面向宽带/ LTE 基站的 AdvancedMC™模块化平台

飞思卡尔网络和多媒体部 Colin Cureton

新一代LTE基站

3G LTE是第三代合作伙伴计划（3GPP ，网址是：www.3gpp.org）机构制订的一项先进的标准，提供广域网使用的下一代宽带无线技术。 与先前的3GPP 技术相比，LTE 的目标是提高吞吐量，降低时延和提供有效的IP回程，以提供一种可以大规模部署的新移动网络技术。这预示着丰富的多媒体和实时业务的新时代即将到来。

飞思卡尔快速系统开发平台将设想变成现实

为了缩短 OEM 向市场推出产品的时间，飞思卡尔开发了综合的硬件和软件参考包，这样只需快速地将各系统插在一起，便可进行评估和开发。 Rapid System Development Platform（快速系统开发平台）提供模块化的、可编程的基站参考平台，该平台基于：

  • 行业领先的处理器，包括采用 Power Architecture® 技术构建的网络通讯处理器和基于StarCore技术的数字信号处理器（DSP）。
  • PCI 国际工业计算机制造者联合会（PICMG®）标准AdvancedMC™ (AMC)
  • L1和2基带使能软件，可以在飞思卡尔处理器上完成演进的B节点开发；

平台优势

  • 通过新型 LET 标准平台可缩短面市时间；
  • 加快原型开发；
  • 有助于降低总拥有成本；
  • 提供基于C的便携式软件标准，开发低延迟和高吞吐量的系统；
  • 可扩展的代码和硅产品可以构建从Femto 到 Marco在内 的解决方案；

OEM 供货情况

快速系统开发参考平台同时提供硬件和软件，专供OEM客户用来开发基站设备解决方案。 单独的 AMC 平台硬件组件可以从飞思卡尔及其联盟合作伙伴那里获得；至于软件，OEM则需要获授权才能使用。

快速系统开发平台的组成

功能 组成 内容/交付内容
平台基础 MicroTCA™机架
  • MicroTCA 开发符合行业标准；
  • 直接由Schroff 供货；
基带L2处理器板 P2020 AMC™ (基于QorIQ® 处理器的 AMC)
  • 板卡附带用户文档；
  • Linux® 板卡级支持包 (BSP)
基带L1处理器板 MSC8156 StarCore® DSP AMC
  • 板卡附带用户文档；
  • SmartDSP-OS 板卡级支持包
L2软件包（已获 OEM 授权） L2 软件
  • 目标库，源代码，GCC 构建环境
  • 测试工具
  • 文档
L1 软件包（已获 OEM 授权） L1 软件
  • 目标库，源代码，odeWarrior构建环境
  • 测试工具
  • MATLAB® 模型
  • 文档

AMC 硬件平台详细信息

宽带无线基带处理参考硬件基于多个模块化的 AMC 模块，该模块按照 PICMG 标准进行定义，可插入紧凑型 MicroTCA™ 机架。AMC 模块可以直接使用，无需 AdvancedTCA® 或定制载体，因而可以大幅缩减尺寸、成本并降低功率。 该模块化法还支持系统的单个组件升级，甚至还能降低成本，因为随着时间推移将来会开发出更新的硬件。 这能缩短开发商开发新产品的时间，并且迅速提供支持。

基础平台的重点是基带L1 和 L2 处理，同一个系统通过添加控制、网络接口和 FPGA 板卡后可以扩展，实现盒式一体化 LTE 基站（LTE “Base Station-in-a-Box”）的解决方案。现有标准硬件平台组件如下所示：

标准硬件平台组件

功能 类别 规范/特性
平台基础 MicroTCA™机架
  • Schroff® MicroTCA 开发机架
基带L2 处理器板 P2020 AMC®
  • 处理器：P2020 双核处理器，带集成串行RapidIO®互连功能和 千兆以太网(GbE) 接口，最高速度可达1.2 GHz/核；
  • 运行：独立运行或AMC插件板
  • 存储器：DDR2 SODIMM，64MB Flash
  • 串行RIO 或 PCI Express™技术，双 1000Base-X 底板接口
  • 1000Base-T，USB 和 UART 前面板接口
  • IPMC：板卡上电，温度监控、电子钥匙和状态 LED；
  • 占地空间：AMC 单宽，全高：180.6 mm x 73.5 mm
基带L1 PHY 处理器板 MSC8156 AMC
  • 处理器：3 x MSC8156 六核 StarCore DSP，带集成的串行 RapidIO 和GbE接口，最高速率为 1.0 GHz ；
  • 运行：独立运行或AMC插件板
  • 存储器：每个MSC8156 上有2 个512MB 的 64位宽 DDR3；
  • 4个串行RIO接口和2个1000Base-X 底板接口；
  • 1000Base-T，USB 和 UART 前面板接口
  • IPMC： 板卡上电，温度监控、电子钥匙和状态 LED；
  • 占地空间：AMC 单宽，全高：180.6 mm x 73.5 mm

