摘 要： 文章介绍了赛灵思公司的LTE基站目标设计平台、无线基础架构的半导体解决方案，以及用于射频拉远和射频卡的LTE数字前端的LTE解决方案。
关键词： LTE基站；无线技术；射频
无线行业正在经历一个挑战与机遇并存的阶段。固定和移动技术的融合正在继续推动新技术的发展，使更多的人可以通过种类日益增多的应用和器件共享更丰富多样的数据。若想赢得竞争优势，您需要开发兼具灵活性和可扩展性的无线基础架构，来支持高可靠性语音、视频和数据业务：从毫微微蜂窝基站（家庭基站）直到宏蜂窝基站。
若想在这一市场上取得成功，就需要一个通用的平台来支持最新的技术，帮助在所有地区完成部署并不断扩展，以满足网络运营商的各种需求，同时最大限度地降低设备投资成本和运营成本。作为无线市场上领先的可编程解决方案供应商，赛灵思非常清楚无线基站设计人员面临的严峻挑战。赛灵思开发了一整套经济高效而且可定制的构建模块。这些模块符合多种空中接口标准，如3GPP LTE、TD-SCDMA、WiMAX、W-CDMA/HSPA、CDMA2000和Multi-Carrier GSM。
在这一过程中，赛灵思特别注重提供一流的设计和IP来支持3GPP LTE的开发，同时还推出了多种旨在支持该标准的IP优化解决方案。例如，用于射频拉远RRH(Remote Radio Head)和射频卡的LTE数字前端是市场上第一种全面的LTE解决方案，已被大量希望赢得优势的客户下载并应用到自己的系统开发工作中。
目标设计平台无尽的可能性
赛灵思面向无线基础架构的目标设计平台提供了一种功能全面的解决方案，可以在提高生产率的同时帮助客户赢得差异化的竞争优势。该平台可提供多种设计和开发环境选择：(1)提供FPGA和经过认证的设计环境的基本平台；(2)针对不同领域优化的平台，增加了嵌入式处理、数字信号处理（DSP）或逻辑/连接专用的子卡；(3)无线市场专用的平台，带有设计无线基站专用的空中接口IP、连接和软件。如图1所示。
解决方案的灵活性
无线目标设计平台使用户可以节约开发空中接口基础架构的时间，抽出更多时间为自己的设计注入特有的价值。
LTE基站目标设计平台加快基站设计和开发
赛灵思目前已开发出最广泛的LTE IP系列部件，包括完整的LTE数字前端以及用于基带处理的上行链路和下行链路。这些部件还可以从毫微微蜂窝单元(femtocell)扩展到宏单元（macrocell）。赛灵思无线目标设计平台将该系列组件的用途扩展到了板级基站设计，这种设计可同时支持FDD和TDD版本的LTE。为了验证该平台和IP的质量及标准遵从情况，赛灵思将依据行业标准，使用移动和UE测试设备对其进行严格测试。系统设计人员可以灵活地选择模块化硬件和软件部件，加快自己的开发速度。包含模块化硬件和软件、可支持FDD和TDD-LTE的目标设计平台如图2所示。
无线基础架构首选的半导体解决方案供应商
赛灵思能够为RF数字前端(DFE)信号处理和基带处理等领域的无线联网设备及高级接口、连接及桥接应用提供高性能、经济高效的解决方案，并第一个向市场上推出了3GPP-LTE优化的射频及基带IP核。
随着设计人员在基站设计中越来越多地从原来的ASIC技术转而采用灵活的可编程技术，赛灵思的市场份额还在继续增加。推动这一转变的原因是多方面的：
(1)ASIC的开发成本较高(65 nm高于2000万美元)，开发所需的时间更长而且人力成本很高。对标准的细微修改就可能需要投入大量成本来对ASIC进行重新设计。
(2)在现场更换ASIC设计的成本非常高(初始部署成本为每站点1 000美元，升级一个包含50 000个基站的网络需要5 000万美元以上)。
迁移到40 nm甚至更先进的技术
硅芯片制造技术每一次进步时，半导体开发成本都会迅速增加，这正在迅速改变着整个行业的经济性。只有在市场规模很大时（如普通消费产品），开发新的ASIC或ASSP才会带来足够丰厚的投资回报。实际上，人们普遍认为，专门为无线基础架构设计的ASSP采用32 nm的技术时从经济角度讲会很不合算。相反，赛灵思可以继续生产更大的器件，同时保证更高的集成度、更高的性能和更低的功耗；而且，通过缩小几何尺寸并将成本分摊到多个市场上，它还可以降低成本。如图3所示。
若想在当今这个无线通信新时代取得成功，就需要能以最低的成本提供最强大的数字信号处理功能和非常灵活的解决方案。由全球所有领先蜂窝运营商组成的下一代移动网络（NGMN）联盟和SDR论坛积极行动，推动对更大的灵活性及可通过软件升级迁移到新技术的基站的需求。
目前赛灵思FPGA技术可以满足这一需求，在无线基础架构应用内提供多种关键优势：
(1)降低CAPEX(设备投资开支)和OPEX（运营开支）；
(2)通过现场可重新配置功能增加收入；
