实现方案
基带数据处理的电路结构
本文提出了“DSP＋FPGA线性流水阵列结构”的实现方案：使用DSP与大规模FPGA协同处理基带发送数据。该处理单元以DPS芯片为核心，构造一个小的DSP系统，电路结构如图4所示。
在基带处理单元中，低层的信号预处理算法处理的数据量大，对处理速度的要求高，但运算结构相对比较简单，因而适于用FPGA进行硬件实现，这样能同时兼顾速度及灵活性。相比之下，高层处理算法的特点是所处理的数据量较低层算法少，但算法的控制结构复杂，适于用运算速度高、寻址方式灵活、通信机制强大的DSP芯片来实现。
在图4的电路结构中，DSP处理器利用其强大的I/O功能实现单元电路内部和各个单元之间的通信。从DSP的角度来看，可重构器件FPGA相当于它的协处理器。DSP通过本地总线对FPGA进行配置、参数设置及数据交互，实现软硬件之间的协同处理。DSP和FPGA各自带有RAM，用于存放处理过程所需要的数据及中间结果。除了DSP芯片和可重构器件FPGA外，硬件设计还包括一些外围的辅助电路，如FLASHEEPROM、外部存储器等。其中，FLASHEEPROM中存储了DSP的执行程序；外部存储器则作为FPGA的外部RAM扩展，用于存放数据处理过程中所需的映射图样。
基带处理单元的需求估计
基带处理单元的需求估计主要包含以下两个方面：
●各个业务传输通道的数据处理:以无线信道承载的最高业务速率384Kbps为例进行分析。根据3GPP协议TS25.211，为支持该种速率业务所要求的信道比特速率最大不超过960K(对应扩频增益SF=8，每10ms帧内的比特数是9600bits)。系统在1个10ms帧内所要处理的最大数据量为：
Wmax=9600bits。
根据3GGP协议TS25.212V2.2.0规定的下行数据基带处理流程(图1所示)，并按固定位置复用的方式进行处理，每个数据比特须经过最多10个环节的处理过程，分别是：
估算平均每环节上每比特的处理要求8条指令。则10ms内必须完成的处理指令数是：9600×10×8=768000条。对应的处理能力要求是76.8MIPS。
●消息处理：包含消息的解释、对应控制参数的计算、发给对应的处理FPGA。估计需求不超过一条承载64Kbps业务的无线信道的基带数据处理的需求。
综合考虑上述两个方面，则整个基带数据处理的等效需求是：
(9600+2400)×10×8/10ms=96MIPS
以TMS320C5410为例，其内部工作时钟频率高达100MHz，运算速度达100MIPS。基于C的软件开发环境和汇编级并行处理的优化程序，优化后的并行执行效率一般为80%，等效的处理能力为80MIPS。可见，若将整个基带数据处理交给该DSP芯片完成，其处理能力无法满足整个处理单元的需求。因此，在基带处理的实现方案中，数据量小的业务，如随路信令，AMR语音业务可由DSP处理；而数据量大的业务，如64Kbps、144Kbps和384Kbps速率的业务，大部分处理环节由FPGA完成。具体实现如下：
●DSP作为主控单元，完成数据提取、消息解析和部分的基带数据处理功能，如第二次交织和成帧等；
●FPGA则在DSP的调度下完成基带数据处理环节中大部分比较耗时的处理功能，如：CRC校验、编码、速率适配等。
在384Kbps业务信道加随路信令的处理中，384bpsK业务数据由DSP通过同步高速接口以DMA方式递交给FPGA，在FPGA中处理；而随路信令因其数据量小，在FPGA处理384Kbps业务数据时，随路信令数据在DSP中同时处理。此方法减少了数据处理时间，提高了处理速度。
结语
本文在分析WCDMA系统因传输不同速率和QoS要求的多种业务而带来的系统复杂度和数据处理延时的基础上，着重介绍了作为一个较好的软硬件结合的设计方案，DSP+FPGA结构在基站分系统的发送单元实现中的具体应用。该硬件电路的实际测试表明，该结构不仅在高速率业务的处理时延上符合规范要求，而且对不同类型的业务处理有较强的适应能力，满足了WCDMA系统对多媒体业务传输的支持。
实现方案
基带数据处理的电路结构
