在自動控制產品中，CPD+DSP+MCU的構架是目前為流行的成熟方案，而在通訊產品中，大量使用FPGA設計，合理使用FPGA和DSP的組合，FPGA和DSP之間的“智能配分”可使無線系統(tǒng)設計師獲得性能組合和成本。對于無線基站，FPGA和DSP可編程邏輯的系統(tǒng)配分，可促使更大的產品設計和市場成功率。

　　更高數據率的需求正在驅使無線蜂窩系統(tǒng)從窄帶2G GSM，IS-95系統(tǒng)到W-CDMA基3G和3.5G系統(tǒng)變革。另外的OFDM基寬帶無線系統(tǒng)，如WiMAX現在傳輸速度超過70Mbps?？枯^的調制技術和變速率信道編碼可以實現數據率的改善。復雜的空間信號處理方法也是增加數據率的辦法。然而，這種技術對基站設計師所產生的問題是：需要可縮放性、成本、效率和跨越多個標準的靈活性。

　　基站（BS）即公用移動通信基站是無線電臺站的一種形式，是指在有限的無線電覆蓋區(qū)中，通過移動通信交換中心，與移動電話終端之間進行信息傳遞的無線電收發(fā)信電臺?；臼且苿油ㄐ胖薪M成蜂窩小區(qū)的基本單元，完成移動通信網和移動通信用戶之間的通信和管理功能。廣義的基站，是基站子系統(tǒng)（BSS，Base Station Subsystem）的簡稱。以GSM網絡為例，包括基站收發(fā)信機（BTS）和基站控制器（BSC）。一個基站控制器可以控制十幾以至數十個基站收發(fā)信機。而在WCDMA等系統(tǒng)中，類似的概念稱為NodeB和RNC。狹義的基站，即公用移動通信基站是無線電臺站的一種形式，是指在一定的無線電覆蓋區(qū)中，通過移動通信交換中心，與移動電話終端之間進行信息傳遞的無線電收發(fā)信電臺。

　　多可變目標

　　無線系統(tǒng)設計師需要滿足大量關鍵技術要求，包括處理速度、靈活性、產品上市時間。所有這些要求決定對硬件平臺的選擇。主要的變量包括處理帶寬、靈活性和降低成本的路徑。

　　處理帶寬

　　WiMAX與W-CDMA和CDM2000蜂窩系統(tǒng)相比，明顯地具有較高的吞吐量和數據要求。為了支持這些較高的數據率，基礎硬件平臺必須具有寬處理帶寬。另外幾種先進的信號處理技術，如快速傅里葉變換/快速傅里葉逆變換（FFT/IFFT）、聚束、MIMO、、數字預失真（DPD）都是計算密集的，需要每秒幾百萬乘和累加運算。

　　靈活性

　　WiMAX是一個相當新的市場，現正處于開發(fā)和采用階段?，F在仍然不清楚在這很多移動寬帶技術（WiMAX，Wibrow，Super3G，LTE，Ultra3G等）中，哪一種將被大量采用。

　　降低成本的路徑

　　對于OEM和服務供應商來講，為了保持競爭力，終產品的成本比靈活性更重要。在樣機設計階段選擇正確的硬件平臺，為生產制造提供無縫降低成本的路徑，這會節(jié)省上百萬工程成本。否則，需要重新設計系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)結構的邏輯任務分配

　　控制、信號處理和數據通路運行構成無線基站中處理負載的主體。實現這些功能的通用方法是采用微控制器（MCU）、FPGA和可編程DSP的組合。DSP軟件實現系統(tǒng)的輕載處理要求和定向控制任務。重載的實現方法是用FPGA，因為FPGA具有很強的并行處理能力。

