確定WiMAX系統(tǒng)中基于FPGA加速器的軟硬件分工
類似于以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)規(guī)范,WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)基于一種大幅降低企業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、提高網(wǎng)絡(luò)效率的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計理念。WiMAX無線網(wǎng)絡(luò)面臨的最大挑戰(zhàn)是,將其技術(shù)優(yōu)勢拓展應(yīng)用于范圍更加廣闊的公共網(wǎng)絡(luò)。
實(shí)現(xiàn)WiMAX系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)
在實(shí)現(xiàn)WiMAX系統(tǒng)時,面臨的最為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)大概是確定處理器應(yīng)當(dāng)執(zhí)行哪些任務(wù)以及硬件或者更確切地說,基于FPGA的加速器應(yīng)當(dāng)執(zhí)行哪些任務(wù)。確定這種硬件和軟件分工的關(guān)鍵是找到系統(tǒng)性能和處理要求以及產(chǎn)品上市速度之間的最佳平衡點(diǎn)。取決于實(shí)現(xiàn)這種折衷的方式,可以產(chǎn)生不同的用戶端設(shè)備和基站實(shí)現(xiàn)。
WiMAX用戶端設(shè)備必須采用一個處理器,并且借助硬件加速器,實(shí)現(xiàn)諸如循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（CRC）和加密/解密等比較低級的MAC功能。另一方面,基站則需要從比較低級的MAC加速器,升級為通過慢速通道/快速通道處理數(shù)據(jù)包。要在硬件中實(shí)現(xiàn)這個功能,基站的MAC層利用處理器（FPGA上的嵌入式處理器或外接處理器）實(shí)現(xiàn)了速度較慢的管理和控制功能,同時利用支持硬件加速的FPGA邏輯結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了速度較快的數(shù)據(jù)通道功能。
MAC層實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于利用適當(dāng)?shù)年犃泻驼{(diào)度機(jī)制,實(shí)現(xiàn)處理“三網(wǎng)融合”的語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)。雖然IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)對此類功能做出了明確規(guī)定,但是各種競爭性解決方案實(shí)現(xiàn)這種特性的具體方式卻各不相同,采用Xilinx的FPGA,設(shè)備制造商可以針對這個要求苛刻的系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域,提供靈活的平臺,開發(fā)、實(shí)現(xiàn)新的MAC層功能。
基于Xilinx的FPGA的MAC子系統(tǒng)可設(shè)計不同的WiMAX產(chǎn)品
最新推出的Virtex-4 FX平臺FPGA包含了一個短時延輔助處理器接口（APU）。通過這個接口,可以將自定義指令整合到軟件代碼中,再通過執(zhí)行這些指令,改變邏輯結(jié)構(gòu),從而簡化了硬件/軟件劃分過程。
Xilinx平臺FPGA還可以支持諸如高性能前向糾錯（FEC）等先進(jìn)的數(shù)字信號處理（DSP）功能,有助于實(shí)現(xiàn)高級功能和產(chǎn)品差異化。得益于Xilinx推出的包含在低成本W(wǎng)iMAX FEC包中的優(yōu)化Turbo Convolutional編解碼器,系統(tǒng)設(shè)計師可以快速部署這些高效率的FPGA核心,在WiMAX基帶芯片中實(shí)現(xiàn)靈活的FEC解決方案。
目前,Xilinx器件通常用于實(shí)現(xiàn)射頻卡中的高級DSP糾錯算法,以及振幅因素縮?。–FR）、數(shù)字預(yù)矯正（DPD）和數(shù)字上變頻器（DUC）和數(shù)字下變頻器（DDC）等應(yīng)用。通過以數(shù)字化方式矯正功率放大器（PA）的特性,可以利用更加經(jīng)濟(jì)劃算的模擬射頻電路,從而節(jié)省大量元件成本,并大幅降低基站的總成本。
雖然關(guān)于WiMAX標(biāo)準(zhǔn)及其相對于傳統(tǒng)無線通信標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)越性的討論始終沸沸揚(yáng)揚(yáng),但是,當(dāng)前的發(fā)展趨勢表明,WiMAX標(biāo)準(zhǔn)非常適于在無線通信網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)。早在WiMAX標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的最初階段,Xilinx就積極參與其中。Xilinx已經(jīng)與許多客戶合作開發(fā)了面向無線MAC層應(yīng)用的加速式流量管理解決方案?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用要求,完成度身定制的實(shí)現(xiàn)。
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