基站市场将会如何演化
即将到来的3G CDMA2000和WCDMA/GSM 无线网络 标准向 4G LTE (Long Term Evolution，长期演进)的融合为下一代基站开发人员提出了许多挑战。如何设计同时支持现有3G通信标准和下一代标准的下一代基站？同时最好是能够在竞争中领先一步，提供的解决方案甚至可以适应通信行业所采纳的LTE之后的后续标准。
面对这一挑战，许多设计小组现在都采用了多模式（也称为多标准）基站的设计方案，可以支持3G和4G标准（以及这些标准的多种变种），同时还足够灵活，能够适应设计标准甚至所适用无线标准的变化。在许多多模式基站设计中， FPGA 扮演了更为重要的角色。
4G承诺：LTE和WiMAX
LTE技术承诺将无线数据速率提升到100Mb/s或更高，比目前3G网络性能提高了一个量级。 数据速率的提升使运营商和手机生产商能够在所拥有的网络和生产的移动设备上在因特网、电子邮件和话音服务以外为客户提供更为先进的功能，如移动电视、高级视频和游戏。
这样移动设备生产商就能够向运营商销售更多先进的手机，而运营商则可以为客户提供价值更高的手机使用方案，提高每用户平均营收值（ARPU）。
当然，要实现这一切，运营商首先必须部署无线网络基础设施。目前，全球70%的用户在使用基于GSM的网络（特别来说就是3G WCDMA），而北美和韩国则主要使用3G CDMA2000网络。 日本运营商计划于今年晚些时候进行LTE所采用的正交频分复用（OFDM）调制方式试验，从而基本上确定采用LTE。
Xilinx公司无线业务市场经理Manuel Uhm指出，目前部署CDMA2000网络的运营商也很可能会转向LTE，因为高通公司有关CDMA2000后续技术UWB的提议没有获得行业支持。
事实上，作为CDMA2000阵营的运营商之一，Verizon最近宣布将在北美安装700MHz频段的LTE。该公司最近从联邦通信委员会的拍卖中获得了700MHz频段。
但是，业界预期LTE的大规模部署时间要到2012年，因此购买下一代基站的许多无线运营商都会希望基站硬件即能够支持现有网络，同时还能够为迁移到更快的4G无线网络提供一个平滑的升级途径。 此外，他们还希望尽量降低每个基站系统以及整个网络的运营费用，包括降低基础功率以及保障设施成本。
尽管CDMA2000和WCDMA看起来将会统一到LTE，但并不清楚全球其他地区是否也会支持LTE网络。有些国家的运营商倾向于数据为中心的网络，如WiMAX和WiBro（韩国）。运营商可以通过分组网络来承载话音业务。WiMAX和WiBro与LTE形成竞争关系。
实际上，LTE和WiMAX标准非常相似，据说80%的基带功能是相同的，这就为基站供应商通过一种基站设计来同时支持现有3G网络和未来的4G标准提供了可能。
即使全球都统一使用LTE标准，似乎也不会成为运营商部署的最后一个网络。Uhm指出：“WCDMA一度还被认为是最终的统一空中接口标准呢，但事实证明并非如此。”
确实，如果历史能够为未来提供一些线索，很可能在LTE部署完成的时候，某些新的需求，可能是网络性能、新的功能/业务等，将会推动对5G解决方案，或某种延续LTE寿命或其他折中方案的需求。
事实上，尽管负责制定GSM以及LTE网络标准的3GPP还没有最终完成LTE标准的制定，而业界也只是刚开始推出LTE设备，5G网络（如LTE advanced）已经开始酝酿了。
究竟哪种网络最好、最终会采用哪种标准（或标准的哪种形式）以及需要支持哪些新应用，所有这些不确定性都使运营商更倾向于采用更具适应力、更具扩展性、更易于满足未来4G标准要求和变化的系统和解决方案。简而言之，下一代基站必须是灵活的。
未定型的标准和多模式带来的机会
由于3GPP还没有最终完成标准制定，因此目前设计下一代基站的企业，特别是希望率先将产品推向市场的企业必须在设计中留有足够的灵活性。问题在于需要多大程度的灵活性。
传统意义上的灵活性通常是指派出维修小组到每个基站更换整块板卡，或/和升级卡上运行的软件。但瞄准4G的运营商需要更大程度的灵活性。
实际上，无线网络标准（以及相应的无线网络）有两个基本层：硬件（PHY）和软件。PHY层，即物理层，规定网络支持所需要的硬件性能和功能。软件层则规定不同软件应用要满足基本网络标准所必需的功能。
运营商可以增加软件，甚至增强硬件（超出标准的基本PHY和软件要求），以及吸引客户使用自己的网络。但对于4G，许多人都认为基站需要前所未有的灵活性。
部分人预计4G时代将是基站技术的梦幻体现：软件无线电（ SDR ）。采用软件无线电技术，一个系统可以通过软件对基站硬件进行即时的重编程，从而可以处理任何输入信号，也就是说可以任何每一种标准。
