序言
无线技术的持续演进发展、全球无线用户的激增，以及市场对更强大数据承载能力的需求，全面催生了各种新标准的不断涌现，如宽带码分多址 － 高速分组接入 (WCDMA-HSPA)、WCDMA-HSPA+ 以及长期演进技术 (LTE) 等。基于无线服务网络的数据使用呈指数级增长，从而进一步推动了异构网络的出现 —— 支持宏蜂窝基站和小型蜂窝基站的分层网络部署方案。
随着 LTE 部署成为现实，运营商纷纷热衷于采用可持续降低网络成本、同时还能维持并提升服务质量的“片上系统”(SoC) 架构。要支持向 LTE 的成功过渡，需要在数字信号处理器 (DSP) 的设计方面实现一系列技术创新。德州仪器 (TI) 名为“KeyStone”的多内核 SoC 架构不仅功能强大而且极富创新性，能够有效支持 WCDMA 与 LTE，进而降低成本。KeyStone 多内核架构可实现具有专用 WCDMA与 LTE加速器的、名符其实的多标准（LET、WCDMA）解决方案。本白皮书全面阐述了 TI KeyStone 多内核架构如何在 LTE 基站上实现第二层网络和传输处理。
TI KeyStone 架构支持 L2 及传输处理
随着全球无线用户数量的激增，无线技术也在持续实现演进发展。移动数据使用量的新近增长、层出不穷的新应用以及互通互连的生活方式，都需要移动网络提供强大的支持。对无线宽带服务不断增长的需求促使 3GPP 定义可同时为运营商和终端用户带来诸多优势的 LTE 技术解决方案，，如不仅能提高容量、降低网络复杂性、降低开发与运营成本，而且最终还能显著提升用户体验。
名为演进型 UMTS 陆地无线电广播接入网络 (E-UTRAN) 的 LTE 无线电广播接入网络支持基于共享分组通道的移动宽带服务。这种方案不仅能够提高频谱效率和区段容量，同时还能缩短用户层的时延。以演进型分组内核 (EPC) 著称的LTE 核心网络，采用平坦型纯 IP 架构演进支持 E-UTRAN。借助平坦型 IP 架构，运营商不但能够减少资本支出的网络组件数，同时还能缩短系统时延以支持最新应用，并演进支持无线电广播接入与核心网络。
LTE 可支持灵活的通道带宽 (1.2-20 MHz) 以及频分双工 (FDD) 与时分双工 (TDD) ，以实现 LTE 系统的灵活部署。LTE 可为每一个 20 MHz 频谱提供 100Mbps 的下行和 50Mbps 的上行速率。通过采用多天线信号处理技术，LTE 能够提供甚至更高的数据传输速率——下行高达 326.4 Mbps。
根据 Dell'Oro Group 调查显示，全球移动用户数有望从 2009 年的 48 亿增至 2014 年的 72 亿。这些用户将进一步推动对更高数据速率的需求，从而导致数据流量的激增。集频谱效率高、通道带宽灵活性高与资本节约更显著（因其采用平坦型纯 IP 架构）等数大优势于一身的 LTE 将推进运营商部署 LTE 网络。
2009 年到 2010 年间，对 LTE 的大规模试用与部署在全球范围内广泛展开。有 25 家顶级运营商承诺部署 LTE 系统，LTE 将呈现迅猛增长态势。北美地区的主要运营商将在 2010年 － 2011 年期间开始 LTE E-UTRAN NodeB (eNodeB) 的部署，但是 LTE 的市场增长将在 2012 年迎来新的转折点，到时候欧洲和中国的运营商也将开始部署 LTE。根据 Dell'O Group 的预测，到 2014 年年底，这一增长将使全球范围内的 LTE 用户数量突破 1 亿大关。
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图 1 展示了包含名为 eNodeBs 基站的 E-UTRAN 架构。eNodeBs 可提供针对用户设备（UE，移动）的用户层与控制层协议终端 (Uu) ，以及针对核心网络的传输终端 (Iu)。
eNodeBs 不仅可通过 X2 接口相互连接，而且也可通过 S1 接口连接至核心网络 EPC，更确切地说还可通过 S1-MME 与移动管理实体 (MME) 连接，以及通过 S1-U 接口与服务网关 (S-GW) 连接。
LTE 协议架构
eNodeB 协议结构包含两个主要层：无线电广播网络层与传输网络层。在无线电广播网络层可以实现无线电广播接口功能，而在传输网络层则可实现标准的传输功能（例如以太网）。可在如下三个协议层中实施无线电广播接口：物理层（L1，PHY）；数据链路层 (L2)；以及网络层 (L3)，以向 UE 提供用户层与控制层协议终端(Uu)。传输接口可提供针对核心网络的隧道协议终端 (Iu)。
