LTE企業(yè)級(jí)小基站硬件設(shè)計(jì)

趙劍川

摘要：文章介紹了LTE網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)及未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向；提出了基于61755平臺(tái)下的標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)計(jì)方案；采用TD-LTE+WLAN多模形式的企業(yè)級(jí)小基站，滿足3GPP R9標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)移動(dòng)Nanocell設(shè)備規(guī)范，支持S1及X2切換，支持32激活用戶及96RRC連接用戶，支持SON及GPS/1588V2/sniff同步。具備規(guī)模組網(wǎng)能力；系統(tǒng)可以滿足TD-LTE+WLAN多模企業(yè)級(jí)eNB項(xiàng)目和TD-LTE規(guī)模組網(wǎng)系統(tǒng)項(xiàng)目的需求，用于降低整機(jī)成本。

關(guān)鍵詞：LTE；小基站；61755平臺(tái)；硬件設(shè)計(jì)

1 LTE概述

長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)（Long Term Evolution，LTE）是由第三代合作伙伴項(xiàng)目（the 3rd Generation Partnership Project，3GPP）組織制定的通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（Universal MobileTelecommunications System， UMTS）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期演進(jìn)，LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用扁平化設(shè)計(jì)理念，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大大減少，系統(tǒng)集成度增加，有效減小了系統(tǒng)時(shí)延，降低了網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)成本。LTE系統(tǒng)采用FDD-LTE和TD-LTE制式，支持與其他3GPP系統(tǒng)互操作。FDD-LTE系統(tǒng)空口上下行傳輸采用一對(duì)對(duì)稱的頻段接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，而TD-LTE系統(tǒng)上下行則使用相同的頻段在不同的時(shí)隙上傳輸，相對(duì)于FDD雙工方式，分時(shí)長(zhǎng)期演進(jìn)（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）有著較高的頻譜利用率。而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信量達(dá)到海量級(jí)。未來(lái)，TD網(wǎng)絡(luò)將形成主流，而企業(yè)級(jí)小基站具有良好的吸收室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)流量等特點(diǎn)，應(yīng)用空間較為廣闊[1]。

以TD-LTE+WLAN多模形式的企業(yè)級(jí)小基站，可用于降低整機(jī)成本。滿足3GPP R9標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)移動(dòng)Nanocell設(shè)備規(guī)范，支持S1及X2切換，支持32激活用戶及96RRC連接用戶，支持SON及GPS/1588V2/sniff同步。具備規(guī)模組網(wǎng)能力，滿足TD-LTE+WLAN多模企業(yè)級(jí)eNB項(xiàng)目和TD-LTE規(guī)模組網(wǎng)系統(tǒng)項(xiàng)目的需求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)采用通用、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案，在61755平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)GSM，3G，4G多個(gè)平臺(tái)的應(yīng)用。WLAN板和POE板采用單獨(dú)小板設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)通用化，其他項(xiàng)目可以直接使用，有利于形成批量規(guī)模，降低物料成本，有利于降低其他項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)成本。采用FPGA技術(shù)，技術(shù)最成熟，開發(fā)時(shí)間可控。設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

2.2 模塊工作原理

61755實(shí)現(xiàn)LTE數(shù)據(jù)的處理，WLAN模塊實(shí)現(xiàn)WLAN數(shù)據(jù)處理以及LTE數(shù)據(jù)的路由，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)1588、以太網(wǎng)交換、AGC、上行直流校準(zhǔn)、9363數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋D9363實(shí)現(xiàn)LTE頻段收發(fā)鏈路。POE模塊為單板提供電源。FPGA數(shù)據(jù)流的處理可在單/雙模、單/雙IP組網(wǎng)情況下實(shí)現(xiàn)。

雙模單IP模式下，9344 wan口可以劃分1個(gè)內(nèi)網(wǎng)eth 0.1和1個(gè)外網(wǎng)eth 0.2，內(nèi)網(wǎng)eth 0.1可以劃分1個(gè)內(nèi)網(wǎng)VLAN1。

（1）61755過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)FPGA打上VLAN1轉(zhuǎn)給9344；

（2）9344過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)fpga判斷是否帶VLAN1，帶VLAN1的數(shù)據(jù)將VLAN1去掉并轉(zhuǎn)給61755，否則從WAN口傳出；（3）WAN口傳進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)一律直接傳給9344。

雙模雙IP模式下，61755和9344過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)都直接從WAN口轉(zhuǎn)出；WAN口傳進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)根據(jù)MAC轉(zhuǎn)發(fā)。

單模單IP模式下，可直接透?jìng)?1755與WAN 口數(shù)據(jù)。

3 CPU選型及接口設(shè)計(jì)

3.1 CPU選型及接口

CPU選用broadcom公司的新產(chǎn)品BCM61755，型號(hào)為BCM61755xx。此CPU主要由FLE、CPUH和CPUL3部分組成，F(xiàn)LE為L(zhǎng)1處理單元，包含1個(gè)DSP，CPUH包含1個(gè)MIPS3274Kc core，CPUL包含2個(gè)DMIPS 5000 core（61750為1個(gè)）。系統(tǒng)接口主要包括DDR3接口，flash接口，GMAC，I2C，SPI接口，UART接口，射頻接口等。

