本發(fā)明涉及協(xié)議棧技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法及其裝置。

背景技術(shù)：

面向5G（第五代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)）的終端平臺(tái)設(shè)計(jì)中，協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)是關(guān)鍵因素，目前有兩種方式來實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧的功能。

一是GPP(general purpose processor， 通用處理器)平臺(tái)基本上都是在Intel的X86平臺(tái)上運(yùn)行PDCP（Packet Data Convergence Protocol，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議），RLC（Radio Link Control，是無線通信系統(tǒng)中的無線鏈路控制層協(xié)議），MAC（Medium Access Control，媒體接入控制）和PHY（物理層）。代碼開發(fā)整體一致性較好，開發(fā)周期也較短，實(shí)現(xiàn)較方便，但實(shí)時(shí)性以及吞吐量上沒有保證。同時(shí)面向5G的協(xié)議棧中的幀周期變得比現(xiàn)在LTE（Long Term Evolution）短很多，HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求）的時(shí)間也要求更嚴(yán)格，因此，此方法在5G平臺(tái)中很難滿足需求。

二是商用的LTE平臺(tái)物理層代碼基本上是由FPGA（Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）、DSP（數(shù)字信號(hào)處理）來完成的，性能比較好。但開發(fā)成本和周期都很長(zhǎng)，且某個(gè)功能的升級(jí)換代需要更新的代碼也較多。

因此，迫切需要一種新的方法來實(shí)現(xiàn)面向5G的協(xié)議棧開發(fā)，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法及其裝置，旨在解決現(xiàn)有協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)方式很難滿足5G平臺(tái)的需求、功能升級(jí)換代需要更新的代碼較多的問題。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法，其包括：

步驟A、對(duì)協(xié)議棧中的MAC層進(jìn)行切分，將物理層和MAC層的HARQ實(shí)體一起放到預(yù)設(shè)物理資源中進(jìn)行處理；

步驟B、根據(jù)計(jì)算量和功能需求將物理層的相關(guān)部分模塊移動(dòng)到FPGA中進(jìn)行處理。

所述的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法中，所述步驟A具體包括：

步驟A1、對(duì)協(xié)議棧中的MAC層進(jìn)行切分，將MAC層的HARQ實(shí)體分開；

步驟A2、將切分后的MAC層的HARQ實(shí)體和物理層在一個(gè)載波模塊實(shí)體中實(shí)現(xiàn)，將物理層和MAC層的HARQ實(shí)體一起放到預(yù)設(shè)物理資源中進(jìn)行處理。

所述的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法中，所述MAC層切分的接口為G比特的以太網(wǎng)口。

所述的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法中，在所述步驟A2中，所述載波模塊實(shí)體包括GPP板卡和射頻板卡，射頻板卡中集成了FPGA，射頻板卡和GPP板卡的接口為PCIe接口或SRIO接口。

所述的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法中，在所述步驟B中，將物理層中計(jì)算量大于預(yù)設(shè)值的部分模塊移動(dòng)到FPGA的射頻板卡里。

所述的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法中，所述計(jì)算量大于預(yù)設(shè)值的部分模塊包括GPP板卡中的FFT/IFFT模塊和加減循環(huán)前綴模塊。

所述的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法中，在所述步驟B中，將物理層中進(jìn)行數(shù)據(jù)信道的預(yù)編碼的模塊移動(dòng)到FPGA的射頻板卡里。

一種實(shí)現(xiàn)所述的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法的協(xié)議棧多維度切分裝置，其包括切分模塊和移動(dòng)模塊；

所述切分模塊對(duì)協(xié)議棧中的MAC層進(jìn)行切分，將物理層和MAC層的HARQ實(shí)體一起放到預(yù)設(shè)物理資源中進(jìn)行處理；移動(dòng)模塊根據(jù)計(jì)算量和功能需求將物理層的相關(guān)部分模塊移動(dòng)到FPGA中進(jìn)行處理。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法及其裝置，協(xié)議棧多維度切分方法包括：步驟A、對(duì)協(xié)議棧中的MAC層進(jìn)行切分，將物理層和MAC層的HARQ實(shí)體一起放到預(yù)設(shè)物理資源中進(jìn)行處理；步驟B、根據(jù)計(jì)算量和功能需求將物理層的相關(guān)部分模塊移動(dòng)到FPGA中進(jìn)行處理。通過多維度的切分來合理利用實(shí)體資源，同時(shí)在小維度的范圍內(nèi)可以靈活配置和調(diào)度模塊的位置，在FPGA中進(jìn)行處理能滿足5G平臺(tái)對(duì)HARQ的時(shí)間要求，方便了功能升級(jí)換代時(shí)的代碼調(diào)試，從而解決了現(xiàn)有協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)方式很難滿足5G平臺(tái)的需求、功能升級(jí)換代需要更新的代碼較多的問題；在保證性能的基礎(chǔ)上降低了對(duì)硬件配置的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法流程圖。

