CN106713314A - 一种面向5g的协议栈多维度切分方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向5G的协议栈多维度切分方法及其装置，协议栈多维度切分方法包括：步骤A、对协议栈中的MAC层进行切分，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源中进行处理；步骤B、根据计算量和功能需求将物理层的相关部分模块移动到FPGA中进行处理。通过多维度的切分来合理利用实体资源，同时在小维度的范围内可以灵活配置和调度模块的位置，在FPGA中进行处理能满足5G平台对HARQ的时间要求，方便了功能升级换代时的代码调试，从而解决了现有协议栈的实现方式很难满足5G平台的需求、功能升级换代需要更新的代码较多的问题；在保证性能的基础上降低了对硬件配置的要求。

Description

一种面向5G的协议栈多维度切分方法及其装置

技术领域

本发明涉及协议栈技术领域，尤其涉及的是一种面向5G的协议栈多维度切分方法及其装置。

背景技术

面向5G（第五代移动电话行动通信标准）的终端平台设计中，协议栈的实现是关键因素，目前有两种方式来实现协议栈的功能。

一是GPP(general purpose processor， 通用处理器)平台基本上都是在Intel的X86平台上运行PDCP（Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议），RLC（Radio Link Control，是无线通信系统中的无线链路控制层协议），MAC（Medium AccessControl，媒体接入控制）和PHY（物理层）。代码开发整体一致性较好，开发周期也较短，实现较方便，但实时性以及吞吐量上没有保证。同时面向5G的协议栈中的帧周期变得比现在LTE（Long Term Evolution）短很多，HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合自动重传请求）的时间也要求更严格，因此，此方法在5G平台中很难满足需求。

二是商用的LTE平台物理层代码基本上是由FPGA（Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列）、DSP（数字信号处理）来完成的，性能比较好。但开发成本和周期都很长，且某个功能的升级换代需要更新的代码也较多。

因此，迫切需要一种新的方法来实现面向5G的协议栈开发，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种面向5G的协议栈多维度切分方法及其装置，旨在解决现有协议栈的实现方式很难满足5G平台的需求、功能升级换代需要更新的代码较多的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种面向5G的协议栈多维度切分方法，其包括：

步骤A、对协议栈中的MAC层进行切分，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源中进行处理；

步骤B、根据计算量和功能需求将物理层的相关部分模块移动到FPGA中进行处理。

所述的面向5G的协议栈多维度切分方法中，所述步骤A具体包括：

步骤A1、对协议栈中的MAC层进行切分，将MAC层的HARQ实体分开；

步骤A2、将切分后的MAC层的HARQ实体和物理层在一个载波模块实体中实现，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源中进行处理。

所述的面向5G的协议栈多维度切分方法中，所述MAC层切分的接口为G比特的以太网口。

所述的面向5G的协议栈多维度切分方法中，在所述步骤A2中，所述载波模块实体包括GPP板卡和射频板卡，射频板卡中集成了FPGA，射频板卡和GPP板卡的接口为PCIe接口或SRIO接口。

所述的面向5G的协议栈多维度切分方法中，在所述步骤B中，将物理层中计算量大于预设值的部分模块移动到FPGA的射频板卡里。

所述的面向5G的协议栈多维度切分方法中，所述计算量大于预设值的部分模块包括GPP板卡中的FFT/IFFT模块和加减循环前缀模块。

所述的面向5G的协议栈多维度切分方法中，在所述步骤B中，将物理层中进行数据信道的预编码的模块移动到FPGA的射频板卡里。

一种实现所述的面向5G的协议栈多维度切分方法的协议栈多维度切分装置，其包括切分模块和移动模块；

所述切分模块对协议栈中的MAC层进行切分，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源中进行处理；移动模块根据计算量和功能需求将物理层的相关部分模块移动到FPGA中进行处理。

相较于现有技术，本发明提供的面向5G的协议栈多维度切分方法及其装置，协议栈多维度切分方法包括：步骤A、对协议栈中的MAC层进行切分，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源中进行处理；步骤B、根据计算量和功能需求将物理层的相关部分模块移动到FPGA中进行处理。通过多维度的切分来合理利用实体资源，同时在小维度的范围内可以灵活配置和调度模块的位置，在FPGA中进行处理能满足5G平台对HARQ的时间要求，方便了功能升级换代时的代码调试，从而解决了现有协议栈的实现方式很难满足5G平台的需求、功能升级换代需要更新的代码较多的问题；在保证性能的基础上降低了对硬件配置的要求。