(3)降低开发成本和风险；
(4)加快上市。
重新定义射频性能
原始设备生产商（OEM）都在努力以更低的成本生产性能更高的通道，使射频设计成为所有无线系统中被关注的重点。急剧上升的能源成本和功率损耗（例如，从放大器到天线电缆上的功率会损耗50%）增加了对更高能效的需求，同时也掀起了新一轮的创新浪潮，如高级射频拉远技术的开发。
这就要求更多地以数字方式对信号进行预处理，并为数字上变频（DUC）和下变频（DDC）、波峰因子降低(CFR)及数字预失真(DPD)开发合适的算法。这些高性能信号处理领域都是赛灵思FPGA的擅长领域。
主要的射频设计挑战(如图4所示)包括：
(1)最大限度地提高功率放大器的效率，提高总体性能；
(2)降低成本，同时提供涵盖多种技术、流量类型、地区和气候条件的全面技术支持；
(3)扩大基站覆盖范围，增加用户数而不降低通话质量或增加成本；
(4)提供很高的系统可靠性，支持5个9的可靠性(99.999%的可用性意味着每年的停机时间不到5 min）。
赛灵思射频解决方案
在射频功率放大器核心，数字处理要求与模拟架构密切相关。赛灵思与客户携手，共同优化赛灵思算法及客户专用的算法。这种密切的合作关系催生了大量根据客户的具体要求定制的高带宽、高性能CFR及DPD设计。
赛灵思可以为客户带来多种技术优势，包括：
灵活的技术：实现高效、集成、多模、多标准射频；远程升级功能可避免技术过时风险。
性能和可扩展性：满足多方面的客户需求而无需修改PCB。
低功耗：低功耗器件，为高级算法提供理想的平台，降低系统级功耗。
低成本：高级数字算法，降低功率放大器的投资成本和运营成本；通过非常高效的架构和IP来减小FPGA尺寸，降低硅元件成本。
集成和可靠性：可集成到单一器件中，提高可靠性，最大限度地降低现场设备返还和后端服务成本。
可用的3GPP-LTE功能
3GPP-LTE数字前端-包括LTE优化的DUC、DDC、CFR和DPD IP。
“参考设计和IP”部分列出了支持其他标准的更多功能。
应用实例：单一扇区HSPA 15 MHz(3载波)带分集射频卡
初始设计使用6套ASSP器件，功耗超过8 W，定价为219美元（1 000件的定价）。这6套ASSP是生产商确保有足够的分集，使他们的器件可满足多个市场的需求所必需的。使用更多集成ASSP可能会减小设备尺寸，但会使开发风险过高。
将这些功能合并到一个FPGA中可以大幅度降低功耗，并将设备成本降低30%以上。赛灵思技术可带来更大的灵活性，帮助在产品的整个生命周期内进一步节约成本。
基带市场上的新机会
基带处理信号链既带来了严峻挑战，又为实现BTS技术的创新创造了绝无仅有的好机会。这已成为众多生产商之间展开竞争、实现产品差异化的一个关键领域。如图5所示。
随着人们越来越多地认识到，早期2G和3G系统使用的许多架构不能很好地扩展，满足3GPP-LTE要求的性能和延迟要求，市场竞争近来变得异常激烈。这意味着处理链需要处理比以往任何时候更多的吞吐量，而且必须在更短的时间里实现这一目标。除了需要应对系统架构方面的种种挑战外，设计工程师们还需要开发一种能满足运营商的要求，大幅度降低设备投资和运营成本的系统。所有这些为基带处理设计人员带来了很大压力。
赛灵思基带解决方案
在3GPP-LTE之前已出台的无线标准中规定的系统分区方法足以满足当前的需求。然而，3GPP-LTE的低延迟性能要求使DSP和FPGA之间的数据流疲于应付，造成了瓶颈。最新推出的赛灵思LTE Channel Uplink和Downlink LogiCORETM可帮助缓解这一问题，因为它们可以将更多基带处理功能集成到FPGA中，带来了降低成本和功耗等额外优势。MIMO处理等新功能对基带系统设计提出了更高的性能要求。赛灵思致力于积极推动这些解决方案的发展，并率先向市场上推出了第一款LTE MIMO编码器。常见的基带解决方案如图6所示。图7为经过改进基于扇区的架构。
赛灵思技术的优势包括：
(1)灵活的技术：允许在部署完成后修改特性，因此可以从远程对设计进行升级，避免设计过时。
(2)可扩展性：基带设计可以从小型微蜂窝扩展到大型宏蜂窝，甚至毫微微蜂窝。
(3)集成：通过单一芯片3GPP-LTE基带PHY解决方案降低功耗，提高可靠性。
(4)低功耗：与多DSP器件基带架构相比可大大降低功耗。
(5)低成本：提供符合多个无线标准的单一基带架构，提高工程效率。
(6)可靠性：集成到赛灵思高质量、经过严格测试的标准产品中，提高总体系统可靠性。
可用的3GPP-LTE功能包括：
(1)3GPP-LTE Channel Uplink和Downlink；
(2)3GPP-LTE MIMO编码器；
(3)3GPP-LTE Turbo编码器/解码器。