構(gòu)建下一代802.11ac Wave 3軟件定義調(diào)制解調(diào)器(中)

接上篇
3 產(chǎn)品概述
CEVA RivieraWaves  Stream 802.11ac Wave 3 軟件定義調(diào)制 解調(diào)器 (SDM) 子系統(tǒng)是一種超高性能的 Wi-Fi 調(diào)制解調(diào)器， 支持更廣泛的配置直到非常大的 MIMO 規(guī)格。
3.1 功能集
CEVA RivieraWaves  Stream 802.11ac Wave 3 SDM 調(diào)制解調(diào) 器負(fù)責(zé) MAC 接口和 ADC/DAC 之間所有的發(fā)射和接收信號(hào) 處理，包括無(wú)線控制和 AGC 控制。它支持以下功能：
? 大部分的 11ac 可選模式；
?  最高 256-QAM 的所有調(diào)制方案：MCS0-MCS9，一到 八個(gè)空間流；
? 1024-QAM 調(diào)制（MCS10 和 MCS11）；
? 長(zhǎng)保護(hù)間隔 (800ns) 和短保護(hù)間隔 (400ns)；
? 用于提高鏈路可靠性，盡量減少散射、反射和折射效 應(yīng)的空時(shí)分組編碼 (STBC) ；

圖3    時(shí)間頻率單元架構(gòu)    

圖4    位處理單元架構(gòu)
? 與維特比譯碼器相比可將接收靈敏度提高 2 到 3 dB 的低密度奇偶校驗(yàn)（LDPC）；
?  發(fā)射波束成形，作為一個(gè)波束成形器（beamformer）和一個(gè)波束成形接收端(beamformee)；
? 多用戶(hù) MIMO (MU-MIMO)。
3.2 調(diào)制解調(diào)器子系統(tǒng)概述
CEVA Wave 3 SDM 調(diào)制解調(diào)器子系統(tǒng)采用混合設(shè)計(jì)，將 硬連線裝置與 CEVA-XC 內(nèi)核組合在一起，在尺寸和靈活性 之間實(shí)現(xiàn)了最佳平衡。它配備了參考控制和處理軟件，組成 了一個(gè)功能完備的Wi-Fi 調(diào)制解調(diào)器。
此調(diào)制解調(diào)器將結(jié)合 CEVA Wave 3 Wi-Fi MAC  子系統(tǒng)和一個(gè)模擬/射頻子系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)完整的 Wi-Fi 系統(tǒng)。
已選的一些調(diào)制解調(diào)器信號(hào)處理算法來(lái)與專(zhuān)門(mén)的邏輯 連用，因?yàn)樗鼈儗?duì)計(jì)算要求很高，而且不期望改變。但 DSP 內(nèi)核上實(shí)現(xiàn)了所有關(guān)鍵的 Wi-Fi 調(diào)制解調(diào)器算法，并且從其 靈活性受益匪淺。CEVA Wave 3 Wi-Fi 調(diào)制解調(diào)器參考軟件包

圖5  4x4:4-160 架構(gòu)概述    

圖6 時(shí)序圖
含的復(fù)雜算法，該算法充分利用了 CEVA-XC 內(nèi)核的功能強(qiáng) 大的矢量功能。關(guān)鍵算法編碼在偽浮點(diǎn)數(shù)中，最大限度地減 少了實(shí)現(xiàn)損失，并保證了最佳性能。
軟件使用寄存器和中斷與硬連線單元進(jìn)行通信。硬連 線單元和內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)一個(gè)基于存儲(chǔ)器的專(zhuān)用互 連完成，而該互連使用 DSP 內(nèi)核的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
該解決方案是一個(gè)高度可擴(kuò)展的平臺(tái)，內(nèi)核數(shù)量以及 硬連線單元的尺寸取決于有針對(duì)性的配置。CEVA-XC 可以 高頻率運(yùn)行，并且大多數(shù)配置都可以由一個(gè)獨(dú)特的內(nèi)核處 理，同時(shí)還釋放大部分的內(nèi)核處理能力。客戶(hù)可以利用這些 多余的處理能力進(jìn)行分化、擴(kuò)展或增強(qiáng)。
對(duì)于最大配置，例如 8x8，使用兩個(gè) CEVA-XC  內(nèi)核共
享關(guān)鍵元件的處理負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)架構(gòu)縮放。與前導(dǎo)字段和 數(shù)據(jù)字段的頻率域處理相對(duì)應(yīng)，分離很容易實(shí)現(xiàn)：每個(gè)內(nèi)核 處理子載波的一半即可。負(fù)責(zé) FFT/IFFT 處理的時(shí)間頻率單 元將已處理子載波總數(shù)的一半發(fā)送到每個(gè)核心或從其接收。

