Basisband-Downlink-Lösungen mit einem kleinen FPGA auf den neuesten Stand bringen Plattform-FPGAs für drahtlose Basisstationen

Die technische Spezifikation von W-CDMA enthält in Release 5 mit HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) eine Funktion, die einen breitbandigen Kanal für gemeinsam genutzte Daten in die physikalische Schicht einführt. Die für Release 4 entwickelten ASICs, die gegenwärtig noch in W-CDMA-Basisstationen Verwendung finden, stellen allerdings nur eine begrenzte Verarbeitungsleistung zur Unterstützung von HSDPA zur Verfügung und müssen nun um diese wichtige Funktion von Release 5 erweitert werden. Wäre es angesichts des immensen Kostendrucks nicht sinnvoll, für die Implementierung auf FPGAs auszuweichen?

Die Umsätze mit drahtloser Infrastruktur zeigen weiterhin außergewöhnliche Zuwachsraten von etwa 27 Mrd. Dollar im Jahre 2003 auf geschätzte 35 Mrd. Dollar in 2004. Allerdings erwarten Industrieanalytiker, dass der Umsatz 2004 seinen Spitzenwert erreicht hat, da die Voraussagen für 2005 einen Rückgang auf 27 Mrd. Dollar erwarten lassen, der sich zum Ende des Jahrzehnts zwischen 10 und 15 Mrd. Dollar einpendeln dürfte.

Standardisierung der Schnittstellen in der drahtlosen Basisstation

Die Hersteller der Infrastruktur drahtloser Netze haben sich also einen entscheidenden Schritt von der proprietären ASIC-Technologie entfernt, wobei sich zwei Initiativen eine Standardisierung der schnellen seriellen Rückwandverdrahtung in Basisstationen auf die Fahnen geschrieben haben: Die OBSAI-RP3 (Open Base Station Architecture Initiative, Reference Point 3) und die CPRI (Common Packet Radio Interface) definieren standardmäßige Verbindungen zwischen den Platinen zur Basisbandverarbeitung und dem digitalen Sende/Empfangsmodul. Damit wird eine Modularisierung der Basisstation beabsichtigt, die über steigenden Wettbewerb die Kosten senken soll.

Viele der führenden Hersteller von Basisstationen sind Mitglied von OBSAI oder CPRI und integrieren zügig den Standard ihrer Wahl in die nächste Generation der Basisstationen.

Die Ergänzung bestehender ASIC-Lösungen um externe Bauteile zur Hochrüstung auf neue Funktionen kann nur eine Notlösung sein. Künftige Entwicklungen für Basisstationen müssen flexibler gestaltet werden, wenn sie schnell an veränderte Kundenanforderungen angepasst werden und darüber hinaus die zu erwartende Konvergenz von Mobilfunk und breitbandigen drahtlosen lokalen Netzen beherrschen sollen. Wie in Bild 2 zu sehen ist, bietet die Roadmap der mobilen Technologien eine Vielfalt an Lösungen, sodass Basisstationen aus einer gemeinsamen programmierbaren Plattform viele Vorteile ziehen könnten. Darüber hinaus werden aktuelle Techniken wie Multi-User-Erkennung und Antennenauswahl durch neue technische Herausforderungen wie Kanalbereitstellung und Abstimmung der Basisstation ergänzt, mit denen die Kapazität vergrößert, gleichzeitig aber der Einfluss auf die Dienstequalität (QoS) verringert wird.

Wenn es um Flexibilität geht, sind FPGAs die logische Konsequenz. Außerdem bieten sie durch die Herstellung mit modernen Fertigungstechnologien wie 90-nm-Geometrie auf 300-mm-Siliziumwafern attraktive Preisvorteile, die den aktuellen Erwartungen eines reifen Marktes der drahtlosen Netzkommunikationstechnik entgegenkommen.

In der Tabelle ist eine Auswahl an IP-Angeboten für Funktionen im Basisband und der Sende/Empfangseinheit zusammengestellt. Dabei sind die genannten Angebote lediglich als Beispiel dafür anzusehen, was möglich ist; sie berücksichtigen ferner, dass Hersteller drahtloser Systeme und Komponenten die Kontrolle über ihre eigenen Verarbeitungsalgorithmen behalten wollen. Auch wenn reife Märkte nach einer Standardisierung verlangen, werden proprietäre Algorithmen als wichtige Differenzierungsmerkmale angesehen, die einen Wettbewerbsvorteil im Basisband und einigen Bereichen des digitalen HF-Moduls bieten.