通信标准不断演进，DSP、FPGA重任在肩

随着国内3G牌照的发放，3G正在以前所未有的速度向前发展，而相比2G/2.5G时代，3G所能提供的丰富的多媒体应用，大流量数据、视频传输等都对其基础设施数据处理能力提出了更高的要求。多核DSP和高端FPGA产品正在基站发挥着越来越重要的作用。

3G引发新兴应用，DSP、FPGA协同工作

3G的高带宽、大流量特性带来了全新的通讯业务模式。“随着2009年中国3G大幕的拉开，包括HSUPA、HSDPA及HSPA+等在内的新兴高速数据应用将进入该市场。”TI中国区DSP业务开发经理郝晓鹏指出，“例如类似于社会网络和YouTube等数据驱动型的应用，3G时代的到来使得这些全新的数据密集型应用成为可能，并将推动 HSPA、HSPA+等3G技术的发展速度迈上一个新台阶。”

飞思卡尔网络部亚太区业务拓展副总监曲大健对上述观点也表示赞同。他指出，随着3G的普及，以往需要大数据量传输的数据服务也将会随之走向大众。“3G/3.5G提供的高带宽对这些服务的推广起到了决定性作用。”

王冬刚：当系统从3G到4G演进的时候，对于器件性能要求大幅度增加，FPGA管脚兼容的特性使得系统能够在没有硬件PCB改动的情况下迅速升级。

尽管手机电视、移动平面媒体、移动搜索、交互游戏等一系列丰富多彩的3G应用让人期待，另一方面，基站处理器的负担也正在加重。“概括起来，就是更快、更强、更灵活。”Altera产品市场经理王冬刚说道，“基站RRU和BBU(基带处理单元)要求处理器速度更快，满足高数据吞吐的要求，性能更强满足高带宽的要求，并且还要更灵活，满足不断演进的通信标准的要求。”

现在，设备制造商普遍开始使用多核DSP来提升处理能力，降低系统价格及设备功耗。高速FPGA产品则作为一项有益的补充，在 3G基站中发挥着重要作用。郝晓鹏指出，DSP在管路计算和柔性调度方面表现出色。“集成了更多硬件加速器，如天线接口、切片速率处理、信道解码器、网络化处理器等之后，在基带处理方面，DSP正在向SoC过渡。”FPGA的灵活性则可以弥补DSP的短板。具体来看，在 BBU中，FPGA和DSP协同处理完成应用。在IF处理中，则以FPGA为主。在BBU中，FPGA的功能包括系统互联构成，FPGA和DSP实现协同处理。 FPGA在性能和灵活度上补充多核DSP的不足体现在在MIMO、Turbo码的处理上，FPGA能够提供更快的硬件加速。此外，如果用户倾向于未来使用自己的ASIC(包括结构化ASIC)，FPGA的算法实现则是必需的前期验证环节。“因为FPGA硬件可编程，可以灵活完成演进的标准规定的任务。”王冬刚表示。

“就目前的发展而言，DSP由于其在灵活性、可编程性、价格以及功耗等各个方面的优势，仍然是基带信号处理最广泛应用的方案。而 FPGA多数用于对系统和算法中一些相对固定的部分提供硬件加速功能。”曲大健说道。

多核DSP、FPGA提升3G基站性能

对于基于扩频技术的无线通信制式来讲，扩频域需要芯片具有极高速的处理能力。这对承担扩频域处理任务的DSP来说无疑是一项巨大的挑战。现在的TD-SCDMA和WCDMA基站每个扇区都需要用到多片高速 DSP来承担扩频域信号的处理工作。而当3G工作在一些比2G更高的频段上，其无线信号的衰减也比较快。“部署网络时需要设立大量的基站来覆盖用户区域，而这对用于基站的高性能DSP而言，将是一个非常可观的市场。”曲大健表示。

衡量多核DSP的性能有三个标准。首先是总拥有成本。借助硬件加速器，设备制造商无需DSP核和外部加速器就能实现信道解码，以及 WCDMA和TD-SCDMA中的Rake处理。这样就节省了功耗、外部组件数以及热设计，从而为用户创造了很高的总拥有成本价值。其次，运营商对功效和绿色基站收发台的需求。最后，内核数量、加速器和内部存储架构间的良好平衡。这将有助于实现最佳的通道密度，以及系统升级。以TI多核DSP为例，郝晓鹏介绍道，基于多核DSP领域内最新的硅节点技术和针对DSP供电的Smart Reflex技术，可提供良好的功效。并且，考虑到某些计算密集型因素，TI针对基带处理的DSP SoC包含了硬件加速器，实现了低成本和低功耗的双丰收。

