[发明专利]4G宽带通信系统多核并行流水线信号的处理系统和方法

权利要求书

1.一种基于通用处理器GPP（General Purpose Processor）的4G宽带通信系统多核并行流水线信号处理系统，其特征在于：为满足4G通信系统实时性的严格要求，该系统采用基于GPP的流水线处理模式对通信数据进行处理，以便既能满足时延要求，又为每个或每级信号处理任务增加了时间安全富裕量；该系统设有：计算资源池，存储单元和多核流水线调度器三个部件，其中：

计算资源池，作为该系统的计算中心，负责所有无线信号的处理：当资源池中的某个通用处理器被调度器调度而处理物理层信号时，该通用处理器就加载LTE物理层算法库模块，运行其中算法进行物理层信号处理；当通用处理器被调度器调度执行上层协议处理时，该通用处理器又加载上层协议处理模块，进行高层的信息处理，并将完成处理后的信息存入内存中；设有三个部件：多核通用处理器组，LTE物理层算法库模块和LTE上层协议处理模块；

存储单元，为大容量内存，用于缓存未处理的数据和中间处理过程中的数据，其与计算资源池中的每个GPP都设有一条专用于数据交换的数据总线；当调度器将数据按照分片存入存储单元后，就利用调度算法调用多个核对每个分片数据进行处理；被调用的核接收到指令后，通过数据总线将其所需的数据从存储单元取出并进行处理，且在完成处理后，再将处理后的数据存入存储单元的另一个区域，以供其他核使用或通过调度器发往前端；

多核流水线调度器，作为该系统的控制中心，负责执行两项功能：数据分片和核调度：先负责将前端传来的未处理的数据按照子帧或OFDM符号划分为不同粒度的分片，再以分片数据为单位存入存储单元；当多个核都要对同一个分片数据进行读写时，该调度器应备份多个分片数据，或对其加锁以实现保护；再根据各核上报的运行信息，并兼顾各个分片数据的数据量大小、以及各个核的数据共享难易程度执行调度算法，将多个核进行分组，使得每组核形成一条用于处理一个分片数据的流水线，每个核或多个核负责一级流水线，每级流水线对应一个处理任务，这样每个分片数据到来时，都有一条流水线等待对其进行处理；完成任务的核被调度形成新的流水线或立即进入待机状态，以降低功耗；当数据处理完毕后，调度器从存储单元取出处理后的数据，发往前端。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述计算资源池的三个部件功能如下：

多核通用处理器组，设有多个多核通用处理器，负责完成复杂的计算任务，且每个通用处理器都能运行LTE物理层算法库模块的算法和LTE上层协议处理模块的功能；该通用处理器中的每个核能够单独受控于多核流水线调度器，用于执行内嵌的包括比特级算法中的信道译码或扰码的某个或多个算法，以使多核流水线调度器能灵活分割任务，并调用多个核来组成一条流水线；

LTE物理层算法库模块，用于存储实现物理层处理功能所需要用到的各种算法，包括：Turbo码的编译码、快速傅里叶变换FFT（Fast Fourier Transformation）、MIMO信号检测、软解调和速率匹配的各种算法，以及包括单指令多数据SIMD（Single Instruction Multiple Data）指令集、查找表LUT（Look-up Table）、多核多CPU并行处理的多种优化算法；其中，SIMD指令集是一种能够明显提高系统性能的隐式的并行算法；

LTE上层协议处理模块，负责选择其内置的各单元执行LTE上层协议处理：

非接入层NAS（Non Access Stratum）处理单元：支持移动性管理功能和用户平面激活、修改和释放功能，执行演进分组系统EPS（Evolved Packet System）的承载管理、鉴权、空间状态下的移动性处理、寻呼与安全控制功能；

无线资源控制层RRC（Radio Resource Control）处理单元：用于执行广播、寻呼、RRC连接管理、无线承载资源块RB（Resource Block）管理、移动性管理、密钥管理、用户设备UE（User Equipment）测量报告与控制、多媒体广播多播服务MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）控制、NAS消息直传、服务质量QoS（Quality of Service）管理的多项功能；

分组数据汇聚层PDCP（Packet Data Convergence Protocol）处理单元：用于执行头压缩、数据传输、加密和完整性保护的功能；

无线链路控制层RLC（Radio Link Control）处理单元：负责执行分段与连接、重传处理，及对高层数据的顺序传送的功能；

媒体访问控制层MAC（Media Access Control）处理单元：负责处理混合自动重传请求HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）与上下行调度的功能。