被大量希望贏得優(yōu)勢的客戶下載并應(yīng)用到自己的系統(tǒng)開發(fā)工作中。
目標(biāo)設(shè)計平臺無盡的可能性
賽靈思面向無線基礎(chǔ)架構(gòu)的目標(biāo)設(shè)計平臺提供了一種功能全面的解決方案，可以在提高生產(chǎn)率的同時幫助客戶贏得差異化的競爭優(yōu)勢。該平臺可提供多種設(shè)計和開發(fā)環(huán)境選擇：(1)提供FPGA和經(jīng)過認(rèn)證的設(shè)計環(huán)境的基本平臺；(2)針對不同領(lǐng)域優(yōu)化的平臺，增加了嵌入式處理、數(shù)字信號處理（DSP）或邏輯/連接專用的子卡；(3)無線市場專用的平臺，帶有設(shè)計無線基站專用的空中接口IP、連接和軟件。如圖1所示。
解決方案的靈活性
無線目標(biāo)設(shè)計平臺使用戶可以節(jié)約開發(fā)空中接口基礎(chǔ)架構(gòu)的時間，抽出更多時間為自己的設(shè)計注入特有的價值。
LTE基站目標(biāo)設(shè)計平臺加快基站設(shè)計和開發(fā)
賽靈思目前已開發(fā)出最廣泛的LTE IP系列部件，包括完整的LTE數(shù)字前端以及用于基帶處理的上行鏈路和下行鏈路。這些部件還可以從毫微微蜂窩單元(femtocell)擴展到宏單元（macrocell）。賽靈思無線目標(biāo)設(shè)計平臺將該系列組件的用途擴展到了板級基站設(shè)計，這種設(shè)計可同時支持FDD和TDD版本的LTE。為了驗證該平臺和IP的質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)遵從情況，賽靈思將依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用移動和UE測試設(shè)備對其進行嚴(yán)格測試。系統(tǒng)設(shè)計人員可以靈活地選擇模塊化硬件和軟件部件，加快自己的開發(fā)速度。包含模塊化硬件和軟件、可支持FDD和TDD-LTE的目標(biāo)設(shè)計平臺如圖2所示。
無線基礎(chǔ)架構(gòu)首選的半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商
賽靈思能夠為RF數(shù)字前端(DFE)信號處理和基帶處理等領(lǐng)域的無線聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及高級接口、連接及橋接應(yīng)用提供高性能、經(jīng)濟高效的解決方案，并第一個向市場上推出了3GPP-LTE優(yōu)化的射頻及基帶IP核。
隨著設(shè)計人員在基站設(shè)計中越來越多地從原來的ASIC技術(shù)轉(zhuǎn)而采用靈活的可編程技術(shù)，賽靈思的市場份額還在繼續(xù)增加。推動這一轉(zhuǎn)變的原因是多方面的：
(1)ASIC的開發(fā)成本較高(65 nm高于2000萬美元)，開發(fā)所需的時間更長而且人力成本很高。對標(biāo)準(zhǔn)的細微修改就可能需要投入大量成本來對ASIC進行重新設(shè)計。
(2)在現(xiàn)場更換ASIC設(shè)計的成本非常高(初始部署成本為每站點1 000美元，升級一個包含50 000個基站的網(wǎng)絡(luò)需要5 000萬美元以上)。
遷移到40 nm甚至更先進的技術(shù)
