原创那些年，我们拿下了FPGA（上）第3章-FPGA的应用领域（2）

 2012-9-1 07:11  8141 14 15 分类: FPGA/CPLD 文集: 那些年，我们拿下了FPGA

3.2通信领域中的应用

通信领域这个FPGA应用的传统领域，发展至今依然是FPGA应用的热点和研究的热点。我们这里将通信领域分成有线通信领域和无线通信领域分别来介绍。

3.2.1有线通信

有线通信，顾名思义，借助线缆传送信号的通信方式。线缆可以指金属导线、光纤等有形媒质传送方式，信号可以指代声音、文字、图像等。

有线通信的另一种叫法称为固网，我们不得不信，很多的进步都是基于很大的欲望的驱使，仅仅是十几年的时间，全世界被一个叫做Internet的网络给连接在一起。这是有线通信的最大的一个实例，当然有线通信的例子还有一些我们近的不能再近的有线网络，最开始用的座机电话网、有线电视网等。

在维持和保证这些网络给我们带来幸福的同时，无形的促进了一些技术的产生，这些技术包括交换机、路由器、防火墙、网关、数据收发器、高速接口等网络设备方面的开发技术。有线网络的网络质量的好坏直接决定于这些网络设备的提高。当年做网络设备的中兴、华为如今已成为该领域的巨头。

有线网络如火如荼的发展了十几年至到今天，虽说已经比较成熟了，但是依然充满着很大的挑战和冲击，电信市场正在经历新一轮整合发展时期，因特网的需求仍在继续推动产业的创新。目前，家庭视频和高级商业服务业务的快速发展对全球电信网络的带宽提出了更大挑战。这一挑战始于网络接入边缘，并直接延伸到城域网络和核心网络。为了响应上述需求，运营商正在追求包括40Gbps SONET(OC-768 和 OTU3)以及40G以太网在内的更高的端口速率。越来越多的运营商更是将瞄准了100G端口速率。

商业和经济的发展形势迫切地需要可扩展的、灵活的且高效益成本的技术解决方案，从而满足电信行业不断变化的需求和标准。为了跟上这些变化，加快超高带宽系统的部署，有线通信设备生产商正在从传统的专用集成电路（ASIC）和成品（ASSP）芯片转向可编程硬件平台和IP解决方案。

3.1.2无线通信

在有线通信的基础上，人们在传输上为了更方便、距离更远，无线通信技术在以前所未有的速度向前发展。无线发报机、BB机、大哥大这些是我们很早用到的无线通信终端，再到我们现在用的2G、3G手机，已足以见得发展的迅猛。

无线系统通信类型可以分为微波通信系统、无线电寻呼系统、蜂窝移动通信、无绳电话系统、集群无线通信系统、卫星通信系统、分组无线网等典型的通信系统，其中的移动通信技术在世界范围内获得了广泛的应用，从以模拟系统为特征的第一代带今天的一征缴频分复用接入（OFDMA）和多输入多输出（MIMO为特征的第四代数字系统。其表现就是要求越来越高的数据服务，图XX显示这个发展需求过程。 3_2.1.jpg

为了满足我们这个高数据率服务，有越来越大的宽带无线接入技术的需求就浮出了，这就需要一个可以提供较宽处理带宽，具有产品及时面市优势的灵活硬件平台来满足这些需求。

以上是从大方向的角度考虑FPGA在今后无线通信应用领域的需求，细化起来，就设计到标准通信系统的各个模块了，标准的数字通信系统框图如图：

从图上分析信源、信宿，信源编译码，信道编译码一般属于基带，调制又可分为一级调制、二级调制，通过一级调制将信号调制到中频，通过二级调制将信号调制到可以发射出去的射频。在基带中涉及到如何将信号采样，信号量化；各种信源编码译码算法，比如简单点等长码，复杂点变长码，典型的是这个Huffman编码，图像数据的话比如MEPG-2、H.264等；信道编码译码算法，又分为线性分组码、循环码、BCH码、卷积码、纠正码、交织、Turbo码等等，典型OFDM系统中的用到这个RS码、LDPC码、交织等信道相关处理；调制过程中用到这个调制方式，采用调频、调幅还是调相，调相是采用是QPSK还是用更高效率的NQPSK，以及相对应的解调处理；还包括这些功能模块在系统中数据传送的通信接口协议，低速的有这个典型的RS232，高速的有这个百兆千兆以太网、吉比特IO、光纤等等。从上面的分析看出，FPGA在通信系统领域的使用说虽是传统依然热是有道理的，还需大家的力量融入其中。