附图说明

图1是本发明提供的面向5G的协议栈多维度切分方法流程图。

图2是本发明提供的面向5G的协议栈多维度切分方法的各层示意图。

图3是本发明提供的将物理层的相关部分模块移动到FPGA中的一实施例的示意图。

图4是本发明提供的将物理层的相关部分模块移动到FPGA中的另一实施例的示意图。

图5是本发明提供的面向5G的协议栈多维度切分装置的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种面向5G的协议栈多维度切分方法及其装置，通过多维度的切分来合理利用实体资源，同时在小维度的范围内可以灵活配置和调度模块的位置，在保证性能的基础上降低了对硬件配置的要求。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1和图2，本发明提供的面向5G的协议栈多维度切分方法包括：

S100、对协议栈中的MAC层进行切分，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源中进行处理；

S200、根据计算量和功能需求将物理层的相关部分模块移动到FPGA中进行处理。

如图2所示，Application （应用程序）运行在LTE协议栈上面。协议栈包括层1、层2和层3。层2中又包括3个子层，即PDCP、RLC、MAC。基于PDCP和RLC， MAC中非HARQ实体的模块对硬件资源的比物理层要低。将协议栈的MAC分开的处理方式对延时影响小，本实施例是从MAC层进行划分，将MAC层的HARQ实体分开，将切分后的MAC层的HARQ实体和物理层在一个载波模块实体（CCe）中实现，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源（如FPGA或DSP）中处理，物理层对硬件要求很高，需要实时处理；而层2、层3对硬件的要求低些。这样划分的好处在于应用层，考虑到后续对C-RAN（是基于集中化处理（CentralizedProcessing），协作式无线电（Collaborative Radio）和实时云计算构架（Real-time CloudInfrastructure）的绿色无线接入网构架（Clean system））和云计算的支持，不同基站的这些模块可以汇聚和基层到某一服务器实体中实现。对于UE（user equipment，终端）来说可以减少手机处理器的计算资源。

图2中的虚线表示切分线，左边的虚线表示从哪个节点进行切分，切分后新组成的模块（以方框表示）包括了MAC层的HARQ实体和物理层的整个模块，此处称之为CCe。右边的框图即表示CCe的内部结构。MAC层切分的接口如图2所示为G比特的以太网口，因此，数据终端设备（DataTerminal Equipment）通过G以太网交换机（Gb Ethemet switch）连接载波模块实体。一个载波模块实体包括2块板卡，一块是部分基带处理板，该板卡采用GPP的模式，可称为GPP板卡，如图所示具体可采用Intel 4700EQ处理器。另一块板卡本质上是射频模块（即射频板卡，连接射频前端（RF FrontEnd）），但此射频板卡中集成了一块高性能的FPGA，此处采用Xilinx的V7。射频板卡和GPP板卡的接口为PCIe接口或SRIO（串行高速输入输出）接口，这样能保证在物理层的切分中各个模块对高速数据传输的要求。图2中RF IC为射频芯片。

需要理解的是，本实施例提供的是一种多维度、分层次来进行协议栈切分的方法，其中具体哪个节点进行切分可根据实际需求改变，即将对硬件资源要求较高的模块组合在一起，如本实施例是从MAC层进行划分，也可以从物理层（PHY）分开。

在分层次的划分方法中，即所述步骤S200中，在同一个CCe实体中，将物理层的哪部分模块移动到FPGA中，是要根据GPP板卡的处理能力，某个feature对性能的要求，FPGA模块的处理能力，以及接口实现的难易程度来进行综合考虑的。如图3所示，高维度的划分是以平台的计算资源分布来定夺的，即将计算量大于预设值的部分模块移动到FPGA的射频板卡里面。例如，将本来在GPP模块中实现的计算量较大的FFT模块/IFFT（ Inverse FastFourier Transform，逆快速傅里叶变换）模块和加减循环前缀模块（+CP）转移到FPGA里执行，变相的在PCIe中采用频率数据来进行传输，数据速率会低。另外，FPGA优化过的IP库对FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅氏变换）、IFFT以及Turbe 编解码等模块的处理有很大的优势。在具体实施时，还可以将FFT和Turbe 编解码的相关模块移动到FPGA中进行处理。