图. 1 – E-UTRAN 架构
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L2 处理 L2 又被进一步细分为媒体接入控制 (MAC)、无线电广播链接控制 (RLC) 以及分组数据汇聚协议 (PDCP) 三个子层。图 2 与图 3 对 L2 子层的服务与功能进行了描述。
图 2 – L2 架构（下行）
图 3 – L2 架构（上行）
MAC 子层负责将同一传输通道上的多个逻辑通道（无线电广播承载）多路复用至一个或多个逻辑通道，并将传输通道上 PHY (L1) 中的MAC 服务数据单元 (SDU) 解多路复用至一个或多个逻辑通道。此外 MAC 子层还负责动态调度活动，包括在某个 UE 的逻辑通道之间以及在 UE 之间进行优先处理。
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MAC 子层的其他功能包括，通过混合自动中继请求 (HARQ) 进行纠错、传输格式选择以及填充等功能。L3 的无线电广播资源控制 (RRC) 子层可控制 MAC 子层的配置。
RLC 子层的功能包括协议数据单元 (PDU) 传输、通过 ARQ 纠错、RLC SDU 的级联/分段/重组、重复检测以及协议错误检测等。L3 的 RRC 子层可控制 RLC 子层的配置。配置后的 RLC 实体能够以下列三种模式之一来执行数据传输：透明模式 (TM)、非确认模式 (UM) 以及确认模式 (AM)。
PDCP 子层的功能包括：通过性能稳定的报头压缩 (RoHC) 进行报头压缩/解压缩，用户层与控制层数据传输，用户层和控制层数据的加密与解密，控制层数据的完整性保护与完整性验证。
传输/回程处理 eNodeB 上的传输/回程协议栈可实现与核心网络的通信。eNodeB 可提供与EPC（MME 与 S-GW）接口相连的 S1 接口，以及与另一 eNodeB 接口相连的 X2 接口。图 4 和图 5 对 S1 用户层与 S1 控制层的协议栈进行了概括性描述。
图 4 – S1 用户层
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图 5 – 控制层
传输协议栈能够为回程（IPSec 隧道）的用户层数据提供安全终端 (GTP-U)，同时为回程(SCTP) 的控制层数据提供 S1-AP/X2-AP 终端。
TI KeyStone架构 向 LTE 的升级给基站厂商及其供应商带来了全新的挑战，他们需要在基站中实现更高的吞吐量、更高的性能及更大灵活性。同样，LTE 也给基站厂商及供应商带来了观念上的转变，实现高频谱效率需要更为复杂的数据处理与调度。
数据层处理要求低时延和高吞吐量，同时调度还需具备动态与通道感知功能。支持 LTE 需要在基站的系统设计方面实现大量技术创新。运营商也纷纷对可持续降低其网络成本的 SoC 架构青睐有加。
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TI 名为“KeyStone”的多内核 SoC 架构不仅功能强大而且极富创新性，从而使基站厂商能够从 LTE 等最新技术中显著受益。该架构具备的众多关键组件不仅可支持新的 LTE 功能，同时也可用于提升 WCDMA 等现有无线技术的性价比。图 6 对 KeyStone 架构进行了说明。
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图 6 – KeyStone 多内核架构
TI KeyStone多内核架构拥有高度的灵活性，可同时集成定点与浮点运算、定向协处理与硬件加速，以及优化的内核间/组件间通信。此架构包括多个 C66x DSP 内核，能够支持高达 256 GMAC 的定点运算性能以及 128GFLOP 的浮点运算性能。另外，此架构还包括综合而全面的连接功能层：TeraNet2 能够与各种处理组件无缝互连；多内核共享内存控制器能直接接入片上共享存储器与外部第三代双倍数据速率 (DDR3) 存储器；多内核导航器可助于管理整个 SoC 架构的通信；以及 HyperLink 50 可与额外的协处理器或其他 TI SoC 等同伴器件实现互通互连。部分此类关键处理组件可在 TI SoC 上实现 LTE L2 与传输处理。
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