　　組合的DSP和FPGA確保整個系統(tǒng)的靈活性，并提供重新可編程性以確定系統(tǒng)缺陷，而且支持不同的標準。DSP和FPGA之間的分配策略依賴于處理要求、系統(tǒng)帶寬、系統(tǒng)配置、發(fā)射和接收天線數。圖1示出OFDMA基系統(tǒng)中基帶物理層（PHY）功能的典型DSP/FPGA分配。

　　圖1 OFDMA系統(tǒng)中DSP/FPGA分配

　　包含先進的多天線技術，這類系統(tǒng)所提供的吞吐量可達到75~100MPS。基帶PHY功能可大致分為位級（bit-level）處理和符號級（Symbol-level）處理功能。

　　位級處理

　　位級處理單元包括發(fā)射端的隨機化、前向糾錯（FEC）、到四相相移鍵控（QPSK）和正交調幅（QAM）功能的交織和變換。相應的接收處理位級單元包括符號解變換、解交織、FEC解碼和解隨機性。

　　FPGA廣泛用于卸載這些功能。同樣FPGA也可用到MAC層的接口，以實現一定的較低MAC功能（如加密/解密和鑒別）。

　　符號級處理

　　OFDMA中的符號級功能包括子信道化和解子信道化、信道判斷、均衡及循環(huán)前綴插入以及消除功能。時間—頻率變換和頻率—時間變換，分別用FFT和IFFT實現。

　　信道判斷和均衡可以離線執(zhí)行，這涉及更多有關控制算法，可以用DSP實現。相反，FFT與IFFT功能是規(guī)則的數據通路功能，這包括非常高速下的復雜乘法，可用FPGA實現。

　　圖2示出包含在高端FPGA（Altera公司StratixⅡ器件）內的嵌入式DSP單元。DSP處理器通常有多達8個專用乘法器，而StratixⅡ器件有多達384專用乘法器，提供的吞吐量高達346GMAC，這比現有的DSP高出一個量級。

　　圖2 FPGA中的嵌入式DSP單元

　　當基站采用先進的多天線技術，FPGA和DSP間信號處理能力的巨大差別更加明顯。OFDM-MIMO組合被廣泛認為是現在和將來WiMAX和LTE無線系統(tǒng)較高數據率的關鍵促進因素。

　　多天線方法提供較高的數據率、陣列增益、分集增益和同信道干擾抑制。聚束和空間多路傳輸MIMO技術也是計算密集的，涉及矩陣分解和相乘。特別的Cholesky分解，QR分解和奇異值分解功能通常是解線性方程組。當這些功能很快用盡DSP能力時，而FPGA很適合實現這些功能。利用FPGA的并行性，采用更加成效的心縮式陣列結構方案。

　　數字IF處理

　　圖3示出來自基帶信道極的數據，送到RF板進行數字中頻處理，包括數字上變頻（DUC）、CFR和DPD。數字IF擴展了基帶域到天線范圍之外的數字信號處理。此外，數字頻率變換比傳流的模擬技術，能提供更大的靈活性和更高的性能。

　　圖3 數字RF處理功能

　　需要CFR和DPD功能來改善用在基站中放大器效率。這些功能也有助于大大降低RF板的總成本。DUC和DDC都采用復雜的濾波器結構，包括有限脈沖響應（FIR）和級聯積分梳狀（CIC）濾波器。先進的FPGA提供運行速度高達350MHz的數百個18×18乘法器。這不僅提供并行處理多信道的平臺，而且也是一個經濟集成單芯片方案。

　　有效的設計方法

　　隨著標準的穩(wěn)定，對基站靈活性的要求將降低，而成本變?yōu)橐粋€主要的成功因素。選擇FPGA將會大大地節(jié)省成本。

　　混合FPGA/DSP基平臺，為無線基站提供一種有效的設計方法。產品成功的關鍵是根據系統(tǒng)吞吐量要求和成本考慮在FPGA和DSP之間進行合理分配。這將保證產品終不僅僅只是可縮放的和經濟的，而且靈活、可配置適合多個標準。