硅芯片制造技術(shù)每一次進步時，半導(dǎo)體開發(fā)成本都會迅速增加，這正在迅速改變著整個行業(yè)的經(jīng)濟性。只有在市場規(guī)模很大時（如普通消費產(chǎn)品），開發(fā)新的ASIC或ASSP才會帶來足夠豐厚的投資回報。實際上，人們普遍認(rèn)為，專門為無線基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計的ASSP采用32 nm的技術(shù)時從經(jīng)濟角度講會很不合算。相反，賽靈思可以繼續(xù)生產(chǎn)更大的器件，同時保證更高的集成度、更高的性能和更低的功耗；而且，通過縮小幾何尺寸并將成本分?jǐn)偟蕉鄠€市場上，它還可以降低成本。如圖3所示。
若想在當(dāng)今這個無線通信新時代取得成功，就需要能以最低的成本提供最強大的數(shù)字信號處理功能和非常靈活的解決方案。由全球所有領(lǐng)先蜂窩運營商組成的下一代移動網(wǎng)絡(luò)（NGMN）聯(lián)盟和SDR論壇積極行動，推動對更大的靈活性及可通過軟件升級遷移到新技術(shù)的基站的需求。
目前賽靈思FPGA技術(shù)可以滿足這一需求，在無線基礎(chǔ)架構(gòu)應(yīng)用內(nèi)提供多種關(guān)鍵優(yōu)勢：
(1)降低CAPEX(設(shè)備投資開支)和OPEX（運營開支）；
(2)通過現(xiàn)場可重新配置功能增加收入；
(3)降低開發(fā)成本和風(fēng)險；
(4)加快上市。
重新定義射頻性能
原始設(shè)備生產(chǎn)商（OEM）都在努力以更低的成本生產(chǎn)性能更高的通道，使射頻設(shè)計成為所有無線系統(tǒng)中被關(guān)注的重點。急劇上升的能源成本和功率損耗（例如，從放大器到天線電纜上的功率會損耗50%）增加了對更高能效的需求，同時也掀起了新一輪的創(chuàng)新浪潮，如高級射頻拉遠技術(shù)的開發(fā)。
這就要求更多地以數(shù)字方式對信號進行預(yù)處理，并為數(shù)字上變頻（DUC）和下變頻（DDC）、波峰因子降低(CFR)及數(shù)字預(yù)失真(DPD)開發(fā)合適的算法。這些高性能信號處理領(lǐng)域都是賽靈思FPGA的擅長領(lǐng)域。
主要的射頻設(shè)計挑戰(zhàn)(如圖4所示)包括：
(1)最大限度地提高功率放大器的效率，提高總體性能；
(2)降低成本，同時提供涵蓋多種技術(shù)、流量類型、地區(qū)和氣候條件的全面技術(shù)支持；
(3)擴大基站覆蓋范圍，增加用戶數(shù)而不降低通話質(zhì)量或增加成本；
(4)提供很高的系統(tǒng)可靠性，支持5個9的可靠性(99.999%的可用性意味著每年的停機時間不到5 min）。
賽靈思射頻解決方案
在射頻功率放大器核心，數(shù)字處理要求與模擬架構(gòu)密切相關(guān)。賽靈思與客戶攜手，共同優(yōu)化賽靈思算法及客戶專用的算法。這種密切的合作關(guān)系催生了大量根據(jù)客戶的具體要求定制的高帶寬、高性能CFR及DPD設(shè)計。
賽靈思可以為客戶帶來多種技術(shù)優(yōu)勢，包括：
靈活的技術(shù)：實現(xiàn)高效、集成、多模、多標(biāo)準(zhǔn)射頻；遠程升級功能可避免技術(shù)過時風(fēng)險。
性能和可擴展性：滿足多方面的客戶需求而無需修改PCB。
低功耗：低功耗器件，為高級算法提供理想的平臺，降低系統(tǒng)級功耗。
低成本：高級數(shù)字算法，降低功率放大器的投資成本和運營成本；通過非常高效的架構(gòu)和IP來減小FPGA尺寸，降低硅元件成本。
集成和可靠性：可集成到單一器件中，提高可靠性，最大限度地降低現(xiàn)場設(shè)備返還和后端服務(wù)成本。
可用的3GPP-LTE功能
3GPP-LTE數(shù)字前端-包括LTE優(yōu)化的DUC、DDC、CFR和DPD IP。
“參考設(shè)計和IP”部分列出了支持其他標(biāo)準(zhǔn)的更多功能。
