4G系統中高速總線互連架構的研究與實現

　　　　3.2　B3G TDD系統平臺架構的需求分析

　　（1）數據傳輸帶寬需求

　　從技術要求上講，B3G TDD試驗網理論上的最高數據傳輸速率需要達到100Mb/s（此處講理論，是因為實際的實現還會遇到很多問題），而在系統內部模塊之間的數據（因為傳輸的數據還要進行信道編碼，如卷積和擴頻）肯定要遠遠超過100Mb/s，而基帶發送板、基帶接收板與多天線陣列之間的傳輸速率更高，在進行系統設計時需要為其預留較多的帶寬。根據設計，B3G TDD試驗系統各功能單板間每條接口鏈路的數據傳輸能力需要達到2Gb/s，以滿足系統各模塊間信息的交互及數據傳輸。在傳統通信系統設備中常用的 CompactPCI架構，因為采用并行總線方式，總傳輸帶寬最多1Gb/s，而且是各單元共享此帶寬，遠遠不能滿足B3G系統的帶寬需求。

　　（2）模塊聯結方式

　　B3G-TDD系統分為很多功能較為獨立的模塊，各模塊間再通過高速串行接口完成模塊間的數據傳輸互聯，互聯通道較多，模塊之間的連接如果過于復雜，不但影響開發的效率，而且還會在進行系統連調時造成很多不可預知的問題。因此B3G TDD系統需要一種配置靈活且便于擴展的總線架構，使各模塊之間的互連需要有穩定的高速數據傳輸功能的同時，還需要接口比較易于實現和連調。

　　（3）系統耦合度

　　根據系統的總體框架設計和模塊分配，需要系統各模塊功能比較獨立，特別是研發各小組所負責模塊之間的連結接口既要完成數據傳輸，又要易于實現與連調。

　　（4）可擴展性

　　B3G TDD實驗系統尚處于研發中，整體的架構上未能完全定稿，系統的處理能力還能得到很大的擴展，因此采用的平臺架構需要模塊化和可擴展性強。

　　（5）時鐘系統

　　對于B3G TDD實驗系統來說，系統的同步是非常重要的，因此所設計的架構需要有很強的時鐘同步功能。

　　4、解決方案

　　鑒于B3G TDD系統需要一套支持高數據吞吐率，高兼容性（兼容各種協議）并具備高可靠性、可擴展性和智能性的模塊化通用硬件平臺資源，目前通用的并行總線架構的CPCI結構已經不能滿足系統的需求，因此，本系統選用先進電信計算機架構（ATCA）[3]-[6]作為系統硬件平臺的物理承載，并采用高速的串行接口來完成各模塊間巨量的數據傳輸；由于國際上尚未制定具體的4G標準，因此也不可能有B3G TDD系統專用的基帶處理芯片，只能采用高性能的FPGA芯片完成很多復雜的數據處理和算法實現的功能，因此，選用內嵌有千兆位串行收發器核的FPGA芯片有利于試驗系統中數據處理部分與模塊間高速數據傳輸接口部分的無縫結合，而各模塊均采用相同的高速串行接口，如RocketlO[7]，能簡化系統各單元之間的互連協議，顯著地提高系統的開發效率。具體的解決方案：系統框架結構和連接背板采用先進的電信計算機架構體系（ATCA），對ATCA架構交換接口的全網格拓撲結構進行改進以滿足B3G TDD系統的需求；引入高速串行接口RocketlO（單路支持傳輸速率高達3.125Gb/s）作為ATCA的交換接口，來完成系統各模塊間高速數據傳輸的互連工作，通過將兩種先進的技術相結合來搭建一種高性能的B3G TDD系統硬件平臺架構。

　　4.1　ATCA架構的拓撲設計與配置

　　圖1介紹了B3G TDD基站端基帶處理系統硬件總體架構。在基站端涉及到很多系統模塊的互連問題，本小節在此主要討論各模塊之間的互連的拓撲結構，各模塊單板上的硬件設計等就不做詳細的敘述。ATCA架構交換接口的拓撲結構從主要分為兩種：星型結構和全網格結構，結構圖如圖2所示：

圖2　交換接口互聯拓撲

鑒于B3G TDD實驗系統中各模塊之間數據傳輸速率比較高，如果采用星型結構，那么兩端節點之間的傳輸速率將要求太高，同時各模塊之間如果全部通過節點連接，將不可避免的影響系統的整體性能，而且此類結構也不適合B3G TDD硬件平臺的系統架構。此外，B3G TDD系統各模塊之間基本上都需要有高速接口互連，而不是都與一個總的模塊互連，因此，本系統采用的是全網格的拓撲架構，保證每兩個模塊之間都至少有四個高速互連通道。

　　雖然采用網格拓撲結構，但是各單板插槽之間的互連并不是對稱的，一般還是將與臨近模塊互聯通道多的模塊單板放在ATCA架構的邏輯槽1、2的位置。

　　具體如下：將基站端所需要高速串行接口連接最多的模塊交換/時頻時序板和基帶發送板分別置于邏輯交換槽1、2位置，他們與多天線接受陣列、多天線發送陣列、基帶接收板、MAC處理/接口板之間利用Fabric InterFace高速互連。各單元之間的互連采用RocketlO接口，每個MGT（RocketlO）均工作于2Gb/s，參考時鐘為100MHz。