4  硬件加速器
本節(jié)介紹了不同的硬連線單元，重點(diǎn)說(shuō)明了它們?nèi)绾?作為配置的功能進(jìn)行縮放。
4.1 無(wú)線接口單元
遵照 IEEE 802.11 規(guī)范，無(wú)線局域網(wǎng)為多設(shè)備網(wǎng)絡(luò)使用 CSMA/CA（防沖突載波偵聽(tīng)機(jī)制）機(jī)制。每個(gè)設(shè)備都應(yīng)該 偵聽(tīng)頻道，并在自己嘗試傳輸之前確認(rèn)沒(méi)有正在進(jìn)行的傳 輸。因?yàn)樗荒堋邦A(yù)先”知道下一個(gè)感興趣幀的到達(dá)時(shí)間， 所以默認(rèn)情況下  Wi-Fi 系統(tǒng)偵聽(tīng)介質(zhì)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求生成空 閑頻道檢測(cè) (CCA) 指示并檢測(cè)感興趣的信號(hào)（它必須為這 些信號(hào)合理設(shè)置射頻和大約 4us 的模擬增益）。這些極度依 賴(lài)時(shí)間的操作完全由 RIU 處理。
RIU 的核心是一個(gè)微編碼狀態(tài)機(jī)，它控制高度可配置的處理塊。這種上層的可編程性大大簡(jiǎn)化了對(duì)特定射頻實(shí)現(xiàn)的 適配（特定增益級(jí)將在 LNA、下變頻混頻器和 VGA之間進(jìn) 行劃分 ）的過(guò)程，并允許在硅上精細(xì)優(yōu)化。
在數(shù)據(jù)路徑上，前端單元負(fù)責(zé)固定的DAC/ADC 采樣速 率和與幀帶寬的功能成比例的頻域處理速率之間的 Tx/Rx 數(shù)字上采樣/下采樣。它還負(fù)責(zé)來(lái)自/到達(dá)主信道的頻率偏移。在 80MHz 信道操作模式下，固定的 ADC/DAC 采樣速率為160MHz，并且只需要 Tx/Rx 20/40/80 濾波器塊。如果支持160MHz 信道操作模式，將會(huì)添加 Tx/Rx 160 濾波器以適應(yīng)320MHz ADC/DAC 使用的頻率。還可以輕松定制 DAC 接口 以適應(yīng)更高的采樣速率，從而滿(mǎn)足特定的無(wú)線電要求。
RIU 包含與天線相同數(shù)量的前端單元。RIU 還可以選擇包含直接連接到 MAC PHY IF 的完整DSSS/CCK 調(diào)制解調(diào)器，并且不產(chǎn)生 DSP 開(kāi)銷(xiāo)。
4.2 時(shí)間頻率單元
時(shí)間頻率單元 (TFU) 主要提供減輕 DSP 負(fù)荷所需的
FFT/IFFT 功能。
在接收前導(dǎo)數(shù)據(jù)時(shí)，TFU 只是簡(jiǎn)單地將數(shù)據(jù)從 RIU 傳 送到 DSP， 這會(huì)執(zhí)行所有的同步估計(jì)。 在 TFU 接收根據(jù) DSP 估計(jì)的 OFDM 符號(hào)邊界后，它可以在 OFDM 符號(hào)序列 中同步自己，并向 DSP 提供 FFT 輸出。
