摘要

　　對于下一代無線接入網(wǎng)，如何靈活地支持不同的無線標(biāo)準(zhǔn)，如何更好地提高系統(tǒng)資源利用率，如何滿足快速增長的系統(tǒng)計(jì)算及I/O需求，都將是無線基站，乃至整個無線接入網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)。在IT工業(yè)界的快速推動下，多核通用處理器的技術(shù)與性能不斷提升，從而使得基于IT通用平臺的軟件無線電系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為可能，亦使IT工業(yè)與無線工業(yè)的發(fā)展得到融合。

　　不難發(fā)現(xiàn)，無線與IT的融合是關(guān)鍵。以Power多核處理器為例，通過基于IT通用架構(gòu)的軟件無線電基站設(shè)計(jì)，其中蘊(yùn)藏著眾多的技術(shù)挑戰(zhàn)。針對未來的無線接入網(wǎng)構(gòu)架，IBM提出的無線網(wǎng)絡(luò)云，以云計(jì)算的技術(shù)來支撐未來的軟件無線電基站池。

　　無線與IT融合的挑戰(zhàn)

　　IBM發(fā)布了2010年的全球技術(shù)展望，其中，無線與IT的融合是重要的技術(shù)發(fā)展趨勢之一。我們看到由于無線的流量的快速增長而服務(wù)的質(zhì)量不斷提升，將對有限的頻譜資源及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來極大的壓力。

　　這種壓力體現(xiàn)為：第一，整個的處理都變得十分復(fù)雜，需要有很強(qiáng)的計(jì)算資源；第二，需要有高可擴(kuò)展的基站間的協(xié)作；第三，需要不斷地提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的利用率。

　　圖1 單載波需求

　　所以，有兩種IT的基本技術(shù)可以服務(wù)于無線架構(gòu)的發(fā)展，第一是多核處理器，多核處理器可以用于通用處理器的軟件無線電技術(shù)；第二，是可擴(kuò)展的云架構(gòu)，它將成為未來作為無線接入網(wǎng)的可能架構(gòu)，即無線網(wǎng)絡(luò)云。

　　無線基站發(fā)展趨勢要從兩個方面來看。第一，無線基站對于單個載波的發(fā)展，從第二代、第三代和第四代無線通訊各個標(biāo)準(zhǔn)，單個載波的處理能力將是LTE advanced 10M的2×2MIMO的20倍，需要的計(jì)算是十分驚人的。到2015年，一個3扇區(qū)的無線基站需要4500GIPS的計(jì)算能力和120Gbps的I/O接口能力。意味著如果使用現(xiàn)有的DSP芯片大概需要300片。對于硬件或者軟件都將是個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，相當(dāng)具有挑戰(zhàn)。

　　多核通用處理器

　　從圖2中可以看到黑色的線標(biāo)示的通用處理器在單芯片的處理能力逐年增長。以IBM的Power Server多核通用處理器和先進(jìn)的DSP進(jìn)行對比，可以看出多核通用處理器的優(yōu)勢，具體如下：

　　? 較強(qiáng)的單線程處理能力

　　? Power 7 vs. Leading DSP = ~6x

　　? 有利于降低單線程的處理時延。

　　? 較強(qiáng)的單芯片性能

　　? Power 7 vs. Leading DSP = ~17x

　　?有利于簡化硬件設(shè)計(jì)

　　?較強(qiáng)的多芯片互聯(lián)能力

　　?Power 7 x 32 sockets =

　　》7000GFLOPS

　　?有利于簡化軟件設(shè)計(jì)

　　由于通用處理器的強(qiáng)大單芯片的處理能力帶來了硬件和軟件上的簡化，同時由于在性能和功耗比上的不斷提升，多核通用處理器逐漸能和DSP媲美。除了這些特點(diǎn)以外，通用處理器也有其他的優(yōu)勢，比如使軟件開發(fā)可獨(dú)立于硬件和可提供豐富的編程環(huán)境和更大的開發(fā)者團(tuán)體等。

　　基于IT的軟件無線電技術(shù)

　　什么是基于IT的軟件無線電技術(shù)呢？軟件無線電技術(shù)提了很多年，但一直實(shí)現(xiàn)在DSP、FPGA這樣專用的硬件芯片和系統(tǒng)中，這里我們要討論的是應(yīng)用通用的多核處理器芯片，基于IT的開放架構(gòu)和平臺來支撐無線系統(tǒng)的基帶的處理部分，能讓目前軟件定義的無線電進(jìn)一步發(fā)展到理想的軟件無線電。

　　這樣的好處有，第一，對滿足不同的無線網(wǎng)絡(luò)需求，具有高靈活性和高可擴(kuò)展性。第二，以一種高性價比的方法來構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就是一個高信價比的平臺。第三，因?yàn)槭荌T平臺，所以增值應(yīng)用可以容易部署于邊緣。比如不同的通信系統(tǒng)可以部署在同一個節(jié)點(diǎn)中。第四，為物聯(lián)網(wǎng)市場快速孵化產(chǎn)業(yè)鏈，這涉及到比如頻譜的覆蓋等等。

　　用這樣的想法是不是構(gòu)建的基站系統(tǒng)就沒有什么技術(shù)的挑戰(zhàn)？其實(shí)不然，在基站基帶處理中，約85%為物理層處理，我們追求在單個處理器核中，物理層的處理吞吐量是否能滿足標(biāo)準(zhǔn)的需求。其實(shí)整個無線系統(tǒng)是一個硬實(shí)時的系統(tǒng)，有采樣器在前面，要求處理器系統(tǒng)達(dá)到實(shí)時的性能，這本身就是一個挑戰(zhàn)。

　　通用處理器的挑戰(zhàn)包括，如何使高效的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧用于支持高吞吐量的I/Q 數(shù)據(jù) （1Gbps~10Gbps）。如何控制抖動，在多線程的環(huán)境下保證實(shí)時性能，如MAC層。如何控制抖動，以滿足與遠(yuǎn)端射頻頭實(shí)時同步，并延時縮短。如何合理化數(shù)據(jù)隊(duì)列設(shè)計(jì)，在一個多層設(shè)計(jì)中，保證低時延，尤其在LTE advanced的4G系統(tǒng)中，對時延的要求很嚴(yán)格。如何在通用操作系統(tǒng)上支持實(shí)時性能也是我們要考慮的。

　　當(dāng)我們綜合所有的問題之后，搭建出的成功平臺才能真正支撐無線基站。