DDR3接口具有數(shù)據(jù)位寬為32bit，可支持16 bit的DDR3到1 GB，或32 bit的DDR3到2 GB；速率最高為933 MHz（61750為533 MHz）的特點(diǎn)。61755的flash支持NAND 和NOR flash，共2個(gè)片選NOR：16位的數(shù)據(jù)寬度，25位地址寬帶。NAND最大支持 128GB，支持 12 B，2 KB，4 KB，8 KB頁(yè)大小，支持SLC，MLC設(shè)備，支持512 B，1 024 B硬件ECC。61755有3個(gè)GMAC，支持10/100/1 000 Mbps；接口支持RGMII，Mil，RMII，RvMII，IEEE 802.3-az，IEEE 1588v2； I2C接口支持主從操作模式；10位地址尋址；支持高速、快速和標(biāo)準(zhǔn)3種傳輸速率；兼容標(biāo)準(zhǔn)philips IIC接口。61755有2組SPI接口，CPUH上的是SPI Master接口，CPUL上的是普通SPI接口，支持master和slave模式，SPIH僅支持master模式，一共4個(gè)SPI master接口；每個(gè)SPI兩個(gè)片選；SPIL：支持master和slave模式，僅1個(gè)片選，最大時(shí)鐘20MHz與UARTH1和GPIO復(fù)用。61755有3個(gè)UART接口。2個(gè)在CPUH，1個(gè)在CPUL， CPUH和CPUL各 16個(gè)GPIO；系統(tǒng)具有1個(gè)USB2.0接口和一個(gè)JTAG接口，支持HOST/slave模式（A/B type接頭）；JTAG接口內(nèi)部采用菊花鏈形式訪問(wèn)各CPU。系統(tǒng)具有AVS接口，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電壓控制，用于檢測(cè)核電壓波動(dòng)并作出調(diào)整。系統(tǒng)還有3個(gè)射頻接口，1個(gè)LVCOMS接口，2個(gè)LVDS接口，12 bit，3GPP datarates[2]。

3.2 61755的外部擴(kuò)展DDR3實(shí)現(xiàn)方式

本設(shè)計(jì)方案中選用兩片MICRON的16 bit的512 Mbyte的DDR3芯片，61755與兩顆DDR3芯片的連接方式如圖2所示。

其接口分類如表1所示。

3.3 61755的外部擴(kuò)展FLASH實(shí)現(xiàn)方式

系統(tǒng)采用1 片2MB SPI NOR flash +2Gb NAND flash實(shí)現(xiàn)外部存儲(chǔ)。SPI和NAND接口較簡(jiǎn)單。61755有3個(gè)網(wǎng)口，支持RGMII，MIL RMII，RvMII，支持IEEE 802.3-az，GMAC1支持IEEE 1588 v2； 61755的SPI實(shí)現(xiàn)如圖3所示。FPGA的寄存器采用SPI方式訪問(wèn)[3]。

3.4 復(fù)位設(shè)計(jì)

61755支持上電復(fù)位、硬件復(fù)位、內(nèi)部看門狗復(fù)位、軟件復(fù)位、JTAG復(fù)位共5種復(fù)位方式。上電復(fù)位、內(nèi)部看門狗復(fù)位、軟件復(fù)位為內(nèi)部復(fù)位。硬件復(fù)位和JTAG復(fù)位為外部復(fù)位。復(fù)位方案如圖4所示?？撮T狗使用61755內(nèi)部看門狗。

3.5 WLAN設(shè)計(jì)

WLAN主體部分采用成熟的9344平臺(tái)，此方案中WLAN部分為單獨(dú)一塊小板，需要增加一個(gè)與主板連接的39 pin連接器，連接器需要單獨(dú)定義，其他部分與室內(nèi)放裝型AP的2.4 G部分完全一致。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的普及及未來(lái)5G時(shí)代的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量將為更加龐大。本文設(shè)計(jì)的TD-LTE+WLAN多模企業(yè)級(jí)小基站，能夠滿足3GPP R9標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)移動(dòng)Nanocell設(shè)備規(guī)范，支持S1及X2切換，支持32激活用戶及96RRC連接用戶，支持SON及GPS/1588V2/sniff同步，具備規(guī)模組網(wǎng)能力。

[參考文獻(xiàn)]

[1]蘇雄生.LTE小基站建設(shè)策略探討[J].電信快報(bào)，2014（10）：13-16.

[2]王星.LTE小基站驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2017（18）：134-138.

[3]張平.LTE演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中的小基站技術(shù)[J].現(xiàn)代電信科技，2013（4）：61-65.