圖2是本發(fā)明提供的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法的各層示意圖。

圖3是本發(fā)明提供的將物理層的相關(guān)部分模塊移動(dòng)到FPGA中的一實(shí)施例的示意圖。

圖4是本發(fā)明提供的將物理層的相關(guān)部分模塊移動(dòng)到FPGA中的另一實(shí)施例的示意圖。

圖5是本發(fā)明提供的面向5G的協(xié)議棧多維度切分裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法及其裝置，通過多維度的切分來合理利用實(shí)體資源，同時(shí)在小維度的范圍內(nèi)可以靈活配置和調(diào)度模塊的位置，在保證性能的基礎(chǔ)上降低了對(duì)硬件配置的要求。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)同時(shí)參閱圖1和圖2，本發(fā)明提供的面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法包括：

S100、對(duì)協(xié)議棧中的MAC層進(jìn)行切分，將物理層和MAC層的HARQ實(shí)體一起放到預(yù)設(shè)物理資源中進(jìn)行處理；

S200、根據(jù)計(jì)算量和功能需求將物理層的相關(guān)部分模塊移動(dòng)到FPGA中進(jìn)行處理。

如圖2所示，Application （應(yīng)用程序）運(yùn)行在LTE協(xié)議棧上面。協(xié)議棧包括層1、層2和層3。層2中又包括3個(gè)子層，即PDCP、RLC、MAC。基于PDCP和RLC， MAC中非HARQ實(shí)體的模塊對(duì)硬件資源的比物理層要低。將協(xié)議棧的MAC分開的處理方式對(duì)延時(shí)影響小，本實(shí)施例是從MAC層進(jìn)行劃分，將MAC層的HARQ實(shí)體分開，將切分后的MAC層的HARQ實(shí)體和物理層在一個(gè)載波模塊實(shí)體（CCe）中實(shí)現(xiàn)，將物理層和MAC層的HARQ實(shí)體一起放到預(yù)設(shè)物理資源（如FPGA或DSP）中處理，物理層對(duì)硬件要求很高，需要實(shí)時(shí)處理；而層2、層3對(duì)硬件的要求低些。這樣劃分的好處在于應(yīng)用層，考慮到后續(xù)對(duì)C-RAN（是基于集中化處理（Centralized Processing），協(xié)作式無線電（Collaborative Radio）和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架（Real-time Cloud Infrastructure）的綠色無線接入網(wǎng)構(gòu)架（Clean system））和云計(jì)算的支持，不同基站的這些模塊可以匯聚和基層到某一服務(wù)器實(shí)體中實(shí)現(xiàn)。對(duì)于UE（user equipment，終端）來說可以減少手機(jī)處理器的計(jì)算資源。

圖2中的虛線表示切分線，左邊的虛線表示從哪個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行切分，切分后新組成的模塊（以方框表示）包括了MAC層的HARQ實(shí)體和物理層的整個(gè)模塊，此處稱之為CCe。右邊的框圖即表示CCe的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。MAC層切分的接口如圖2所示為G比特的以太網(wǎng)口，因此，數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DataTerminal Equipment）通過G以太網(wǎng)交換機(jī)（Gb Ethemet switch）連接載波模塊實(shí)體。一個(gè)載波模塊實(shí)體包括2塊板卡，一塊是部分基帶處理板，該板卡采用GPP的模式，可稱為GPP板卡，如圖所示具體可采用Intel 4700EQ處理器。另一塊板卡本質(zhì)上是射頻模塊（即射頻板卡，連接射頻前端（RF FrontEnd）），但此射頻板卡中集成了一塊高性能的FPGA，此處采用Xilinx的V7。射頻板卡和GPP板卡的接口為PCIe接口或SRIO（串行高速輸入輸出）接口，這樣能保證在物理層的切分中各個(gè)模塊對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆D2中RF IC為射頻芯片。

需要理解的是，本實(shí)施例提供的是一種多維度、分層次來進(jìn)行協(xié)議棧切分的方法，其中具體哪個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行切分可根據(jù)實(shí)際需求改變，即將對(duì)硬件資源要求較高的模塊組合在一起，如本實(shí)施例是從MAC層進(jìn)行劃分，也可以從物理層（PHY）分開。

