작성일: 2014.03.02
|
소형 셀은 허가를 받은 스펙트럼 상에서 동작하는 저전력 무선 기지국으로 이동통신망 사업자가 관리한다. 소형 셀의 종류는 펨토셀(100미터 미만을 커버)에서 메트로셀(수백 미터까지 커버), 그리고 중간급에 해당하는 피코셀과 마이크로셀 등이 있다. 최근 이러한 소형 셀 시스템의 전자두뇌는 FPGA와 DSP 디바이스를 비롯해 무선 표준을 준수하는 네트워크 및 호스트 프로세서가 결합되어 있으며, 계속해서 진화하고 있다. 하지만 차세대 소형 셀 시스템은 이러한 요소들을 SoC(System-on-Chip)에 통합함으로써 고도로 집적화되고 있다.
통신 사업자는 주거지역 및 상업지역은 물론 대도시 및 지방의 공공장소에서 이동통신망의 커버리지를 넓히고, 수용능력을 개선하기 위해 소형 셀을 사용하고 있다. 점점 더 많은 고객들이 가정이나 직장, 심지어 유선전화가 있는 곳에서도, 언제 어디서나 모바일 폰을 이용하기를 원하고 있다. 또한 항시적으로 연결할 수 있는 유비쿼터스 커버리지 및 충분한 대역폭으로 편리하게 이용할 수 있는 혁신적인 모바일 데이터 서비스를 기대하고 있다.
데이터 사용량의 증가를 주도하면서 압도적인 우세를 보이는 곳은 실내이지만, 매크로셀 커버리지는 실내에서는 매우 취약하다. 따라서 소형 셀은 커버리지 및 수용능력 요구를 모두 보완하는데 있어 중요한 역할을 수행할 수 있다. 또한 소형 셀은 전화 끊김 현상이 적고, 데이터 속도도 뛰어나기 때문에 사용자들에게 높은 품질 만족도를 제공할 수 있다. 반면 사업자의 투자 및 운영 비용은 줄어들고, 부지임대 및 유지관리, 전력비용도 절감할 수 있다.
자일링스의 Zynq-7000 올 프로그래머블(All Pro-grammable) SoC는 FPGA 기반 하드웨어 프로그래머블 능력과 프로세서의 소프트웨어 프로그래머블 능력을 겸비하고 있어 탁월한 수준의 시스템 성능 및 유연성, 확장성은 물론, 전력감소, 비용절감, 시장출시 단축 등의 측면에서 획기적인 시스템 혜택을 얻을 수 있다. Zynq SoC는 하드웨어 프로그램은 물론 소프트웨어도 프로그램이 가능하며, 고객들에게 기존 SoC 프로세싱 솔루션 대비 뛰어난 프로그래머블 능력과 차별화를 제공할 수 있다. 표준 SoC는 소프트웨어 프로그램만 가능하기 때문에 디자인 유연성 및 차별화면에서 상당히 제한적이고, 진화하는 무선 표준에 효과적으로 대응하기에 역부족이다.
Zynq SoC는 LTE 소형 셀에 이상적
Zynq SoC의 고성능 프로그래머블 로직 및 ARM 프로세서는 고객들이 현세대 및 차세대 무선 장비에서 구현된 전송 대역폭보다 뛰어난 성능의 디자인을 구현할 수 있도록 해준다. 디자인 팀은 Zynq SoC 프로세싱 시스템에 프로토콜 스택을 구현할 수 있으며, 어떻게 구동되는지도 확인할 수 있다. 만약 너무 느리다면, 비바도(Vivado) 디자인 수트의 HLS(High-Level Synthesis)를 이용해 코드를 Zynq SoC의 프로그래머블 로직에서 구동하도록 Verilog나 VHDL로 변환할 수 있다. 이를 통해 일부 기능의 속도를 700배까지 높일 수 있는 것은 물론, 프로세서가 다른 작업을 더욱 빠르게 구동하도록 여유공간을 제공함으로써 전반적인 시스템 성능을 높일 수 있다.
대부분의 소형 셀은 발열 요건을 갖추어야 하는데, 가능한 쿨링 팬 없이 동작해야 한다. Zynq SoC는 전력소모가 매우 낮아 팬을 사용할 필요가 없을 뿐만 아니라 고가의 히트싱크가 필요하지 않다. 또한 자일링스는 전력 앰프 효율에 적합한 무선 IP를 제공하고 있는데, 이 IP는 디자인 팀이 소형 셀 구현 시 소모되는 전력을 보다 더 절감할 수 있도록 해준다.
HetNets(Heterogeneous Networks) 요구에 부합하기 위해 자일링스는 프로그램이 가능한 확장형 솔루션 포트폴리오를 갖추고 있으며, 구현 변경의 유연성 및 동일한 컴포넌트로 다중표준/다중대역 요구를 해결할 수 있는 능력과 보드공간 절감 등을 제공한다. 자일링스 실리콘은 고객들이 소형 셀이나 혹은 기존의 매크로셀 아키텍처를 디자인하든 상관없이 서로 다른 디바이스를 선택할 수 있도록 해준다. 차세대 Zynq SoC 디바이스는 보다 진보된 애플리케이션을 위해 추가적인 시스템 통합이 가능하다. 듀얼 ARM짋 CortexTM-A9 프로세서는 실시간 프로세싱 작업에 필요한 성능을 제공한다. 하나의 Cortex-A9은 실시간 운영 시스템을 구동할 수 있고, L1 제어를 관리할 수 있는 반면, 다른 Cortex-A9은 상위 레이어 기능의 일부 혹은 모든 기능을 구동할 수 있다.
