基于Xilinx Zynq SoC的解决方案

在移动互联、智能终端的高速发展和普及下，网络热点和盲点急需灵活的方案来完善覆盖。 由于基站选址和工程施工难度越来越大，施工成本越来越高，基站设备的集成化、小型化、低功耗、 低成本、 可控性和智能化将是主流趋势。对此一系列小型化基站设备和技术Small-Cell（小型基站）诞生。 Small-Cell源于最初为家庭设计的Femto-Cell技术， 现今延伸到企业Pico-Cell、 城市Metro-Cell、和现代Micro-Cell。

为什么选用Small-Cell， 因为它可以应用于不同的地形环境，可以用于家庭，也可用于企业。 也提供更好的覆盖（10米到200米的范围）, 容量， 可以用来补盲宏基站信号微弱的区域，且更易部署和调度。越来越多的人希望在任何地方使用移动手机，这使得移动数据更多的是应用在室内并在逐步增长，而Macro-Ccell在室内的覆盖很差，但Small-Cell覆盖效果则更好。

Small Cell和Macro Cell相比，租金费用、维护和供电费用更低，所以，它拥有更低的运营成本。 有研究表明，运营商们普遍预计在未来的网络市场中，Small-Cell将比Macro-Ccell扮演更重要的角色。

随着移动数据流量的增长，运营商普遍认为分流移动数据是高效使用无线频谱资源的好办法。Small- Cell是3G数据分流的重要成分，他们并认为Small-Cell是管理LTE A频谱的有效办法，而不只是使用Macro-Cell管理LTE A频谱。移动运营商正在寻求更小的基站和Wi-Fi热点，以便更好地覆盖户外场所和人口稠密的地区，而带Wi-Fi的解决方案无疑可更好的帮助运营商节约宝贵的频段资源。

Xilinx Zynq™-7000 系列器件集合了处理器软件及FPGA硬件的可编程SoC，这样提升了系统的集成度，性能，灵活性，可扩展性。Zynq™-7000 系列器件并且从系统层面提供功耗降低，更低成本，更快的速度投向市场。与传统的SoC方案，基于Zynq-7000 Soc器件开发, 允许设计者根据不同应用场景，灵活地添加不同的外设及硬件加速器，从而达到最优化和差异性目标。

1 Xilinx Zynq™-7000 SoC系列概要

Xilinx Zynq-7000 SoC系列利用Xilinx 7 系列28nm技术。Zynq-7010和Zynq-7020是基于Artix™-7 FPGA 的SoC器件，提供更低的功耗和成本。Zynq-7030, Zynq-7045和Zynq-7100是基于Kintex™-7 FPGA的SoC器件，提供更高的性能与I/O速率。器件一览表如图1所示。

Xilinx Zynq-7000 SoC 包括Processing System(PS)和Programmable Logic(PL)两大部分。其中Processing System(PS)是：
• 基于双核ARM Cortex™-A9
• CPU主频高达1GHz
• 带有NEON加速器
• 支持单精度，双精度浮点单元
• 32kB指令和32kB数据L1 Cache
• 512kB L2 Cache

Xilinx Zynq-7000 SoC功能如图2所示。

Xilinx Zynq-7000架构使得客户的逻辑与软件分别在PL和PS里实现成为可能。PS与PL集成在一片FPGA中。由于它们有限的I/O带宽， 可以将延迟和功耗可以做到传统两片芯片的SoC（ASSP + FPGA）所达不到的性能指标，进而使得客户可以实现独特， 差异化的系统功能。

2 Xilinx Zynq-7000 SoC用于LTE Small-Cell解决方案概要

Xilinx Zynq-7000 SoC解决方案可以满足LTE Small-Cell从Pico-Cell到Macrocell 的应用需求。在功能模块划分上, 用Zynq PS软件实现layer 2, 3协议的绝大部分，如果需要，也可以将layer 2, 3部分功能用Zynq PL作硬件加速。将Layer 1在Zynq PL硬件中实现。

由于Small-Cell 机箱内没有风扇，散热问题非常挑战, Xilinx LTE Small-Cell解决方案提供低功耗帮助降低昂贵散热器的成本，并且使得热设计更简单。Xilinx的Radio IP CFR/DPD可以帮助客户提高功放效率并降低Small-Cell的功耗。利用Xilinx提供的IPs， 可以提高集成度，加速客户产品投向市场的时间。

Xilinx Zynq-7000 SoC方案可以支持LTE Small-Cell的配置如图3所示。

3 Zynq SoC Xilinx Small-Cell 功能划分

Xilinx Zynq SoC非常适合高性能LTE SmallCel产品。 Zynq SoC拥有两个ARM Cortex™-A9。 其中一个ARM核实现实时操作系统，LTE layer 1的控制， 另外一个ARM核实现layer 2， 3协议，包括IEEE1588, PDCP, RLC, MAC and PHY API, Ethernet, IP SEC/IP, UDP, SCTP, GTP-U, OA&M； 在Zynq PL（低延迟， 并行度高， 高带宽互联）中可以实现Layer 1， 包括硬件加速器，Channel Encoding, QAM Modulation, MIMO Encoder, OFDM Modulation, DUC, CFR, DPD。DDC,OFDM Demodulation, MIMO Decoder, QAM Demodulation, Channel Decoding。 JESD接口。PS中模块与PL中模块可以通过AXI-4标准总线进行数据交互。

4 Xilinx LTE Small-Cell Zynq SoC 方案的优势

如图5 所示, 左上角是传统方案用多核SoC，ASSP 实现数字中频，一片小容量FPGA 实现剩余的接口逻辑与存储，这种组合而成的方案来支持 2x2 (2T 2R) LTE Small-Cell。

左下角是用xilinx 单芯片Zynq Z-7045 来实现2x2 (2T 2R) LTE Small-Cell，两个ARM Cortex™-A9处理器核实现实时操作系统，LTE layer 1 的控制， layer 2， 3 协议； Zynq 逻辑实现LTE layer 1物理层及数字中频（DUC/DDC/CFR/DPD）与CPRI 接口等。这样从传统的3 片芯片集成到一片Zynq Z-7045。

如图5 所示，由3 片芯片集成到一片所带来的好处是：降低芯片之间的处理延迟， BOM 成本降低 25%，与此同时整体功耗降低35%。

 

5 小结

LTE Small-Cell 对低成本, 低功耗，高集成度和高可靠性的要求。 全集成，可扩展性与灵活性成为非常重要的目标。 利用Xilinx Zynq-7000 双核ARM 处理器PS， 与高系统性能和低功耗的PL 相结合， Xilinx 全可编程Zynq-7000 SoC 是现在或将来LTE Small-Cell 合适的好的解决方案。