4G系统中高速总线互连架构的研究与实现

结构从主要分为两种：星型结构和全网格结构，结构图如图2所示：

图2　交换接口互联拓扑

鉴于B3G TDD实验系统中各模块之间数据传输速率比较高，如果采用星型结构，那么两端节点之间的传输速率将要求太高，同时各模块之间如果全部通过节点连接，将不可避免的影响系统的整体性能，而且此类结构也不适合B3G TDD硬件平台的系统架构。此外，B3G TDD系统各模块之间基本上都需要有高速接口互连，而不是都与一个总的模块互连，因此，本系统采用的是全网格的拓扑架构，保证每两个模块之间都至少有四个高速互连通道。

虽然采用网格拓扑结构，但是各单板插槽之间的互连并不是对称的，一般还是将与临近模块互联通道多的模块单板放在ATCA架构的逻辑槽1、2的位置。

具体如下：将基站端所需要高速串行接口连接最多的模块交换/时频时序板和基带发送板分别置于逻辑交换槽1、2位置，他们与多天线接受阵列、多天线发送阵列、基带接收板、MAC处理/接口板之间利用Fabric InterFace高速互连。各单元之间的互连采用RocketlO接口，每个MGT（RocketlO）均工作于2Gb/s，参考时钟为100MHz。

本系统在ATCA标准构架上选用了RocketlO串行接口来实现其个模块间的高速实时的数据互连，而没有采用ATCA标准中所定义的几种新一代串行互连标准，如InfiniBand、RapidlO Serial、XAUI、Fibre Channel，主要是与B3G TDD实验系统的整体架构以及系统对于高速数据互连需求有关，原因在第四小节开始有描述。

通常B3G TDD系统各模块之间传输速率预留2Gb/s即可，但是有一些传输数据量大的模块之间，可以配置更高的传输带宽，如AP端的多天线接收模块、基带接收模块以及交换时频序列模块之间的数据传输速率比较高，本系统为其预留带宽为8Gb/s；AP端基带发送模块与多天线发送模块之间的预留4Gb/s的传输带宽； MT端的几个基带接收模块间的数据传输速率预留6Gb/s的传输带宽。

　　4.3　本解决方案的优点

（1）ATCA架构的交换背板单板到单板间能提供最高达到20Gbps的双向传输能力，并可以采用多种标准的协议传输，如 Infiniband、XAUI等，还能支持自定义的传输协议，传输方式灵活；采用内嵌有千兆位串行收发器和高性能处理核的FPGA，既能利用其先进的互联技术、高密度的逻辑门、块RAM以及内置时钟模块来满足系统大量的数据运算没，同时利用其无缝集成的高性能的串行通信接口和RISC核来实现系统所需要的高速数据传输接口，极大地简化了高带宽接口的系统集成，允许设计人员用比以前少得多的时间高效地创建和实施基于所有这些新千兆位串行接口标准的设计。

（2）ATCA架构任意两单板均存在直接的数据交换通道，通用性很强，AP/MT可以复用相同机箱/背板，ATCA背板拓扑能灵活设置，既能采用星型架构，也能采用全网格架构，可以按系统的需求进行定制，并预留一些冗余的联结通道，满足所有可能的功能单板间的互联通道需求和研发中的可能变化。

（3）在B3G TDD实验系统架构中，各模块间物理层次上采用ATCA背板的物理连接架构，传输协议层上使用RocketlO接口，任意两模块的单板间互联仅需要2-8对差分线，系统耦合度非常低，便于单板调试、测试和系统连调测试。

（4）有14个通用的模块接口，能预留一些剩余槽位，便于系统功能模块的扩展，如增加板数、处理能力、天线阵数、用户数、用户速率。

（5）ATCA架构具有6对全局时钟／复位差分总线，能满足系统同步工作需要。

5、结束语

在本文描述的体系构架中，经过在该架构上的两块板件进行测试，得出结论：基于模拟ATCA背板的RocketlO传输，单通道能稳定工作于 2Gbps；按照系统的配置绑定4个高速串口通道后的数据，能传输达到8Gbps。而且在我们所进行多次实验测试的过程中，基本上没有误码出现，是一种高性能高可靠的高速架构体系，完全能满足下一代通信系统对于硬件平台架构的要求。

当然，本系统因为是基于国家863计划的，是一种试验架构，比较适用于新一代通信系统的研发过程，真正的进入实用化产业化后，则可以采用ATCA架构以及其交换接口上所定义的一些通信协议，而基带开发等部分肯定也不会采用通用的FPGA，而是专用的基带处理芯片。

　　参考文献

　Yokosuka，Kanagawa.Fouth Generation Mobile Communication Systems beyond IMT-2000[C].Invited Paper，NTT Mobile Communications Network Inc，2002，8.

　Don Shaver.Broadband and 4G Communications Architectures[P].Texas Instruments DSPS R&D Center Communication Systems Laboratory，2002，4