序言

      无线技术的持续演进发展、全球无线用户的激增，以及市场对更强大数据承载能力的需求，全面催生了各种新标准的不断涌现，如宽带码分多址 － 高速分组接入(WCDMA-HSPA)、WCDMA-HSPA+ 以及长期演进技术 (LTE) 等。基于无线服务网络的数据使用呈指数级增长，从而进一步推动了异构网络的出现 —— 支持宏蜂窝基站和小型蜂窝基站的分层网络部署方案。

    随着 LTE 部署成为现实，运营商纷纷热衷于采用可持续降低网络成本、同时还能维持并提升服务质量的“片上系统”(SoC) 架构。要支持向 LTE 的成功过渡，需要在数字信号处理器 (DSP) 的设计方面实现一系列技术创新。德州仪器(TI) 名为“KeyStone”的多内核 SoC 架构不仅功能强大而且极富创新性，能够有效支持 WCDMA 与 LTE，进而降低成本。KeyStone 多内核架构可实现具有专用 WCDMA与 LTE加速器的、名符其实的多标准（LET、WCDMA）解决方案。本白皮书全面阐述了TI KeyStone 多内核架构如何在LTE 基站上实现第二层网络和传输处理。

     随着全球无线用户数量的激增，无线技术也在持续实现演进发展。移动数据使用量的新近增长、层出不穷的新应用以及互通互连的生活方式，都需要移动网络提供强大的支持。对无线宽带服务不断增长的需求促使 3GPP 定义可同时为运营商和终端用户带来诸多优势的 LTE 技术解决方案，，如不仅能提高容量、降低网络复杂性、降低开发与运营成本，而且最终还能显著提升用户体验。

    名为演进型 UMTS 陆地无线电广播接入网络(E-UTRAN) 的 LTE 无线电广播接入网络支持基于共享分组通道的移动宽带服务。这种方案不仅能够提高频谱效率和区段容量，同时还能缩短用户层的时延。以演进型分组内核(EPC) 著称的LTE 核心网络，采用平坦型纯 IP 架构演进支持 E-UTRAN。借助平坦型 IP 架构，运营商不但能够减少资本支出的网络组件数，同时还能缩短系统时延以支持最新应用，并演进支持无线电广播接入与核心网络。

    LTE 可支持灵活的通道带宽(1.2-20 MHz) 以及频分双工(FDD) 与时分双工(TDD) ，以实现 LTE 系统的灵活部署。LTE 可为每一个 20 MHz 频谱提供 100Mbps 的下行和 50Mbps 的上行速率。通过采用多天线信号处理技术，LTE 能够提供甚至更高的数据传输速率——下行高达 326.4 Mbps。

    根据 Dell'Oro Group 调查显示，全球移动用户数有望从 2009 年的 48 亿增至 2014 年的 72 亿。这些用户将进一步推动对更高数据速率的需求，从而导致数据流量的激增。集频谱效率高、通道带宽灵活性高与资本节约更显著（因其采用平坦型纯 IP 架构）等数大优势于一身的 LTE 将推进运营商部署 LTE 网络。

    2009 年到 2010 年间，对LTE 的大规模试用与部署在全球范围内广泛展开。有 25 家顶级运营商承诺部署 LTE 系统，LTE 将呈现迅猛增长态势。北美地区的主要运营商将在 2010年 － 2011 年期间开始 LTE E-UTRAN NodeB (eNodeB) 的部署，但是 LTE 的市场增长将在 2012 年迎来新的转折点，到时候欧洲和中国的运营商也将开始部署 LTE。根据 Dell'O Group 的预测，到 2014 年年底，这一增长将使全球范围内的 LTE 用户数量突破 1 亿大关。

    图1 展示了包含名为 eNodeBs 基站的 E-UTRAN 架构。eNodeBs 可提供针对用户设备（UE，移动）的用户层与控制层协议终端(Uu) ，以及针对核心网络的传输终端(Iu)。

     eNodeBs 不仅可通过 X2 接口相互连接，而且也可通过 S1 接口连接至核心网络 EPC，更确切地说还可通过 S1-MME 与移动管理实体(MME) 连接，以及通过 S1-U 接口与服务网关(S-GW) 连接。

LTE 协议架构

eNodeB 协议结构包含两个主要层：无线电广播网络层与传输网络层。在无线电广播网络层可以实现无线电广播接口功能，而在传输网络层则可实现标准的传输功能（例如以太网）。可在如下三个协议层中实施无线电广播接口：物理层（L1，PHY）；数据链路层(L2)；以及网络层(L3)，以向UE 提供用户层与控制层协议终端(Uu)。传输接口可提供针对核心网络的隧道协议终端(Iu)。

图. 1 – E-UTRAN 架构

图2– L2 架构（下行）

图3 – L2 架构（上行）

    MAC 子层负责将同一传输通道上的多个逻辑通道（无线电广播承载）多路复用至一个或多个逻辑通道，并将传输通道上 PHY (L1) 中的MAC 服务数据单元(SDU) 解多路复用至一个或多个逻辑通道。此外 MAC 子层还负责动态调度活动，包括在某个 UE 的逻辑通道之间以及在 UE 之间进行优先处理。

    MAC 子层的其他功能包括，通过混合自动中继请求(HARQ) 进行纠错、传输格式选择以及填充等功能。L3 的无线电广播资源控制(RRC) 子层可控制 MAC 子层的配置。

    RLC 子层的功能包括协议数据单元(PDU) 传输、通过 ARQ 纠错、RLC SDU 的级联/分段/重组、重复检测以及协议错误检测等。L3 的 RRC  子层可控制 RLC 子层的配置。配置后的 RLC 实体能够以下列三种模式之一来执行数据传输：透明模式(TM)、非确认模式(UM) 以及确认模式(AM)。

    PDCP 子层的功能包括：通过性能稳定的报头压缩(RoHC) 进行报头压缩/解压缩，用户层与控制层数据传输，用户层和控制层数据的加密与解密，控制层数据的完整性保护与完整性验证。

传输/回程处理

     eNodeB 上的传输/回程协议栈可实现与核心网络的通信。eNodeB 可提供与EPC（MME 与S-GW）接口相连的S1 接口，以及与另一eNodeB 接口相连的X2 接口。图4 和图5 对S1 用户层与S1 控制层的协议栈进行了概括性描述。

图4 – S1 用户层

图5 – 控制层

    传输协议栈能够为回程（IPSec 隧道）的用户层数据提供安全终端(GTP-U)，同时为回程(SCTP) 的控制层数据提供 S1-AP/X2-AP 终端。

TI KeyStone架构

    向 LTE 的升级给基站厂商及其供应商带来了全新的挑战，他们需要在基站中实现更高的吞吐量、更高的性能及更大灵活性。同样，LTE 也给基站厂商及供应商带来了观念上的转变，实现高频谱效率需要更为复杂的数据处理与调度。

    数据层处理要求低时延和高吞吐量，同时调度还需具备动态与通道感知功能。支持 LTE 需要在基站的系统设计方面实现大量技术创新。运营商也纷纷对可持续降低其网络成本的 SoC 架构青睐有加。

    TI 名为“KeyStone”的多内核SoC 架构不仅功能强大而且极富创新性，从而使基站厂商能够从LTE 等最新技术中显著受益。该架构具备的众多关键组件不仅可支持新的LTE 功能，同时也可用于提升WCDMA 等现有无线技术的性价比。图6 对KeyStone 架构进行了说明。