德州仪器KeyStoneII架构助力构建绿色环保基站异构网络

介绍

在随时随地连接至任何设备需求的推动下，无线移动技术正逐渐成为个人通信及企业通信的主流。智能手机和平板电脑的风靡，以及从因特网向移动设备下载视频量的陡增，不断刺激着移动数据通信以风驰电掣的速度发展。满足这种移动通信的爆发性需求将为新一代移动基础设施带来巨大挑战，其不但必须要能够低成本地提供所需容量、覆盖范围以及高性能，同时又要显著降低功耗，达到当前"绿色环保"的目的。

迄今为止，无线网络多为同构，主要采用大型宏蜂窝基站。未来的蜂窝基础设施将变为异构。虽然宏蜂窝将仍然是蜂窝网络的组成部分，但更小的蜂窝也将在基础设施中得到普及。最终无线基础设施的用户体验将更趋云化。这种环境现已称为云无线接入网络，又称 C-RAN[1]。

在为全球逾 200 家无线服务提供商及运营商成功提供宏基站数字基带部署的过去20年成功经验基础之上，德州仪器 (TI) 百尺竿头更进一步，推出新一代 KeyStoneII架构，为未来异构"绿色环保"无线网络实现高度集成的可扩展型低功耗解决方案。

异构网络
虽然移动数据使用呈指数级上升，但每用户平均收入 (ARPU) 并未随之增长。改善这种状况的途径之一是降低运营商成本。在未来异构网络中，小型蜂窝将提高数据速率与容量，而较大型的宏蜂窝则将确保广阔的覆盖范围。这种异构网络要取得成功必须具有低成本优势，帮助运营商在维持或提高盈利能力的同时还可轻松高效地升级网络，满足不断增长的数据通信需求。其它影响运营商利润的因素还有为适应未来技术演进而进行的可扩展开放平台的部署，其将有效产生可带来新收入的业务。

运营商实现低成本移动连接的又一途径是升级现有无线接入技术，支持更高数据率。这可能涉及重新部署频谱，使用相同远程射频头 (RRH) 及蜂窝站点基础设施实现更高的频率效率。此外，采用更简单的网络架构与更高的频谱效率部署 LTE/LTE-A 网络，也能为致力于满足定户需求的运营商带来优势。这些变革将要求基础设施硬件能够支持多重 2G/3G/4G 无线接入标准。反之，这也将简化各代技术之间的升级。

仅由宏蜂窝构成的同构网络要满足不断增长的数据吞吐量与广范覆盖范围的需求极具挑战性。为此，运营商正在考虑混合使用小型蜂窝、蜂窝边缘继电器以及宏蜂窝来改善移动网络总体性能，如下页图 1 所示。如果运营商部署的是能从小型蜂窝轻松扩展至宏蜂窝且易于使用安装的硬件，则在异构网络中混合使用多种尺寸的蜂窝会非常容易。当然小型蜂窝会增加网络中基站的数量，但它们也有改善基础设施整体能源效率的潜力。如果运营商部署的基站设备可共享一个低功耗高性能的可扩展架构，在各种网络元素中实现软硬件设计的重复使用，实现上述目标就会更加高效。总之，这些因素有助于运营商在管理资本支出 (CAPEX) 与运营支出 (OPEX) 的同时进行扩容。

此外，基于开放式平台理念的基站设备还可为运营商新增能产生新收入流的创新业务奠定坚实基础。因此，该设备也必须采用能够使用高级软件开发技术进行编程的高灵活智能硬件，以便为运营商设备投资实现最大回报。为实现这一目标，方法之一即是为运营商开发的应用在多内核片上系统 (SoC) 上预留一个或两个内核。另一种方法则是实施可在开放式平台上支持高灵活多内核编程模型的应用。

图 1：异构网络拓扑

KeyStoneII 多内核架构
TI KeyStoneII 高级多内核架构的创建是为了应对异构网络挑战。作为一款多内核架构，其可实现支持小型蜂窝至宏蜂窝的无线网络解决方案。KeyStoneII是首款移动基础设施处理器，集成四个 ARM Cortex-A15 内核的群集，与传统精简指令集计算 (RISC) 内核相比，可在提供高性能的同时功耗锐降 50%。这是未来绿色环保网络基础设施设备的一大要素。

首先，KeyStoneII将在 TI 即将推出的 28nm 基础架构应用器件中实施。它具有稳健的硬件加速器 (AccelerationPacs)，可为多标准层 1基带、层2与 层3网络及安全功能以及传输功能加速。AcclerationPacs 为独立运行，可最大限度降低 DSP 和ARM 内核的工作量，减少时延。KeyStoneII架构经扩展，可将其支持的 32 个内核配置为高速缓存一致性 ARM A15 群集（一个群集四个内核）与 TMS320C66x DSP 内核的任意组合。另外，KeyStoneII中的多内核导航器改进后，支持 1.6 万个硬件队列以及 100 万个描述符，并可为调度和负载均衡提供基于硬件的集成智能性。增强型共享存储器控制器交换速率为 2.8Tbps，可为访问外部存储器提供低时延。2.2Tbps TeraNet 交换结构支持顺畅的数据传输，也是 KeyS