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1、IEEE ICC中国论坛“无线通信技术发展与演进”分会场方案,LTE芯片设计复杂度分析-北京简约纳电子有限公司,芯片设计考虑的因素,在芯片设计时,有哪些系统指标需要考虑:带宽,以及其可能的选项不同的带宽对应不同的处理量 不同的采样率和总线带宽,外部通信口的带宽(USB,网口)外部存储器接口带宽 实时性要求 帧结构 调制编码方式 发射链和接收链的处理量 硬件与软件的分工,系统体系架构设计,LTE 系统指标带宽,下行峰值速率要求100Mb/s，即在20 MHz带宽内达到频谱利用率5 bps/Hz,上行峰值速率要求50Mb/s(2.5 bps/Hz)一个RB的定义：12个子载波，频率间隔15kHz,
2、6或者7个OFDM符号;或者24个子载波，频率间隔7.5kHz,3个OFDM符号.,LTE系统定义-RB,LTE系统定义 帧结构,两种帧结构定义,帧结构是一个系统的基础参数.它定义了信号处理的窗口,亦芯片系统复杂度分析的基础.,LTE终端等级,LTE终端上下行处理流程,上行流程,下行流程,根据这个处理流程,逐个模块分析处理的复杂度,对于复杂度很大的模块,需要考虑用硬件加速器的方式来实现.这是系统架构设计的基础.,LTE的上行处理运算量分析,LTE的上行处理运算量分析,假设:turbo码编码以查表方式,QAM16的调制方式DFT和IFFT的运算量很大,必须采用加速器DFT算法：,等级1按照3M的
3、带宽计算.由于DFT变换的数据长度不是2的幂次,不能按照FFT快速算法来计算导致其运算量太大.,参考上表,如果DFT和IFFT模块由硬件实现,剩下的运算可以由软件来完成.,LTE的上行处理运算量分析,根据前面的分析,可知几种不同等级的终端,都可以分别用硬件模块加软件模块的方式来实现.DFT和IFFT用硬件实现的问题:为充分在时间上并行,需要考虑硬件模块实现需要达到的要求.原则是硬件对一个OFDM符号操作的时间相当于软件模块完成其他计算的时间.但综合考虑硬件实现复杂度问题,可以整个运算量小于100MHz以下的放松设计难度.,LTE的下行处理运算量分析,LTE的下行处理运算量分析,假设:turbo
4、码编码的解码,QAM64的调制方式FFT,Demapper,Turbo码的信道解码的运算量很大,必须采用加速器根据与上行类似的评估方法可知,硬件模块需要达到的并行度,设计复杂度需求如下表所示.,其中Decoder的并行度需求,考虑Turbo码的构成特征,其并行单元的个数需要是8的约数或者倍数.,LTE终端芯片加速器,从前面分析数据,加速器设计在所难免,对于不同的终端等级芯片的加速器设计需求亦有区别.整体芯片架构设计需要首先定位芯片要达到的等级,从前面的分析数据不难看出,设计难度和芯片的成本都将有很大的跨度.FFT:上行和下行都有FFT模块的需求,在系统架构设计中,需要将两者的需求结合起来.De
5、coder:本文分析主要针对Turbo码的需求,对于卷积编码亦存在同样的需求.,LTE终端芯片整体性能需求,本文主要针对LTE的物理层处理复杂度进行较为详细的分析,类似的,对整个协议栈的复杂度可以进行分析,粗略的评估,可知,协议栈需要一个单独的处理器与物理层并行处理,且对其性能要求与物理层的要求应属于同一个数量级.对数据包处理的瓶颈算法亦需要增加硬件加速器.还有许多详细的系统分析工作需要做,整体考虑之后,设计的芯片才能达到系统的需求.,LTE终端芯片功能需求,TDMA引擎:引擎的定时精度根据不同等级的终端需求,亦有不同的需求.芯片对外的数据接口,如果芯片除了考虑通信处理的需求,还需要加上应用处理的需求.由于在这样宽带的数据世界,可以衍生出多种多样的精彩应用,则面向LTE的应用世界的芯片,其功能和性能方面都将有很复杂的要求.,TD-LTE与FDD的对比,LTE的TDD与FDD系统从系统复杂度来看,并无太大的区别.且所有前面系统分析中提到的硬件加速器,在TDD和FDD系统中都可以应用.整个芯片的架构,是由一个双核或者单核多线程的处理器,加上几个硬件加速器构成,并加上适当的硬件功能引擎,既可以适用于TDD系统,亦可使用与FDD系统.,LTE芯片系统架构,LTE芯片开发周期,谢谢,LTE芯片复杂度分析,
