蜂巢式網(wǎng)絡服務供應商對降低營運成本的需求愈來愈迫切，因此現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)業(yè)者推出整合嵌入式處理器的SoC FPGA方案，并導入效能更高的數(shù)字預失真(DPD)演算法，協(xié)助網(wǎng)絡設備制造商以更低功耗及成本，打造更高生產(chǎn)力的產(chǎn)品。
蜂巢式網(wǎng)絡業(yè)者設法透過全新傳輸界面、傳輸頻率、更高頻寬以及增加天線的數(shù)量和更多無線基地臺提升網(wǎng)絡密度，因此須要大幅降低設備的成本。另外，這些業(yè)者為降低營運成本，也需要更高運作效率和網(wǎng)絡整合度的設備。無線基礎設備制造商為提供可以符合不同要求的設備，皆在尋求更高整合度、更佳效能和靈活度高的解決方案，并且同時降低功耗和成本。
整合度是降低整體設備成本的關鍵，然而這必須依賴可提升功率放大器效率的高階數(shù)字演算法來降低各項運作成本，其中一項最常用的演算法是數(shù)字預失真 (DPD)。由于設備的配置愈來愈復雜，因此提升設備運作效率是一項很大的挑戰(zhàn)。藉由先進長程演進計劃(LTE-Advanced)傳輸技術，無線傳輸頻寬可達到100MHz，如果廠商試圖用連續(xù)頻譜配置結合多種傳輸界面，頻寬甚至可以更高。主動天線陣列(AAA)和支援多重輸入/輸出(MIMO)技術的遠端無線單元(RRU)所需的演算法對頻寬的要求愈來愈高。本文將探討業(yè)界完全可編程系統(tǒng)單芯片(All Programmable SoC)元件如何為目前和未來的數(shù)字預失真系統(tǒng)提升效能增益，同時也可為設備廠商提供充裕的可編程能力、低成本和低功耗，并加快產(chǎn)品上市時程。
建置蜂巢式無線網(wǎng)絡
業(yè)界完全可編程SoC元件結合高效能可編程邏輯(PL)架構，其中包含序列式收發(fā)器(SERDES)和整合硬件處理子系統(tǒng)(PS)的數(shù)字訊號處理器 (DSP)模塊。這個硬件處理子系統(tǒng)內(nèi)含一個雙核心安謀國際(ARM)Cortex-A9處理器、浮點運算單元(FPU)和NEON多媒體加速器及一系列豐富的周邊功能，包括通用異步收發(fā)器(UART)、串列周邊界面(SPI)、內(nèi)部整合電路(I2C)、以太網(wǎng)絡(Ethernet)和記憶體控制器等完整無線傳輸所需的周邊功能。有別于外部通用處理器或DSP，可編程邏輯和硬件處理子系統(tǒng)間的界面有大量連結，因此其頻寬可以非常高;但如要用獨立式解決方案處理這些連結，卻不可行。此外，完全可編程SoC元件還包含硬件和軟件陣列，因此可在單一芯片內(nèi)建置遠端無線單元所需的功能，如圖1所示。
圖1 在這個典型的無線架構中，所有數(shù)字功能可整合在單一元件中。
可編程邏輯中豐富的DSP資源可用于建置數(shù)字上行轉換(DUC)、數(shù)字下行轉換(DDC)、峰波因數(shù)抑制(CFR)與數(shù)字預失真(DPD)等數(shù)字訊號處理功能。此外，SERDES可支援9.8bit/s的通用型公共射頻界面(CPRI)和12.5bit/s JESD204B，分別用于連接基頻和資料轉換器。
硬件處理子系統(tǒng)同時支援對稱式多重處理技術(SMP)和非對稱式多重處理技術 (AMP)。在這個案例中預定會采用非對稱式多重處理模式，因為其中一顆ARM Cortex-A9處理器被用于建置基板層級的控制功能，例如訊息終止、排程、設定等級以及警示執(zhí)行(裸機或更有可能是如Linux等作業(yè)系統(tǒng))。而另一顆ARM Cortex-A9處理器則用以建置部分數(shù)字預失真演算法，因為數(shù)字預失真演算法并不保證整體都是硬件的解決方案。
數(shù)字預失真可藉由擴大其線性范圍提升功率放大器效率;當驅動放大器進一步增加輸出功率時，即可提升運作效率，而靜態(tài)功耗會相對維持正常。數(shù)字預失真為擴充其線性范圍，會使用放大器中的類比反饋路徑和大量數(shù)字處理功能計算放大器的逆向非線性系數(shù)。然后利用這些系數(shù)預先校正與驅動功率放大器的傳輸訊號，最終可增加放大器的線性范圍。
數(shù)字預失真是一個封閉回路系統(tǒng)，其會擷取先前的傳輸訊號來決定放大器與這些傳輸訊號的傳輸方法。數(shù)字預失真的第一個任務是要讓放大器與先前的傳輸訊號達成一致，這個過程會在一個校準模塊中進行。在執(zhí)行任何演算法運算前，系統(tǒng)會用記憶體來校準資料;資料一旦妥善校準后即可運用自動相關矩陣運算(AMC)和系數(shù)運算(CC)演算法，建立代表功率放大器逆向非線性系數(shù)的最近值。一旦產(chǎn)出系數(shù)后，資料路徑前置失真器即運用資料預校準被傳輸?shù)焦β史糯笃鞯挠嵦枴?