虽然SDR还没有完全达到完美的地步，但有些供应商已在开始利用商品FPGA器件设计出创新的SDR子系统。
基站核心的挑战
基站硬件的核心是一系列用来控制大部分 无线网络 功能的电子系统。传统上，此类系统主要由ASIC、ASSP以及DSP等标准产品设计而成。但此类技术限制了设计人员的设计修改灵活性，不容易及时跟上标准的变化，也很难在硬件已经部署后再进行升级。
现在，基站供应商要设计的 4G 基站即要能够支持目前尚未完全定型的LTE标准，又要能够支持3G网络，因此 FPGA 技术在此类系统的控制方面发挥着越来越重要的作用。
在传统3G基站情况下，要进行改变，企业通常选择有限。可以尝试通过软件补丁来修正软件问题或硬件缺点，但这样做通常会牺牲硬件速度，从而降低基站的总体计算能力，而在LTE时代，基站的总体计算能力应当更快，或者可以派出技术人员到现场从物理上更换有缺陷或过时的PCB，换上采用新器件的板卡（可能还需要软件补丁）。
如果是较大的变化，如需要支持额外的标准，运营商可能必须安装新的基站，就像AT&T几年前从GSM转向WCDMA时所做的一样。 当然，派技术人员到全球各地更换硬件和软件（这些站点可能在山顶、建筑物顶、甚至在悬崖边）会大大增加电信网络的维修成本。增加新的基站以及为这些站点获得租用许可更是异常昂贵。
Uhm说：“基站供应商可能愿意每种标准向运营商出售一种基站网络，但运营商却无法负担这样升级带来的成本。运营商需要足够的灵活性来增添能够带来新营收的业务、提高数据速率、降低功耗并维护成本，当然价格也要有足够的吸引力。”
分析师指出：多年前，基站成本在25万美元左右，但现在新的基站成本仅为1.5～2.5万美元。 他们指出基站硬件的价格仅仅是总成本的一小部分，租用空间和维护成本可能比基站本身要高得多得多。
更重要的是，如果基站需要支持多种标准，设计人员过去通常必须为每种标准设计不同的ASIC和相关PCB，同时还要额外的电路来协调这些板卡与现有天线的互动。
特别是，在相对低批量时（如基站市场的典型批量），ASIC越来越变得过于昂贵，同时也难于采用最新的工艺生产，从而使其对于宏蜂窝、微蜂窝以及微微蜂窝基站市场吸引力越来越小。
正是所有这些原因促使设计人员开始让FPGA在多模式基站时代发挥更为关键的作用。 有些甚至用FPGA作为多模式基站软件无线电实现的主要器件。
Linley Group高级分析师Joe Byrne指出在基站市场中FPGA看起来更具吸引力的一个原因是LTE采用了OFDM调制。他说：“LTE中的下游调制方案采用了与WCDMA不同的OFDM。可以想象的是，下一代基站基本上应当是由两种不同处理模块组成的一个设备：一个模块处理传统协议，另一个则对付新协议。 但我想实际上应当是设计同时支持两者的基站设备，因此就需要某种可编程的器件。 可编程能力可以由FPGA提供，也可以由更为传统的DSP等通过软件编程实现。”
对4G基站，设计师考虑的有几种架构。图1和图2给出了FPGA在这些可能架构中众多应用中的两个例子。分析师指出，除了灵活性，性能对于4G网络也非常关键。 事实上，许多下一代基站设计人员都在将计算能力转移到基站塔以更靠近天线，从而在物理上缩短天线系统和基站控制系统之间通信所需要的时间。
图1 配合DSP架构的FPGA预处理
图2 FPGA作为LTE协处理器
Uhm认为最新一代的FPGA已经可以满足4G基站的性能要求，并且许多FPGA还提供了高速I/O。
5G甚至更远图2 FPGA作为LTE协处理器
尽管分析师们同意FPGA将会在4G网络中扮演更为重要的角色，但是他们怀疑目前哪家生产商能够设计和生产出能够预测和满足未来5G基站所需要的数据速率以及功能集合的多模式基站。
Byrne说：“近年来，运营商不断对3G基站进行渐进升级。例如，通过对基带处理器（DSP或FPGA）的软件升级从7.2Mb/s升级到10Mb/s。我想对于LTE将会有更多的渐进式升级。 但是如果要进行更大规模的升级，将需要全新的硬件。”
Byrne以及其他人士都指出当5G成为主流的时候，对硬件性能和功能要求将会有非常夸张的需求。 这意味着在无线网络的所有领域都将对设计师提出更大的挑战，当然也会带来更多机会。
Uhm表示，Xilinx公司不仅大量投资开发针对基站应用的FPGA，还大力投资于工具、IP以及嵌入式软件的开发。 Xilinx还通过与众多IP和软件合作伙伴的合作来帮助设计人员迎接4G无线网络提出的挑战并进行更多创新，特别是在作为无线通信核心的基站方面。
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