低维度的划分则考虑硬件需求和不同的feature（功能）来灵活调配不同模块，以灵活地对物理层模块进行调整和划分。如图4所示，在面向5G的功能开发中，经常会有一些新的功能进行预验证，这些验证需要进行多次尝试，算法和时延等参数的优化都很关键。如在控制数据分离的某些算法中，控制信道的预编码需要的资源较少，但数据信道的预编码需要进行大量的运算。则本实施例将进行数据信道的预编码的模块移动到FPGA，FPGA的运算处理能力很强大，完全可以并行处理数据信道的预编码，降低对硬件配置的要求。

需要理解的是，物理层中并不是任何一个模块都可以随便移动到FPGA中进行处理，需要考虑时延，HARQ等协议定义的处理时间的要求。在具体实施时，可在切分前期建立一个物理层模型，对此物理层模型进行仿真分析后得出大概的划分方向和可行性，基本原则是满足3GPP对时延和HARQ的要求。

进一步实施例中，载波模块实体中部分FPGA资源还可预留做射频模块的控制。基于FPGA中增加了物理层的相关部分模块，则开机后，GPP模块对射频板卡的基本配置流程为：

步骤1、进行FPGA比特流下载；

步骤2、在嵌入式ROM通过‘pcie bootloader’启动Leon3；

步骤3、Linux操作系统识别FPGA板卡；

步骤4、在GPP板卡中启动openair_rf.ko驱动；

步骤5、驱动从DDR3中引导应用程序并启动该应用；

步骤6、在GPP板卡中运行软件定义无线电的程序；本步骤先建立FPGA和GPP板卡之间的接口，再从GPP板卡中发送配置信息并启动配置；

步骤7、FPGA中的Leon3根据GPP板卡发送过来的配置信息进行收发信机的配置。

基于上述的协议栈多维度切分方法，本发明还提供一种协议栈多维度切分装置，请参阅图5，所述协议栈多维度切分装置包括切分模块10和移动模块20；所述切分模块10对协议栈中的MAC层进行切分，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源中进行处理；移动模块根据计算量和功能需求将物理层的相关部分模块移动到FPGA中进行处理。

综上所述，本发明的多维度模块切分机制，通过多维度的切分来合理利用实体资源，并根据功能和需求动态小尺度地灵活调整物理层的部分模块的位置至FPGA中处理；在FPGA中进行处理能满足5G平台对HARQ的时间要求，方便了功能升级换代时的代码调试，从而解决了现有协议栈的实现方式很难满足5G平台的需求、功能升级换代需要更新的代码较多的问题；在保证性能的基础上降低了对硬件配置的要求，优化了面向5G的协议栈的实现方式。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种面向5G的协议栈多维度切分方法，其特征在于，包括：

步骤A、对协议栈中的MAC层进行切分，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源中进行处理；

步骤B、根据计算量和功能需求将物理层的相关部分模块移动到FPGA中进行处理。

2.根据权利要求1所述的面向5G的协议栈多维度切分方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：

步骤A1、对协议栈中的MAC层进行切分，将MAC层的HARQ实体分开；

步骤A2、将切分后的MAC层的HARQ实体和物理层在一个载波模块实体中实现，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源中进行处理。

3.根据权利要求1所述的面向5G的协议栈多维度切分方法，其特征在于，所述MAC层切分的接口为G比特的以太网口。

4.根据权利要求2所述的面向5G的协议栈多维度切分方法，其特征在于，在所述步骤A2中，所述载波模块实体包括GPP板卡和射频板卡，射频板卡中集成了FPGA，射频板卡和GPP板卡的接口为PCIe接口或SRIO接口。

5.根据权利要求4所述的面向5G的协议栈多维度切分方法，其特征在于，在所述步骤B中，将物理层中计算量大于预设值的部分模块移动到FPGA的射频板卡里。

6.根据权利要求5所述的面向5G的协议栈多维度切分方法，其特征在于，所述计算量大于预设值的部分模块包括GPP板卡中的FFT/IFFT模块和加减循环前缀模块。

7.根据权利要求4所述的面向5G的协议栈多维度切分方法，其特征在于，在所述步骤B中，将物理层中进行数据信道的预编码的模块移动到FPGA的射频板卡里。

8.一种实现权利要求1所述的面向5G的协议栈多维度切分方法的协议栈多维度切分装置，其特征在于，包括切分模块和移动模块；

所述切分模块对协议栈中的MAC层进行切分，将物理层和MAC层的HARQ实体一起放到预设物理资源中进行处理；移动模块根据计算量和功能需求将物理层的相关部分模块移动到FPGA中进行处理。