让基站为LTE规范的实施做好准备

求必须基于系统的吞吐量要求和产品成功所需要的长期成本考虑。随着标准的稳定，最初针对基站设计灵活性的要求应该逐渐居于次要地位，与此同时，成本成为一个主要的成功因素。

选择FPGA，就具备了一条向低成本的结构化ASIC技术转移的无风险的路径，从而大幅度降低成本。例如，Altera公司的HardCopy II技术提供一种无缝无风险的从Stratix III FPGA向成本大幅度降低的HardCopy II结构化ASIC转移的路径，与此同时，也提高了系统的性能并降低了功耗。

不断进化的设计

全球的无线运营商目前正使用高速下行链路分组接入(HSDPA)，从而使通用移动通信系统(UMTS)系统的成功部署成为可能。UMTS向HSDPA的升级类似于增强数据率GSM演进(EDGE)，它被证明是向GSM网络的一个有效升级。

HSDPA锁定的是移动多媒体应用，并能够实现缩短的延迟，在从基站到移动终端的下行链路上，峰值数据率高达14Mbps。通过增加一个新的高速下行链路，并与依赖于传输参数快速自适应的三个基本技术共享，就有可能做到这一点。那三个基本技术分别是：自适应调制和编码(AMC)、快速混合自动重复请求(ARQ)和快速调度技术。

高速上行分组接入(HSUPA)不久将追随HSDPA而步入实用，这两种技术的组合被称为高速分组接入(HSPA)。HSPA有望在21世纪头十年剩余的时间内成为占优势的移动数据传输技术。为了利用运营商在HSPA中的投资，标准组织正调查一系列增强标准，以创造被称为HSPA+的“HSPA演变”标准。

HSPA演变标准是W-CDMA标准的合乎逻辑的发展，为向全新的3GPP LTE无线电平台的发展提供了一种有效的转换。LTE在下行链路上采用OFDM，目标是在2009年左右开始部署。

LTE利用最佳种类的无线电技术，以实现超越实际CDMA方法的性能水平。LTE系统将与2G和3G系统共存，类似于3G与2G系统在一体化网络中的共存。同时，OFDM通信系统的设计持续取得更大的进展。OFDM是一种多载波调制方案，它把数据编码到一个无线电频率(RF)信号上。

与传统的单载波调制方案不同，像幅度或频率调制(AM/FM)利用一个无线电频率一次仅仅发送一个信号。OFDM取而代之的是在专门计算的正交载波频率上并发发送多个高速信号，结果，在噪声和其它干扰期间，带宽的使用效率更高，通信更为鲁棒。

在下行链路上用于LTE的OFDMA非常适合于在高频谱带宽内实现高峰值数据率。W-CDMA无线电技术的效率与在5MHz的带宽内传输具有大约10Mbps的峰值数据率的OFDM系统的效率大致相同。

然而，以较宽的无线电信道实现100Mbps范围的峰值数据率会导致终端高度复杂并且以现有的技术是不切实际的。正是在这里OFDM提供了一种实际的实现优势。

在上行链路，纯OFDMA方法导致高信号峰值对平均比(PAR)，从而折衷电源效率和最终的电池寿命。因此，LTE利用一种称为单载波频分多址(SC-FDMA)的方法，它与OFDMA有一定的相似性，但是，比其它技术如IEEE 802.16e所使用的OFDMA方法有2到6dB PAR的优势。

LTE的目标包括：

在20MHz的带宽内具有最高100 Mbps的下行峰值数据率；

在20MHz的带宽内具有最高50 Mbps的上行峰值数据率；

工作于TDD和FDD模式；

可调节带宽最高为20 MHz，在学习阶段，覆盖1.25 MHz、2.5 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz和20 MHz。1.6 MHz宽的信道被用于不成对的频段，在那里TDD方法将被使用；

把HSPA第6版的频谱效率提高两到四个因子；

把延迟缩短为10ms；把用户设备和基站之间的往返时间缩短到小于100ms；缩短从待机到激活的转换时间；

LTE有望满足未来十年的市场需求。在那段时间之后，运营商可能以LTE技术为基础部署第四代(4G)网络。目前，尚无针对4G的官方标准或正式定义，但是，初步研究的重点是能够传输峰值速率为1Gbps的各种技术，这些技术完全基于IP协议，并支持不同类型的网络—即4G到3G到WLAN等—之间的完全灵活的网络移交。

期望下一个设计

从宽的视角来看，基站设计工程师必须提前进行一些关键的设计考虑。随着他们进入LTE领域，他们应该意识到在无线电方面存在巨大的变化。作为向LTE转移的一部分，W-CDMA信号调制将转向OFDM调制，其特征是不同的。OFDM对于传输高吞吐量的数据更为鲁棒，但是，与此同时，加强了基站的吞吐能力。

OFDM还改变了已调制信号的峰值对平均特性，该信号需要采用新的技术以实现峰值因数衰减(Crest Factor Reduction, CFR)。此外，对误差向量幅度(EVM)存在更为严格的要求，因此，需要设计工程师特别注意的不仅仅是所使用的算法类型、而且包括实现该算法所采用的器件的类型。

在基带方面，设计工程师必须考虑从W-CDMA转向OFDM之后数据率不同的问题，因为所需要的吞吐量相当高。此外，虽然迄今为止WiMAX的用途一直是数据传输，尚未介入语音通信；但是，当语音被引入时，设计工程师必须做好准备；这类似于有线系统的情况，针对语音的服务质量(QoS)跟针对数据的服务质量是不同的。

因为精明能干的基站设计工程师承认LTE设计中所面临的挑战，他们将持续依赖于早期设计中已经体验过的FPGA的灵活性，并将利用FPGA的更新进展来克服这些令人畏惧的任务。

FPGA和DSP之间的任务划分策略取决于处理要求、系统带宽以及系统配置和发射及接收天线的数量。图1所示为在基于OFDMA的系统—如WiMAX或LTE—中一个针对基带物理层(PHY)功能的典型DSP/FPGA任务划分图。

图1：针对OFDMA系统的DSP/FPGA任务划分图。

通过合并先进的多天线技术，这样一个系统所提供的吞吐量有望在75-100Mps之间。基带PHY功能可以被清楚地分类为比特级处理和符号级处理功能。

本文下面部分将给出对这些功能的总的看法，并介绍如何利用FPGA补助DSP以实现比特级和符号级功能。

比特级处理

比特级模块包括随机化、前向纠错(FEC)、交错以及在发射方面映射到四相移键控(QPSK)和四幅度调制(QAM)的功能。

相应地，接收处理的比特级模块是符号去映射、去交错、FEC解码和去随机化。处理FEC解码之外，所有的比特级功能都是比较简单明了的并且计算强度不高。

例如，随机化涉及把数据比特与简单的伪随机二进制序列发生器的输出进行模-2加运算。虽然FPGA以固定的总线宽度提供比DSP更为灵活的比特处理能力，但是，低计算复杂性容许DSP管理这些功能。

相反，FEC解码包括维特比解码、透平卷积解码、透平乘积解码和LDPC解码，它们的计算强度大，如果采用DSP来完成，就要消耗大量的带宽。

FPGA被广泛地用于卸载这些功能并把DSP解放出来以完成其它的功能。同一FPGA还可以被用于跟MAC层的接口，并实现某些低级MAC功能，如加密/解密和鉴权。例如，Altera的低成本Cyclone III FPGA就适合于这样的DSP协处理功能。