應(yīng)用實例：單一扇區(qū)HSPA 15 MHz(3載波)帶分集射頻卡
初始設(shè)計使用6套ASSP器件，功耗超過8 W，定價為219美元（1 000件的定價）。這6套ASSP是生產(chǎn)商確保有足夠的分集，使他們的器件可滿足多個市場的需求所必需的。使用更多集成ASSP可能會減小設(shè)備尺寸，但會使開發(fā)風(fēng)險過高。
將這些功能合并到一個FPGA中可以大幅度降低功耗，并將設(shè)備成本降低30%以上。賽靈思技術(shù)可帶來更大的靈活性，幫助在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)進一步節(jié)約成本。
基帶市場上的新機會
基帶處理信號鏈既帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，又為實現(xiàn)BTS技術(shù)的創(chuàng)新創(chuàng)造了絕無僅有的好機會。這已成為眾多生產(chǎn)商之間展開競爭、實現(xiàn)產(chǎn)品差異化的一個關(guān)鍵領(lǐng)域。如圖5所示。
隨著人們越來越多地認(rèn)識到，早期2G和3G系統(tǒng)使用的許多架構(gòu)不能很好地擴展，滿足3GPP-LTE要求的性能和延遲要求，市場競爭近來變得異常激烈。這意味著處理鏈需要處理比以往任何時候更多的吞吐量，而且必須在更短的時間里實現(xiàn)這一目標(biāo)。除了需要應(yīng)對系統(tǒng)架構(gòu)方面的種種挑戰(zhàn)外，設(shè)計工程師們還需要開發(fā)一種能滿足運營商的要求，大幅度降低設(shè)備投資和運營成本的系統(tǒng)。所有這些為基帶處理設(shè)計人員帶來了很大壓力。
賽靈思基帶解決方案
在3GPP-LTE之前已出臺的無線標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的系統(tǒng)分區(qū)方法足以滿足當(dāng)前的需求。然而，3GPP-LTE的低延遲性能要求使DSP和FPGA之間的數(shù)據(jù)流疲于應(yīng)付，造成了瓶頸。最新推出的賽靈思LTE Channel Uplink和Downlink LogiCORETM可幫助緩解這一問題，因為它們可以將更多基帶處理功能集成到FPGA中，帶來了降低成本和功耗等額外優(yōu)勢。MIMO處理等新功能對基帶系統(tǒng)設(shè)計提出了更高的性能要求。賽靈思致力于積極推動這些解決方案的發(fā)展，并率先向市場上推出了第一款LTE MIMO編碼器。常見的基帶解決方案如圖6所示。圖7為經(jīng)過改進基于扇區(qū)的架構(gòu)。
賽靈思技術(shù)的優(yōu)勢包括：
(1)靈活的技術(shù)：允許在部署完成后修改特性，因此可以從遠程對設(shè)計進行升級，避免設(shè)計過時。
(2)可擴展性：基帶設(shè)計可以從小型微蜂窩擴展到大型宏蜂窩，甚至毫微微蜂窩。
(3)集成：通過單一芯片3GPP-LTE基帶PHY解決方案降低功耗，提高可靠性。
(4)低功耗：與多DSP器件基帶架構(gòu)相比可大大降低功耗。
(5)低成本：提供符合多個無線標(biāo)準(zhǔn)的單一基帶架構(gòu)，提高工程效率。
(6)可靠性：集成到賽靈思高質(zhì)量、經(jīng)過嚴(yán)格測試的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中，提高總體系統(tǒng)可靠性。
可用的3GPP-LTE功能包括：
(1)3GPP-LTE Channel Uplink和Downlink；
(2)3GPP-LTE MIMO編碼器；
(3)3GPP-LTE Turbo編碼器/解碼器。