基帶處理信號鏈帶來了嚴峻挑戰，同時也為實現基站收發信機技術的創新創造了大好機會。因此，它成為原始設備生產商實現產品差分的一個關鍵領域也就不足為奇了。隨著人們逐步認識到，用于早期2G和3G系統的許多技術不能滿足3GPP 長期演進（LTE）（第4 代無線技術）的性能和延遲要求，基帶架構設計領域的競爭變得更加激烈了。

不僅處理鏈需要比以前強大得多的處理功能，而且所有功能的設計都需要在更短的時間里完成。除了一系列設計挑戰外，系統設計人員還需要幫助運營商實現他們的投資和運營成本削減目標。圖1顯示了基帶處理系統設計面臨的這些主要壓力。

圖1 不斷演進的基帶處理需求帶來的挑戰

基于FPGA的解決方案可以滿足所有這些需求，同時避免常見的性能問題和瓶頸。很多公司正在實施各種計劃（如賽靈思新推出的 LTE上行鏈路通道解碼器和 LTE下行鏈路通道編碼器LogiCOREsTM等），希望在單一 IP解決方案中納入多種關鍵的第1層功能，進而消除FPGA 普及道路上的種種障礙。

硅技術的進步是推動無線通信取得成功的一個關鍵因素，因為它可以將更復雜的算法的應用范圍從實驗室擴大到實際產品中。這方面的一個例子是3G網絡中迭代Turbo糾錯技術的采用。這是一種新技術，在10年內完成了從最初發現到最終商業推出的整個過程。創新步伐在繼續加快。最值得注意的是，空間維度（spatial dimension）通過多種多入多（MIMO）天線技術被應用到無線通信網絡中。

然而，隨著第4代空中接口的出現，壓力不斷增加，到了以DSP為中心的傳統可編程通道卡架構難以應對的地步。FPGA和DSP之間的傳統劃分受性能瓶頸的限制。這種限制的影響很大，因為它們之間需要傳輸的數據量非常大。

那么，我們如何才能消除這種瓶頸？關鍵在于簡化第1層系統架構，消除芯片間所有不必要的數據傳輸。這種簡化流程會帶來一些問題——全部與基于數字信號處理器的架構的可擴展性有關。設計人員需要更強大的Intellectual Property（IP）、軟件和支持，幫助他們完成向第1層系統架構的遷移。在這種第1層系統架構中，大多數功能在可編
程的硬件中實現而不是在DSP中實現。

簡化第1層設計讓我們更深入地分析一下將FPGA單純用作協處理器時從DSP處理器上卸載Turbo解碼功能所帶來的問題。在一般的LTE基帶設計（見圖2）中分析這種分區的有效性時，賽靈思的系統設計工程師們發現，通過SRIO連接在DSP處理器和FPGA之間傳輸數據就會占用20%以上的延遲和時序預算。令人震驚的是，這還不是最壞情況。如果加上使用更高調制方法（如64-QAM ）編碼的混合數據，1/3碼率的2個MIMO代碼字和20-MHz的LTE頻帶，這一比例很快會變得更高。

一種應對辦法是添加更大的“管道”，通過部署速度高達數千兆比特的收發信機連接來傳輸數據。以這種方式構建系統是完全可行的，但它會導致系統功耗的不必要增加，因為這種情況下需要相對高帶寬的高速串行連接來傳輸數據，而且橋接功能是重復的，因此需要更多硬件資源。

還有一種更理想的解決方案。通過將大部分第1層功能納入到FPGA中，設計人員就可以避免這部分不必要的開銷，用這些資源提高系統吞吐量，縮短延遲，同時降低功耗。功耗的降低這一項就可以直接提高可靠性，降低系統成本并節約運營成本。

圖2 常見LTE系統中FPGA和DSP之間需要的數據速率

這種架構方法可以從根本上消除對DSP的需要——當然，如果希望的話也可以使用DSP來執行一些低速率的功能。利用這種分區方法，FPGA就可以實現完整的第1層基帶功能，將媒體訪問控制和HARQ處理等其它高層功能留給更經濟高效的通用處理器或網絡處理器完成——這些處理器可以處理額外的遠程連接功能。通過將所有高性能、時間關鍵的功能集成到單一平臺上，FPGA可以有效地避開延遲和帶寬限制；同時，分區也變成了一項簡單得多的任務。

迄今為止，阻礙我們采用這種方法的主要障礙是需要簡化從最初的設計到硬件生產的整個流程。此外，對已經習慣DSP設計流程的設計人員來說，他們需要先進的IP和開發工具，幫助他們更容易地利用FPGA 的強大功能，并在其中迅速高效地開發基帶功能。賽 靈思的LTE上行鏈路通道解碼器和LTE下行鏈路通道編碼器LogiCOREs可以消除這些障礙，因為它可以將多種關鍵的第1層功能集成到單一IP解決方案中，而這個解決方案可以通過Xilinx CORE GeneratorTM工具的圖形用戶界面進行靈活定制。利用這種設計流程，FPGA經驗有限的工程師們就可以集中精力于更廣泛的系統設計，從而大大減輕開發和集成工作量。

未來發展方向

更快速、低延遲的連接是LTE的一個關鍵要求，在第4 代以后的未來系統中也將如此。隨著這些以數據為中心的無線系統的演進，采用傳統的DSP和FPGA分區方法的許多公司將發現，在不同芯片間傳輸數據的開銷高得難以接受。對于希望在產品設計中獲得額外優勢的設計人員來說，他們可以更輕松地使用基于FPGA的解決方案。擺脫傳統系統設計方法束縛的設計人員將能夠開發出先進的產品，遠離那些將繼續困擾競爭對手的性能問題和瓶頸。