在 80MHz 信道操作模式下，F(xiàn)FT 的大小在 64 點(diǎn)、128 點(diǎn)和 256 點(diǎn)之間變化，與所用幀帶寬的功能成比例。如果 支持 160MHz 信道操作模式，將需要一個(gè)可以根據(jù) 256 點(diǎn) FFT/IFFT 計(jì)算 512 點(diǎn) FFT/IFFT 的附加塊。
在 Rx 數(shù)據(jù)路徑上，TFU 還可以在 FFT 前執(zhí)行時(shí)域 DC
和頻率偏移補(bǔ)償，待補(bǔ)償?shù)钠浦涤?DSP 提供。
4.3  位處理單元
位處理單元 (BPU) 執(zhí)行多個(gè)位域運(yùn)算，特別是：?  在接收模式下， 它執(zhí)行部分去交錯(cuò)、 流多路復(fù)用、 卷積解碼和一些解擾運(yùn)算。
?  在發(fā)送模式下，它執(zhí)行加擾、卷積編碼、流解復(fù)用和一些交錯(cuò)運(yùn)算。
要求最苛刻的處理是卷積解碼，它由多個(gè)軟輸入維特 比解碼器并行處理。按照標(biāo)準(zhǔn)的定義，維特比解碼器的數(shù)量 取決于數(shù)據(jù)傳輸速率。
4.4 平滑濾波單元
平滑濾波單元 (SMU) 對(duì)頻域中的信道估計(jì)進(jìn)行濾波， 以減少估計(jì)噪聲，而這些噪聲會(huì)影響從前導(dǎo)數(shù)據(jù)獲取的信道 系數(shù)估計(jì)。所以它可以顯著提高系統(tǒng)的靈敏度。
在 MIMO 操作中，信道矩陣的每個(gè)系數(shù)單獨(dú)濾波（雖
然他們可以并行濾波）。SMU 中實(shí)例化的濾波器數(shù)量取決 于延遲要求。在需要多個(gè)內(nèi)核并行運(yùn)行的配置中，SMU 的 數(shù)量與內(nèi)核的數(shù)量相同。
4.5 QR 分解單元
QR 分解單元 (QRU) 可幫助執(zhí)行其復(fù)雜度對(duì)應(yīng)一個(gè)關(guān)鍵路徑的均衡器計(jì)算。但由于它的通用性，它也參與許多其
他處理任務(wù)，包括支持波束成形所需的信道估計(jì)的 SVD 實(shí)現(xiàn)。它也被用于預(yù)編碼矩陣的復(fù)雜計(jì)算，作為 MU-MIMO AP 來(lái)處理 MU-MIMO 傳輸。
對(duì)于 SMU，實(shí)例化組件的數(shù)量取決于延遲要求，QRU
的數(shù)量與內(nèi)核的數(shù)量相同。
4.6  MAC-PHY 接口單元
MacPhy 接口單元  (MPU) 負(fù)責(zé) MAC 接口并執(zhí)行多項(xiàng)運(yùn) 算：
?  在接收模式下，它從 SIG 字段準(zhǔn)備  Rx-Vector 并將其
提供給 MAC。它還處理 MacPhy IF 并將數(shù)據(jù)從調(diào)制解調(diào)器發(fā) 送到 MAC。
?  在發(fā)送模式下，它對(duì)來(lái)自 MAC 的 Tx-Vector 進(jìn)行解 碼，并將包含的信息提供給調(diào)制解調(diào)器。它準(zhǔn)備 SIG 符號(hào)的 內(nèi)容，處理 MacPhy IF 并從 MAC 發(fā)送數(shù)據(jù)到調(diào)制解調(diào)器。
（未完待續(xù)）