在分層次的劃分方法中，即所述步驟S200中，在同一個(gè)CCe實(shí)體中，將物理層的哪部分模塊移動(dòng)到FPGA中，是要根據(jù)GPP板卡的處理能力，某個(gè)feature對(duì)性能的要求，F(xiàn)PGA模塊的處理能力，以及接口實(shí)現(xiàn)的難易程度來進(jìn)行綜合考慮的。如圖3所示，高維度的劃分是以平臺(tái)的計(jì)算資源分布來定奪的，即將計(jì)算量大于預(yù)設(shè)值的部分模塊移動(dòng)到FPGA的射頻板卡里面。例如，將本來在GPP模塊中實(shí)現(xiàn)的計(jì)算量較大的FFT模塊/IFFT（ Inverse Fast Fourier Transform，逆快速傅里葉變換）模塊和加減循環(huán)前綴模塊（+CP）轉(zhuǎn)移到FPGA里執(zhí)行，變相的在PCIe中采用頻率數(shù)據(jù)來進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)速率會(huì)低。另外，F(xiàn)PGA優(yōu)化過的IP庫(kù)對(duì)FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅氏變換）、IFFT以及Turbe 編解碼等模塊的處理有很大的優(yōu)勢(shì)。在具體實(shí)施時(shí)，還可以將FFT和Turbe 編解碼的相關(guān)模塊移動(dòng)到FPGA中進(jìn)行處理。

低維度的劃分則考慮硬件需求和不同的feature（功能）來靈活調(diào)配不同模塊，以靈活地對(duì)物理層模塊進(jìn)行調(diào)整和劃分。如圖4所示，在面向5G的功能開發(fā)中，經(jīng)常會(huì)有一些新的功能進(jìn)行預(yù)驗(yàn)證，這些驗(yàn)證需要進(jìn)行多次嘗試，算法和時(shí)延等參數(shù)的優(yōu)化都很關(guān)鍵。如在控制數(shù)據(jù)分離的某些算法中，控制信道的預(yù)編碼需要的資源較少，但數(shù)據(jù)信道的預(yù)編碼需要進(jìn)行大量的運(yùn)算。則本實(shí)施例將進(jìn)行數(shù)據(jù)信道的預(yù)編碼的模塊移動(dòng)到FPGA，F(xiàn)PGA的運(yùn)算處理能力很強(qiáng)大，完全可以并行處理數(shù)據(jù)信道的預(yù)編碼，降低對(duì)硬件配置的要求。

需要理解的是，物理層中并不是任何一個(gè)模塊都可以隨便移動(dòng)到FPGA中進(jìn)行處理，需要考慮時(shí)延，HARQ等協(xié)議定義的處理時(shí)間的要求。在具體實(shí)施時(shí)，可在切分前期建立一個(gè)物理層模型，對(duì)此物理層模型進(jìn)行仿真分析后得出大概的劃分方向和可行性，基本原則是滿足3GPP對(duì)時(shí)延和HARQ的要求。

進(jìn)一步實(shí)施例中，載波模塊實(shí)體中部分FPGA資源還可預(yù)留做射頻模塊的控制。基于FPGA中增加了物理層的相關(guān)部分模塊，則開機(jī)后，GPP模塊對(duì)射頻板卡的基本配置流程為：

步驟1、進(jìn)行FPGA比特流下載；

步驟2、在嵌入式ROM通過‘pcie bootloader’啟動(dòng)Leon3；

步驟3、Linux操作系統(tǒng)識(shí)別FPGA板卡；

步驟4、在GPP板卡中啟動(dòng)openair_rf.ko驅(qū)動(dòng)；

步驟5、驅(qū)動(dòng)從DDR3中引導(dǎo)應(yīng)用程序并啟動(dòng)該應(yīng)用；

步驟6、在GPP板卡中運(yùn)行軟件定義無線電的程序；本步驟先建立FPGA和GPP板卡之間的接口，再?gòu)腉PP板卡中發(fā)送配置信息并啟動(dòng)配置；

步驟7、FPGA中的Leon3根據(jù)GPP板卡發(fā)送過來的配置信息進(jìn)行收發(fā)信機(jī)的配置。

基于上述的協(xié)議棧多維度切分方法，本發(fā)明還提供一種協(xié)議棧多維度切分裝置，請(qǐng)參閱圖5，所述協(xié)議棧多維度切分裝置包括切分模塊10和移動(dòng)模塊20；所述切分模塊10對(duì)協(xié)議棧中的MAC層進(jìn)行切分，將物理層和MAC層的HARQ實(shí)體一起放到預(yù)設(shè)物理資源中進(jìn)行處理；移動(dòng)模塊根據(jù)計(jì)算量和功能需求將物理層的相關(guān)部分模塊移動(dòng)到FPGA中進(jìn)行處理。

綜上所述，本發(fā)明的多維度模塊切分機(jī)制，通過多維度的切分來合理利用實(shí)體資源，并根據(jù)功能和需求動(dòng)態(tài)小尺度地靈活調(diào)整物理層的部分模塊的位置至FPGA中處理；在FPGA中進(jìn)行處理能滿足5G平臺(tái)對(duì)HARQ的時(shí)間要求，方便了功能升級(jí)換代時(shí)的代碼調(diào)試，從而解決了現(xiàn)有協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)方式很難滿足5G平臺(tái)的需求、功能升級(jí)換代需要更新的代碼較多的問題；在保證性能的基礎(chǔ)上降低了對(duì)硬件配置的要求，優(yōu)化了面向5G的協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)方式。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。