 

系统架构分区

基站系统架构由独立的网络、无线L2和无线L2处理器清楚划分开，如上所示。 应注意的是，在小规模解决方案（如微型基站）中，将这些功能整合到更少的组件里，这种做法是可行的。但基准参考则解决了多扇区宏基站解决方案（每个扇区要提供高吞吐量和最佳射程）的升级需求。

网络接口

执行网络回程传输，并与内部接口联网。这包括上至 OSI L3 的网络层处理，例如 IPsec 安全网络终结，包头压缩和话务分类（QoS）。网络接口卡（NIC）还可选地支持 3G LTE 无线链路加密 -但视选择的架构而定。这可以划分给信道卡。网络接口要求的处理非常适合以下设备，如MPC8569、QorIQ P2020 或 P4080。具体采用何种设备，应视系统配置和性能要求而定。

L1和 L2 无线软件架构

L1 和 L2实时软件子系统组合起来，提供几个重要的基带组成元件，提供到移动用户的空中接口管道。 L1 和 L2 实时软件子系统采用公共定义的架构运行。 该架构能支持先进的特性以及相互之间的调度算法。 虽然定义系统需要投入很多精力，但这样一来开发商就能缩短面市时间，OEM可以将它作为L1/L2 基准解决方案，用来添加不同的知识产权。

L2 – 数据平面模块软件

飞思卡尔提供一套与OS相关的模块，包括实时执行的 L2 处理。 所有软件都以成套模块的形式提供，用于 RLC、MAC 层以及可以与任何 RTOS 端口相连的调度程序。为了最大限度地提供实时吞吐量，可以提供几个优化的硬件专用软件驱动以实现最佳性能。采用ANSI-C开发的所有软件提供完整文档，设计上具有灵活性和可扩展性，其重点是调度程序架构。作为设计的辅助手段，可以将软件当作在用户模式 Linux® 下运行的应用提供. 如需了解更多详细信息，请参见此处。

飞思卡尔 Vortiqa 软件产品

飞思卡尔 VortiQa 软件能帮助你简化产品开发周期，提高应用性能。VortiQa 软件提供集成的安全和网络功能，以满足无线基础架构设备等特殊垂直市场的需求，同时还在系统中提供防止威胁、安全接入、高可用性、融合和管理功能。


数据平面模块软件特性

类别 规范/特性
设计方法
  • 模块化的、便携式的C软件模块，可用于RLC、 MAC、 PDCP 和调度程序；
  • 简单的单线 L2 数据平面处理链；
  • 可以在任何 RTOS 环境中运行，与 RTOS 和关联的驱动性能无关；实现方式包括：
    • 定制存储器/缓冲器管理、定时器管理以及对性能关键的硬件/协处理器分流功能（如安全性和DMA）的需求等驱动因素；
    • 数据平面操作所需的软件线程数量减至最少；
    • 任何数据平面模块都不需要针对特定 OS的呼叫；
    • 提取/重路由跟踪/调试信息；
  • 可以通过API控制平面/ RRL层（不包括）互动，以配置适当的数据平面操作；
  • 采用最新规范草案设计；
RTOS 支持
  • RTOS 试验性实施
  • 例子包括与 Linux® 用户模式端口相连的软件；
API
  • 通过定义明确、记录完整的 API，在数据平面/控制平面和数据平面/调度程序之间实现完全的软件抽象 ；
  • L2 功能级的 SBL2 API 接口；
验证/测试
  • 软件测试包括：
    • 单元级（单个模块）
    • 集成级（模块互动）
    • 系统级（系统操作，性能）
  • 软件测试环境属于软件交付包的一部分
1. 媒体访问控制 （MAC）层
  • 通兼容标准： 3GPP 36.321 (MAC)
  • 包括下行/上行链路调度程序
2. 无线链路控制（RLC）层
  • 兼容标准： 3GPP 36.322 (RLC)
3. 分组数据融合协议 （PDCP）层
  • 兼容标准： 3GPP 36.323 (PDCP)
  • 包括优化的加密驱动/硬件卸载
  • 不包括强化式包头压缩（ROHC）和 IPsec协议（第3方）

