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多核技术解决方案4G向下一代高性能无线网络发展

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近期,苹果公司iPhone和智能手机等新型移动产品以及低成本笔记本、上网本的推出,大大扩展了无线数据的用途。因此,市场对增强型服务的需求不断攀升,促使大批用户从简单的语音设备需求向丰富媒体和位置感知服务方向转型。

  增强型服务的发展为创新技术领先公司和用户都带来了巨大机遇,当然在这些机遇的背后还同时伴随着大量技术挑战。部署和维护基础设施的挑战使资本支出和运营开支不断增加,这会降低运营商的投资回报率。其实,相关技术从2G到3G网络转型时就发生过这种问题,这种情况非常不利于运营商升级基础设施。随着3G向数据传输速率可达到50 Mb/s乃至100 Mb/s的长期演进(LTE)技术转型,上述问题仍将继续存在。因此我们非常有必要重新设计解决方案,以求深入解决基础设施内部的问题。

  演进分组系统标准(Evolved Packet System Standard),也称为长期演进-系统架构演进(LTE-SAE)架构是第三代移动通信伙伴计划(3GPP)推出的下一代技术。LTE采用了独立的频分复用(OFDM)作为其无线接入技术,并采用了多单元天线技术(MIMO)。该标准可大幅提升数据速率和吞吐量。除了LTE之外,3GPP还定义了基于因特网协议的扁平网络架构。LTE无线接入网络也称为E-UTRAN,由提供LTE用户层(PDCP/RLC/MAC/PHY)的eNodeB以及趋向UE的控制层(RRC)协议终端组成。eNodeB通过X2接口彼此互联。eNodeB还可通过S1接口连接到演进分组核心(EPC)。

  采用1.5 MHz到20 MHz的灵活频宽后,LTE实现了标准化,因此可减少延迟,改进系统容量、覆盖和用户数据速度,并同时降低成本。LTE还采用了如可简化无线电网络运营并让其实现自动化的自组织网络(SON)之类的新型功能,从而降低运营开支并优化网络性能。

  由于很多领域都极其依赖于无线网络工作,因此技术供应商所面临的最大挑战之一就是确保无线数据用户能像在有线网络上一样高效地存取数据。然而不幸的是,智能手机应用在设计时并非专门面向无线基础设施,而传统的无线网络除了处理无线媒体问题的媒体访问控制(MAC)之外还内置了RLC/PDCP等其他层,这些层可保证顺利无误地传输数据。因此,我们必须使用压缩和其他编码技术来实现无线电资源的高效共享,而这种资源在共享的无线电频带内总是稀缺的。处理层的增多提升了器件架构的复杂程度。数据速率可能高达数百Mb/s,这时问题就会进一步恶化。

  在技术移植中,无线运营商关注的重点是控制资本开支和运营开支,并同时确保为客户提供最优质的体验。推动升级的标准有多种,其中最主要的就是可扩展性和灵活性。在基站中,解决方案要从单一领域向多领域或多无线电方向发展,并应支持E-UTRAN中多Gb有线速度网络调度和路由数据包吞吐量。解决方案还要支持传统网络的IP和移植路径,并应实现同3G和2G网络的互操作性。解决方案用以支持无线电和网络资源高效使用的可配置性也是升级的决定因素。使用模式会随地点和时间而变化,在此情况下,解决方案应作出适应性变化,以支持不同的速度和用户数量要求。解决方案必须具有可配置性,从而在单领域向多领域应用扩展时满足用户层和控制层的要求。同时,解决方案还必须提供端到端的安全性和数据隐私保护,避免用户遭到越来越多的垃圾邮件、恶意软件、DoS和病毒攻击。

  此外,深度数据包智能也非常重要,要让内置智能检查通过无线网络的所有数据,帮助运营商了解IP网络情况并对其实现高效管理。这也有助于解决可用性、延迟和质量问题,且有助于网络覆盖和安全性问题的有效解决。

  相对于重要推动因素,促进4G技术移植发展的架构类型可分为三大类,即数据层处理器、多核处理器,以及将多核与加速器相结合。

  理想的解决方案必须实现有线连接速度的L3性能和独立于用户的L2性能。此前的技术尚未完全满足有关标准。而非对称的多核技术可以能将多核处理器与网络优化的加速器引擎融合在一起,这种技术采用了可将高性能处理器和加速器连接在一起的软件可配置互联架构,以提供不受用户影响的有线连接速度级性能。

  总而言之,新型智能手机设备的出现和新型无线标准的发展以及随之而来的速度提升、延迟减少,将为我们带来真正的移动宽带体验,但这对运营商和电信厂商都提出了更高的挑战。组合不同频率的不同无线电技术、并处理不同的协议要求需要智能技术和较高的灵活性,这也是今后发展的必然要求。

  多标准无线电基站和非对称多核处理器技术只是实现LTE技术顺利移植的第一步。移植需要灵活性,同时还要以更低的功耗和成本改进性能。在本领域提供解决方案的芯片制造商将在促进下一代无线网络的构建中发挥更加重要的作用。

Anil Mudichintala,LSI公司半导体解决方案业务部营销总监


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