LTE企业级小基站硬件设计

赵剑川

摘要：文章介绍了LTE网络特点及未来技术发展方向；提出了基于61755平台下的标准化通用设计方案；采用TD-LTE+WLAN多模形式的企业级小基站，满足3GPP R9标准和中国移动Nanocell设备规范，支持S1及X2切换，支持32激活用户及96RRC连接用户，支持SON及GPS/1588V2/sniff同步。具备规模组网能力；系统可以满足TD-LTE+WLAN多模企业级eNB项目和TD-LTE规模组网系统项目的需求，用于降低整机成本。

关键词：LTE；小基站；61755平台；硬件设计

1 LTE概述

长期演进技术（Long Term Evolution，LTE）是由第三代合作伙伴项目（the 3rd Generation Partnership Project，3GPP）组织制定的通用移动通信系统（Universal MobileTelecommunications System， UMTS）技術标准的长期演进，LTE系统网络架构采用扁平化设计理念，网络节点大大减少，系统集成度增加，有效减小了系统时延，降低了网络部署和维护成本。LTE系统采用FDD-LTE和TD-LTE制式，支持与其他3GPP系统互操作。FDD-LTE系统空口上下行传输采用一对对称的频段接收和发送数据，而TD-LTE系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输，相对于FDD双工方式，分时长期演进（Time Division Long Term Evolution，TD-LTE）有着较高的频谱利用率。而移动互联网时代的到来，移动网络通信量达到海量级。未来，TD网络将形成主流，而企业级小基站具有良好的吸收室内和热点地区流量等特点，应用空间较为广阔[1]。

以TD-LTE+WLAN多模形式的企业级小基站，可用于降低整机成本。满足3GPP R9标准和中国移动Nanocell设备规范，支持S1及X2切换，支持32激活用户及96RRC连接用户，支持SON及GPS/1588V2/sniff同步。具备规模组网能力，满足TD-LTE+WLAN多模企业级eNB项目和TD-LTE规模组网系统项目的需求。

2 系统设计方案

2.1 系统整体设计方案

本系统采用通用、标准化设计方案，在61755平台可实现GSM，3G，4G多个平台的应用。WLAN板和POE板采用单独小板设计，实现通用化，其他项目可以直接使用，有利于形成批量规模，降低物料成本，有利于降低其他项目的设计、调试、维护成本。采用FPGA技术，技术最成熟，开发时间可控。设计方案如图1所示。

2.2 模块工作原理

61755实现LTE数据的处理，WLAN模块实现WLAN数据处理以及LTE数据的路由，FPGA实现1588、以太网交换、AGC、上行直流校准、9363数据传输等功能。AD9363实现LTE频段收发链路。POE模块为单板提供电源。FPGA数据流的处理可在单/双模、单/双IP组网情况下实现。

双模单IP模式下，9344 wan口可以划分1个内网eth 0.1和1个外网eth 0.2，内网eth 0.1可以划分1个内网VLAN1。

（1）61755过来的数据FPGA打上VLAN1转给9344；

（2）9344过来的数据fpga判断是否带VLAN1，带VLAN1的数据将VLAN1去掉并转给61755，否则从WAN口传出；（3）WAN口传进来的数据一律直接传给9344。

双模双IP模式下，61755和9344过来的数据都直接从WAN口转出；WAN口传进来的数据根据MAC转发。

单模单IP模式下，可直接透传61755与WAN 口数据。

3 CPU选型及接口设计

3.1 CPU选型及接口

CPU选用broadcom公司的新产品BCM61755，型号为BCM61755xx。此CPU主要由FLE、CPUH和CPUL3部分组成，FLE为L1处理单元，包含1个DSP，CPUH包含1个MIPS3274Kc core，CPUL包含2个DMIPS 5000 core（61750为1个）。系统接口主要包括DDR3接口，flash接口，GMAC，I2C，SPI接口，UART接口，射频接口等。

DDR3接口具有数据位宽为32bit，可支持16 bit的DDR3到1 GB，或32 bit的DDR3到2 GB；速率最高为933 MHz（61750为533 MHz）的特点。61755的flash支持NAND 和NOR flash，共2个片选NOR：16位的数据宽度，25位地址宽带。NAND最大支持 128GB，支持 12 B，2 KB，4 KB，8 KB页大小，支持SLC，MLC设备，支持512 B，1 024 B硬件ECC。61755有3个GMAC，支持10/100/1 000 Mbps；接口支持RGMII，Mil，RMII，RvMII，IEEE 802.3-az，IEEE 1588v2； I2C接口支持主从操作模式；10位地址寻址；支持高速、快速和标准3种传输速率；兼容标准philips IIC接口。61755有2组SPI接口，CPUH上的是SPI Master接口，CPUL上的是普通SPI接口，支持master和slave模式，SPIH仅支持master模式，一共4个SPI master接口；每个SPI两个片选；SPIL：支持master和slave模式，仅1个片选，最大时钟20MHz与UARTH1和GPIO复用。61755有3个UART接口。2个在CPUH，1个在CPUL， CPUH和CPUL各 16个GPIO；系统具有1个USB2.0接口和一个JTAG接口，支持HOST/slave模式（A/B type接头）；JTAG接口内部采用菊花链形式访问各CPU。系统具有AVS接口，可实现自动电压控制，用于检测核电压波动并作出调整。系统还有3个射频接口，1个LVCOMS接口，2个LVDS接口，12 bit，3GPP datarates[2]。

3.2 61755的外部扩展DDR3实现方式

本设计方案中选用两片MICRON的16 bit的512 Mbyte的DDR3芯片，61755与两颗DDR3芯片的连接方式如图2所示。

其接口分类如表1所示。

3.3 61755的外部扩展FLASH实现方式

系统采用1 片2MB SPI NOR flash +2Gb NAND flash实现外部存储。SPI和NAND接口较简单。61755有3个网口，支持RGMII，MIL RMII，RvMII，支持IEEE 802.3-az，GMAC1支持IEEE 1588 v2； 61755的SPI实现如图3所示。FPGA的寄存器采用SPI方式访问[3]。

3.4 复位设计

61755支持上电复位、硬件复位、内部看门狗复位、软件复位、JTAG复位共5种复位方式。上电复位、内部看门狗复位、软件复位为内部复位。硬件复位和JTAG复位为外部复位。复位方案如图4所示。看门狗使用61755内部看门狗。

3.5 WLAN设计

WLAN主体部分采用成熟的9344平台，此方案中WLAN部分为单独一块小板，需要增加一个与主板连接的39 pin连接器，连接器需要单独定义，其他部分与室内放装型AP的2.4 G部分完全一致。

4 结语

随着4G网络的普及及未来5G时代的到来，网络数据量将为更加庞大。本文设计的TD-LTE+WLAN多模企业级小基站，能够满足3GPP R9标准和中国移动Nanocell设备规范，支持S1及X2切换，支持32激活用户及96RRC连接用户，支持SON及GPS/1588V2/sniff同步，具备规模组网能力。

[参考文献]

[1]苏雄生.LTE小基站建设策略探讨[J].电信快报，2014（10）：13-16.

[2]王星.LTE小基站驱动模块设计与实现[J].电子设计工程，2017（18）：134-138.

[3]张平.LTE演进网络中的小基站技术[J].现代电信科技，2013（4）：61-65.