L1 – 实时软件子系统

LTE L1软件包括3GPP 标准中定义的 物理基带信道处理和无线传输信道功能。飞思卡尔提供整套核心模块，包括L1处理，用于物理下行链路共享信道和物理上行链路共享信道。内核进一步同上行和下行链路组合，并将SmartDSP实时操作系统当作参考进行实时运行。所有软件在开发过程中都采用 ANSI-C 语言并提供完整的文档。

总之，物理层处理功能包括：

  • 调制解调
  • 信道编码
  • 发射方案
  • 多路复用
  • MIMO/多样性
  • 信道估算
  • 同等化（不在 3GPP 范围内）

如需了解更多详细信息，请参见此处。

类别 规范/特性
设计方法
  • 分层式 API 软件法支持多层重复使用，可简化与定制IP的集成；
  • 适合所有子系统的模块化 C 软件模块 – 包括C-Wrapper 软件包，提供优化的实时集成模块；
  • 用浮点和固定点模拟系统进行算法验证；
  • 多核框架允许高效的核心间通信和任务分配；
特性
  • 共享用户物理信道
    • 物理下行共享信道（PDSCH）
    • 随机接入信道（RACH）
  • 采用定义明确的接口和模块接口的模块化设计如：下行链路
    • IF1Tx: L1/L2 逻辑接口 – 存储器通过串行 RapidIO® 互连技术发生映射；
    • IF2Tx: 遵从 3GPP 36.211 和 36.212 规范传输到物理信道接口；
    • IF3Tx: 传输到 OFDMA 处理接口上 – 将 IFFT 信号生成重新映射到 FPGA 上；
    • IF4Tx: 到天线 FPGA 的基带 I/Q 简单接口；
  • 基于消息的配置和运行时间控制
  • 包括 MIMO 处理
RTOS 支持
  • SmartDSP OS: 集成实时内核和驱动
API
  • 通过定义明确和记录完整的 API 实现完全的软件抽象；
  • 可以在功能级上重复使用的 SBL1 API 架构；
  • 可以在更高级别、完整的处理链路上使用的框架 API；
  • 可以针对信道类型实现的完整子系统重复使用；
验证/测试
  • 软件测试包括：
    • 单元级（单个模块）
    • 集成级（模块互动）
    • 系统级（系统操作，性能）
  • 软件测试环境属于软件交付包的一部分
标准参考
  • [1] 3GPP TS 36.201: LTE 物理层整体描述
  • [2] 3GPP TS 36.211: 物理信道和模块化
  • [3] 3GPP TS 36.212: 多路复用和信道编码
  • [4] 3GPP TS 36.213: 物理层步骤
  • [5] 3GPP TS 36.214: 物理层测量（V0）
  • [6] 3GPP TS 36.300: E-UTRA 和 E-UTRAN 整体描述，第 2 阶段
  • [7] 3GPP TS 25.212: UTRA;多路复用和信道编码
L1 软件包
  • 信号处理库：包括LTE L1 信号处理管理器和内核库功能；信号处理内核是基本的处理单元，信号处理管理器是一套内核的链路集成，包括：
    • DL 传输信道包
    • DL 物理信道包
    • UL 传输信道包
    • UL 物理信道包
  • MATLAB® 模型包
    • 编译好的Matlab参考链，用来测试方案的生成；
  • 多核 MSC8156上的上行/下行链路（PDSCH/PUSCH）的功能性集成
    • 使用 SmartDSP OS 实时操作

L1/L2 - 系统解决方案

飞思卡尔模块化平台的主要优势是 L1 和 L2 软件组件都以集成方式提供。使用了大量物理接口选项，包括低延迟链路，如串行 RapidIO® 互连和 PCI Express® 和/或千兆以太网。

类别 规范/特性
设计方法
  • L1 和 L2采用相同的开发流程和编码标准进行编码；
  • 统筹的设计要求管理和功能集
验证/测试
  • 集成子系统，在公用的实时环境中测试；
  • 自动的软件测试环境，这是软件交付包的一部分；
特性
  • 分层架构
  • 通过经过验证的测试用例，提供开箱即用的体验；

通过经过验证的测试用例，提供开箱即用的体验；

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