本發(fā)明涉及協(xié)議棧技術領域，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：

面向5G（第五代移動電話行動通信標準）的終端平臺設計中，協(xié)議棧的實現(xiàn)是關鍵因素，目前有兩種方式來實現(xiàn)協(xié)議棧的功能。

一是GPP(general purpose processor， 通用處理器)平臺基本上都是在Intel的X86平臺上運行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，實現(xiàn)較方便，但實時性以及吞吐量上沒有保證。同時面向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，混合自動重傳請求）的時間也要求更嚴格，因此，此方法在5G平臺中很難滿足需求。

二是商用的LTE平臺物理層代碼基本上是由FPGA（Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列）、DSP（數(shù)字信號處理）來完成的，性能比較好。但開發(fā)成本和周期都很長，且某個功能的升級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現(xiàn)面向5G的協(xié)議棧開發(fā)，現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術的不足之處，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)議棧的實現(xiàn)方式很難滿足5G平臺的需求、功能升級換代需要更新的代碼較多的問題。

本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案如下：

一種面向5G的協(xié)議棧多維度切分方法，其包括：

步驟A、對協(xié)議棧中的MAC層進行切分，將物理層和MAC層的HARQ實體一起放到預設物理資源中進行處理；

步驟B、根據(jù)計算量和功能需求將物理層的相關部分模塊移動到FPGA中進行處理。

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、對協(xié)議棧中的MAC層進行切分，將MAC層的HARQ實體分開；

步驟A2、將切分后的MAC層的HARQ實體和物理層在一個載波模塊實體中實現(xiàn)，將物理層和MAC層的HARQ實體一起放到預設物理資源中進行處理。

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，將物理層中計算量大于預設值的部分模塊移動到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，所述計算量大于預設值的部分模塊包括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，將物理層中進行數(shù)據(jù)信道的預編碼的模塊移動到FPGA的射頻板卡里。

一種實現(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模塊；

所述切分模塊對協(xié)議棧中的MAC層進行切分，將物理層和MAC層的HARQ實體一起放到預設物理資源中進行處理；移動模塊根據(jù)計算量和功能需求將物理層的相關部分模塊移動到FPGA中進行處理。

相較于現(xiàn)有技術，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、對協(xié)議棧中的MAC層進行切分，將物理層和MAC層的HARQ實體一起放到預設物理資源中進行處理；步驟B、根據(jù)計算量和功能需求將物理層的相關部分模塊移動到FPGA中進行處理。通過多維度的切分來合理利用實體資源，同時在小維度的范圍內可以靈活配置和調度模塊的位置，在FPGA中進行處理能滿足5G平臺對HARQ的時間要求，方便了功能升級換代時的代碼調試，從而解決了現(xiàn)有協(xié)議棧的實現(xiàn)方式很難滿足5G平臺的需求、功能升級換代需要更新的代碼較多的問題；在保證性能的基礎上降低了對硬件配置的要求。

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部分模塊移動到FPGA中的一實施例的示意圖。

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

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體資源，同時在小維度的范圍內可以靈活配置和調度模塊的位置，在保證性能的基礎上降低了對硬件配置的要求。為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請同時參閱圖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、對協(xié)議棧中的MAC層進行切分，將物理層和MAC層的HARQ實體一起放到預設物理資源中進行處理；

S200、根據(jù)計算量和功能需求將物理層的相關部分模塊移動到FPGA中進行處理。

如圖2所示，Application （應用程序）運行在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個子層，即PDCP、RLC、MAC?；赑DCP和RLC， MAC中非HARQ實體的模塊對硬件資源的比物理層要低。將協(xié)議棧的MAC分開的處理方式對延時影響小，本實施例是從MAC層進行劃分，將MAC層的HARQ實體分開，將切分后的MAC層的HARQ實體和物理層在一個載波模塊實體（CCe）中實現(xiàn)，將物理層和MAC層的HARQ實體一起放到預設物理資源（如FPGA或DSP）中處理，物理層對硬件要求很高，需要實時處理；而層2、層3對硬件的要求低些。這樣劃分的好處在于應用層，考慮到后續(xù)對C-RAN（是基于集中化處理（Centralized Processing），協(xié)作式無線電（Collaborative Radio）和實時云計算構架（Real-time Cloud Infrastructure）的綠色無線接入網構架（Clean system））和云計算的支持，不同基站的這些模塊可以匯聚和基層到某一服務器實體中實現(xiàn)。對于UE（user equipment，終端）來說可以減少手機處理器的計算資源。

圖2中的虛線表示切分線，左邊的虛線表示從哪個節(jié)點進行切分，切分后新組成的模塊（以方框表示）包括了MAC層的HARQ實體和物理層的整個模塊，此處稱之為CCe。右邊的框圖即表示CCe的內部結構。MAC層切分的接口如圖2所示為G比特的以太網口，因此，數(shù)據(jù)終端設備（DataTerminal Equipment）通過G以太網交換機（Gb Ethemet switch）連接載波模塊實體。一個載波模塊實體包括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模塊對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。圖2中RF IC為射頻芯片。

需要理解的是，本實施例提供的是一種多維度、分層次來進行協(xié)議棧切分的方法，其中具體哪個節(jié)點進行切分可根據(jù)實際需求改變，即將對硬件資源要求較高的模塊組合在一起，如本實施例是從MAC層進行劃分，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CCe實體中，將物理層的哪部分模塊移動到FPGA中，是要根據(jù)GPP板卡的處理能力，某個feature對性能的要求，F(xiàn)PGA模塊的處理能力，以及接口實現(xiàn)的難易程度來進行綜合考慮的。如圖3所示，高維度的劃分是以平臺的計算資源分布來定奪的，即將計算量大于預設值的部分模塊移動到FPGA的射頻板卡里面。例如，將本來在GPP模塊中實現(xiàn)的計算量較大的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）轉移到FPGA里執(zhí)行，變相的在PCIe中采用頻率數(shù)據(jù)來進行傳輸，數(shù)據(jù)速率會低。另外，F(xiàn)PGA優(yōu)化過的IP庫對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。在具體實施時，還可以將FFT和Turbe 編解碼的相關模塊移動到FPGA中進行處理。

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

需要理解的是，物理層中并不是任何一個模塊都可以隨便移動到FPGA中進行處理，需要考慮時延，HARQ等協(xié)議定義的處理時間的要求。在具體實施時，可在切分前期建立一個物理層模型，對此物理層模型進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對時延和HARQ的要求。

進一步實施例中，載波模塊實體中部分FPGA資源還可預留做射頻模塊的控制?；贔PGA中增加了物理層的相關部分模塊，則開機后，GPP模塊對射頻板卡的基本配置流程為：

步驟1、進行FPGA比特流下載；

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

步驟3、Linux操作系統(tǒng)識別FPGA板卡；

步驟4、在GPP板卡中啟動openair_rf.ko驅動；

步驟5、驅動從DDR3中引導應用程序并啟動該應用；

步驟6、在GPP板卡中運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，再從GPP板卡中發(fā)送配置信息并啟動配置；

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

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和移動模塊20；所述切分模塊10對協(xié)議棧中的MAC層進行切分，將物理層和MAC層的HARQ實體一起放到預設物理資源中進行處理；移動模塊根據(jù)計算量和功能需求將物理層的相關部分模塊移動到FPGA中進行處理。

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

應當理解的是，本發(fā)明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。