FPGA对于3G的贡献则体现在数字中频方案中，如BBU以及RRU中的协议接口实现。Altera的中频方案主要包括DDC/DUC(数字上下变频)、CFR(Crest Factor Reduction)和DPD(数字预失真)，这些方案在缩短开发时间以及提高设计生产力方面非常有益。王冬刚指出，对于WCDMA，客户在BBU方面多采用自己的ASIC。而在TD-SCDMA市场，Altera提供基带处理关键模块，和用户逻辑一起构成SoC的单芯片方案，结合Hardcopy ASIC，为用户提供易于扩展的降低成本的方案。

向下一代网络标准演进

尽管3G仍然在部署之中，但下一代网络需求也已经提上日程。无线基站标准正在向两个方向演进，其中之一便是对多种无线模式的支持(TD-SCDMA、 WCDMA、Wimax 等)，直至最终LTE的统一标准。因此，设计同时支持现有3G通信标准和下一代标准的基站需求变得迫切。带来的挑战则包括天线数据的高吞吐量、信号处理的低延迟率、支持多种标准以及低功耗等，郝晓鹏指出。

曲大健：LTE真正的商用要到2011年以后。

当 DSP从过去的单核过渡到四核，再到多核时，不只是提供了更强的处理能力，同时也对DSP的研发工作提出了新的挑战。设计人员必须对以往的应用程序做更多的优化，以充分利用四核DSP提供的处理能力。一般而言，内核越多，程序优化越困难。曲大健指出，这些优化工作往往不是开发系统和编译器能完成的，而是需要大量的高素质人才来手工完成。另一方面，则是功耗，这也是多核心环境下在系统硬件设计上要考虑的一个重要问题。过高的耗电会造成散热困难进而影响系统的稳定性。其次，把更多的处理核心集成到一起需要更精细的制造工艺，例如45nm甚至更窄的线宽。这不但会提高制造成本，也是在多核环境下要考虑的问题。 “四核DSP技术是根据市场和用户的需求而设计出来的产品。今后的DSP技术的发展仍将按照市场需求进一步发展、更新。”曲大健说道，“而究竟需要多少个内核则完全依赖于市场和用户的综合需求状况。”

目前飞思卡尔主推的是第二代四核DSP—MSC8144。该产品具有大量的片上内存，并且支持包括串行高速总线(sRIO)在内的众多接口。在TD-SCDMA的基带信号处理以及视频编解码方面得到了广泛的采用和认可。

来看 FPGA在下一代通信标准基站中的应用。下一代通信标准基站要求更高的接口速率，如支持LTE的CPRI标准将演进到6G和更高的处理能力，LTE中的 MIMO、 Turbo处理要求更高的吞吐率，以及需要更高的乘法器和片上RAM单元，同时低功耗也是必须的。王冬刚表示，Altera的方案提供共协议的硬件平台可以帮助设备厂商实现从3G向LTE的快速过渡。这些协议包括WCDMA、CDMA2000、WIMAX、TDD-LTE、FDD-LTE。他认为，从快速可扩展的角度来说，当系统从3G到4G演进的时候，对于器件性能要求会大幅度增加，FPGA管脚兼容的特性使得系统能够在没有硬件PCB改动的情况下迅速升级，满足性能的要求。

3G向LTE的演进似乎已是众望所归，然而何时将演进到LTE?

“从技术的角度来说，2010年是技术时间点。蜂窝通信系统已经历了几代的发展。最新的技术发展从2.5G到3G网络，实现信息娱乐和其它多媒体应用。 3G以后，诸如HSDPA和 CDMA2000 1xEV DV标准等新标准已经被批准。而从商用的角度说，则取决于市场。”王冬刚说道。TI和飞思卡尔则认为LTE可能会在2012~2015年左右在全球范围内被大规模采用。“而在此之前也会被部署在世界上很多地区。”郝晓鹏说道。