本文提出了“DSP＋FPGA线性流水阵列结构”的实现方案：使用DSP与大规模FPGA协同处理基带发送数据。该处理单元以DPS芯片为核心，构造一个小的DSP系统，电路结构如图4所示。
在基带处理单元中，低层的信号预处理算法处理的数据量大，对处理速度的要求高，但运算结构相对比较简单，因而适于用FPGA进行硬件实现，这样能同时兼顾速度及灵活性。相比之下，高层处理算法的特点是所处理的数据量较低层算法少，但算法的控制结构复杂，适于用运算速度高、寻址方式灵活、通信机制强大的DSP芯片来实现。
在图4的电路结构中，DSP处理器利用其强大的I/O功能实现单元电路内部和各个单元之间的通信。从DSP的角度来看，可重构器件FPGA相当于它的协处理器。DSP通过本地总线对FPGA进行配置、参数设置及数据交互，实现软硬件之间的协同处理。DSP和FPGA各自带有RAM，用于存放处理过程所需要的数据及中间结果。除了DSP芯片和可重构器件FPGA外，硬件设计还包括一些外围的辅助电路，如FLASHEEPROM、外部存储器等。其中，FLASHEEPROM中存储了DSP的执行程序；外部存储器则作为FPGA的外部RAM扩展，用于存放数据处理过程中所需的映射图样。
基带处理单元的需求估计
基带处理单元的需求估计主要包含以下两个方面：
●各个业务传输通道的数据处理:以无线信道承载的最高业务速率384Kbps为例进行分析。根据3GPP协议TS25.211，为支持该种速率业务所要求的信道比特速率最大不超过960K(对应扩频增益SF=8，每10ms帧内的比特数是9600bits)。系统在1个10ms帧内所要处理的最大数据量为：
Wmax=9600bits。
根据3GGP协议TS25.212V2.2.0规定的下行数据基带处理流程(图1所示)，并按固定位置复用的方式进行处理，每个数据比特须经过最多10个环节的处理过程，分别是：
估算平均每环节上每比特的处理要求8条指令。则10ms内必须完成的处理指令数是：9600×10×8=768000条。对应的处理能力要求是76.8MIPS。
●消息处理：包含消息的解释、对应控制参数的计算、发给对应的处理FPGA。估计需求不超过一条承载64Kbps业务的无线信道的基带数据处理的需求。
综合考虑上述两个方面，则整个基带数据处理的等效需求是：
(9600+2400)×10×8/10ms=96MIPS
以TMS320C5410为例，其内部工作时钟频率高达100MHz，运算速度达100MIPS。基于C的软件开发环境和汇编级并行处理的优化程序，优化后的并行执行效率一般为80%，等效的处理能力为80MIPS。可见，若将整个基带数据处理交给该DSP芯片完成，其处理能力无法满足整个处理单元的需求。因此，在基带处理的实现方案中，数据量小的业务，如随路信令，AMR语音业务可由DSP处理；而数据量大的业务，如64Kbps、144Kbps和384Kbps速率的业务，大部分处理环节由FPGA完成。具体实现如下：
●DSP作为主控单元，完成数据提取、消息解析和部分的基带数据处理功能，如第二次交织和成帧等；
●FPGA则在DSP的调度下完成基带数据处理环节中大部分比较耗时的处理功能，如：CRC校验、编码、速率适配等。
在384Kbps业务信道加随路信令的处理中，384bpsK业务数据由DSP通过同步高速接口以DMA方式递交给FPGA，在FPGA中处理；而随路信令因其数据量小，在FPGA处理384Kbps业务数据时，随路信令数据在DSP中同时处理。此方法减少了数据处理时间，提高了处理速度。
结语
本文在分析WCDMA系统因传输不同速率和QoS要求的多种业务而带来的系统复杂度和数据处理延时的基础上，着重介绍了作为一个较好的软硬件结合的设计方案，DSP+FPGA结构在基站分系统的发送单元实现中的具体应用。该硬件电路的实际测试表明，该结构不仅在高速率业务的处理时延上符合规范要求，而且对不同类型的业务处理有较强的适应能力，满足了WCDMA系统对多媒体业务传输的支持。
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