성능 향상이 어려운 사용자 영역의 프로세싱은 하드웨어로 처리가 가능하다. 자일링스의 방대하면서도 최적화된 LTE 베이스밴드 기능 수트와 결합된 임베디드 7시리즈 FPGA 패브릭은 멀티코어 SoC와 비교해 전력소모는 줄이면서도 뛰어난 실시간 성능을 제공한다. 또한 이 패브릭은 L2 사용자 영역의 기능을 가속화하는데 사용할 수 있으며, ARM 프로세서를 오프로드함으로써 디자이너는 상위 레이어의 성능을 향상시키기 위해 이 패브릭 내에서 하드웨어를 가속화할 수 있는 유연성을 얻을 수 있다. 이 패브릭은 DUC/DDC(Digital Up-and Down Conversion) 및 옵션으로 CFR(Crest-Factor Reduction)과 DPD(Digital Predistortion)를 포함한 DFE(Digital Front-End) 기능을 통합할 수 있도록 해준다. 이러한 추가적인 통합으로 LTE 기지국 디자인에서 매우 중요한 전력소산을 줄이고, 전반적인 엔드-투-엔드 지연시간을 줄일 수 있다.
소형 셀을 위한 유연성
자일링스는 자일링스 LTE 베이스밴드로 공급이 가능한 Zynq SoC 기반 LTE 소형 셀 레퍼런스 디자인을 공급한다. 반면 고객이 원한다면, 자체 LTE 베이스밴드를 통합할 수도 있다. 또한 자일링스는 LTE 프로토콜 스택을 비롯해 RAN 보안, 백홀 IPSec, 타이밍 및 동기화, RoHC(Robust Header Compression)를 포함한 포괄적인 소프트웨어 솔루션을 제공한다.
PCIe 지원으로 LTE 소형 셀 SoC 디자인에 Wi-Fi 통합이 간편해졌다. 또한 고성능 프로세싱 기능 및 I/O는 Zynq SoC로 통합 무선 백홀을 갖춘 고성능 소형 셀 디자인을 수행하기에 적합하다. 이와 더불어 JESD204B 지원으로 LTE 소형 셀 SoC를 업계 선도적인 RF 트랜시버와 손쉽게 연결할 수 있게 되었다.
중저급 수용량의 소형 셀의 경우, Zynq SoC는 통합 PHY로 고도의 집적 솔루션을 구현할 수 있는데, 프로그래머블 로직(PL)으로 구현된 무선 플러스 L1 베이스밴드 및 상위 레이어 프로토콜 스택, 백홀 전송 관리, 타이밍 및 프로세싱 시스템(PS)에 구현된 PHY 제어 등이 통합 가능하다. PL은 수용능력을 극대화할 수 있도록 일부 상위 레이어 기능을 위해 하드웨어를 가속할 수도 있다.(경쟁제품과 차별화되는 핵심요소) Zynq SoC 제품군은 단일 칩 구현을 통해 여러 구축 시나리오를 해결할 수 있는 잠재적 능력을 갖추고 있다.
매우 큰 용량의 소형 셀의 경우, 현재 Zynq SoC 시리즈의 정해진 프로세싱 성능으로 자일링스는 무선 플러스 L1 베이스밴드를 PL에 구현하고, 관련 타이밍 및 제어 기능은 PS에 구현할 것을 제안한다. 다른 프로세서는 상위 레이어 프로토콜 스택 및 백홀 전송 관리를 처리할 수 있다.
-1.jpg)
그림 1의 상단 다이어그램은 일반적인 2 x 2(2T2R) LTE 소형 셀 디자인을 보여준다. 이러한 디자인의 보편적인 BOM(Bill of Materials)은 보통 3개의 칩을 포함하는데, 멀티코어 SoC, ASSP(DFE용), 그리고 남아있는 로직 및 메모리를 위한 소형 FPGA이다. 하단의 다이어그램은 LTE L2/L3 스택을 구동하는 듀얼 ARM Cortex-A9을 갖춘 하나의 Zynq SoC 디바이스(Z-7045와 같은)에 모든 것이 포함되었다. IPSec, 크립토, RoHC와 같은 L2 오프로드를 위한 하드웨어 가속과 더불어 LTE L1은 FPGA 패브릭에 통합되었다. 또한 FPGA 패브릭은 DFE(DPD, DUC, DDC, CFR)까지 포함하고 있다. 이러한 단일 칩 디자인을 구현함으로써 최적화된 프로세싱으로 칩-투-칩 지연시간을 줄일 수 있었다. BOM 비용은 25% 절감할 수 있었고, 시스템 성능은 두 배로 향상되었으며, 전체 전력소모는 35%까지 줄어들었다.
LTE 소형 셀 기지국 디자인은 저비용, 저전력, 고집적 및 높은 안정성을 요구한다. 완벽한 통합과 확장성, 유연성은 이러한 목표를 달성하는데 있어 매우 중요하다. 듀얼 코어 ARM 프로세서 서브 시스템과 높은 시스템 성능 및 저전력 프로그래머블 로직을 갖춘 Zynq-7000 올 프로그래머블 SoC는 현재 및 미래의 소형 셀 요건에 부합할 수 있는 비용 효과적인 솔루션이다.
|
|||||
Send to a colleague | 
Print this document
Zynq SoC - 단일 칩으로 LTE 소형 셀 디자인 구축
기자 : 뉴스관리자 기자