3.1.3通信领域支持资源

由于FPGA在通信领域的成熟性，不管是哪个FPGA厂商，对通信领域的IP的支持都是很丰富的，这里将Xilinx和altera两大巨头在这个领域的支持的IP陈列出来，具体的IP核功能描述大家可以参看附录XX。

表Xilinx IP核

分类	IP核
纠错	3GPP Turbo Decoder
	3GPP Turbo Encode
	3GPP2 Turbo Decoder
	3GPP2 Turbo Encoder
	3GPPLTE Turbo Decoder
	3GPPLTE Turbo Encoder
	802.16e CTC Decoder
	802.16e CTC Encoder
	Convolution Encoder
	CRC Wizard
	DVB S2 FEC Encoder
	Interleaver/De-interleaver
	LDPC 802 16 Encoder
	Reed-Solomon Decoder
	Reed-Solomon Encoder
	Viterbi Decoder
以太网/网络	Embedded Tri-Mode Ethernet MAC Wrapper
	Ethernet 1000BASE-X PCS/PMA or SGMII
	Ethernet AVB Endpoint
	Ethernet Statistics
	RXAUI
	Ten Gigabit Ethernet MAC
	Ten Gigabit Ethernet PCS/PMA (10GBASE-R)
	Tri Mode Ethernet MAC
	Virtex-5 Embedded Tri-Mode Ethernet MAC Wrapper
	Virtex-6 Embedded Tri-Mode Ethernet MAC Wrapper
	XAUI
调制	DDS Compiler
串行接口	Aurora 64B66B
	Aurora 8B10B
	Aurora 8B10B for Virtex-4 FX FPGA
无线	3GPP Downlink Chip Rate
	3GPP LTE MIMO Decoder
	3GPP LTE MIMO Encoder
	3GPP RACH Preamble Detector
	3GPP Searcher
	CPRI
	DUC/DDC Compiler
	LTE DL Channel Encoder
	LTE Fast Fourier Transform
	LTE UL Channel Decoder
	OBSAI
	Peak Cancellation Crest Factor Reduction
	Serial RapidIO
电信（其他）	Interleaver/De-interleaver
	LTE RACH Detector
	SPI-3 Link Layer Interface
	SPI-4.2

表 ALTERA IP 核

分类		IP核
接口协议	通信	8B10B Encoder/Decoder
		CPRI
		CRC Compiler
		POS-PHY Level 4
	以太网	10 Gbps Ethernet MAC
		10/100/1000 Ethernet (Triple Speed)
		10GBase-R PHY
		10GBase-X (XAUI) PHY
		DXAUI PHY
	高速	Interlaken, 100G, 12 Lanes
		Interlaken, 100G, 20 Lanes
		Interlaken, 150G, 24 Lanes
		Interlaken, 40G, 8 Lanes
		RapidIO, Gen 1, x1 and x4
		RapidIO, Gen 2, 5G Baud, x1 and x4
		SerialLite II
		SFI-5
	PCI	PCI Compiler, 32-bit Master/Target
		PCI Compiler, 32-bit Target
		PCI Compiler, 64-bit Master/Target
		PCI Compiler, 64-bit Target
		PCI Express x1 Lane
		PCI Express x4 Lanes
		PCI Express x8 Lanes
纠错	Reed Solomon Encoder / Decoder II
	Reed-Solomon Compiler, Decoder
	Reed-Solomon Compiler, Encoder
	Viterbi Compiler, High-Speed Parallel Decoder
	Viterbi Compiler, Low-Speed/Hybrid Serial Decoder
调制解调	Numerically Controlled Oscillator Compiler
光网络传输	1.25G OTN
	100G OTN
	10G OTN 2.5G OTN
	2D FEC
	40G OTN
	Dual BCH
	EFEC20
	EFEC7
	G.709 RS(255,239) GFEC
	G.975 I.4 BCH/RS EFEC
	G.975 I.7 BCH/BCH EFEC
	G.975 I.9 BCH/BCH EFEC