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隨著全球廣泛覆蓋、穩(wěn)固的基礎(chǔ)架構(gòu)演進以及各種手機對Edge功能的支持,Edge技術(shù)正日趨成熟。據(jù)3G美國貿(mào)易集團統(tǒng)計,全球有120多個國家230多家運營商在他們的GSM網(wǎng)絡中不同程度地部署了Edge技術(shù),其中90多個國家160個運營商正在提供商用服務。低成本的基礎(chǔ)架構(gòu)升級以及一些主要的中到高端手機中Edge功能的實現(xiàn),為Edge部署提供了誘人的性價比優(yōu)勢。
Edge技術(shù)給無線鏈路帶來的關(guān)鍵革新包括引入較高級調(diào)制方式(8PSK),多代碼調(diào)制方案MCS1-9(允許系統(tǒng)根據(jù)工作條件作調(diào)整),以及通過組合不同傳輸數(shù)據(jù)提供鏈路增益的增量冗余特性等。因此Edge能夠提高數(shù)據(jù)速率,理論峰值速率可達,并且能有效擴展數(shù)據(jù)容量,其平均增益超過GPRS三倍。此外,Edge極大地改善了無線性能。它支持與通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)相同的服務質(zhì)量(QoS)架構(gòu),能夠通過3GPP版本提供更好的服務。
Edge除了能顯著改善現(xiàn)有GSM/GPRS網(wǎng)絡性能,還能與其它無線接入技術(shù)(如UMTS和3GPP LTE)共存。導致Edge成功的另外一個重要因素是無線數(shù)據(jù)服務的引入。Edge提供的更高數(shù)據(jù)速率滿足了用戶對無線email和音樂/視頻等內(nèi)容下載的要求,可進一步擴展到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議多媒體子系統(tǒng)(IPMS)和企業(yè)級應用。
Edge技術(shù)還將進一步演進,有關(guān)標準組織已經(jīng)開展了這方面的工作,并準備通過Geran(GSM/Edge無線接入網(wǎng)絡)提高Edge性能。版本7中的新功能旨在提高峰值數(shù)據(jù)速率、頻譜效率和容量,減少延遲,并實現(xiàn)數(shù)據(jù)和語音的同時傳送。有許多新技術(shù)可以考慮使用,包括較高級調(diào)制方案(如16-QAM),通過雙無線信道接收以及下行鏈路信號的分集接收等。演進的Edge技術(shù)對運營商頗具吸引力,因為它能提供相當于3G系統(tǒng)的效率,而只需現(xiàn)有的頻譜執(zhí)照。
Edge技術(shù)給無線手機平臺提出了諸多挑戰(zhàn)。一方面,新標準的復雜性對運算和存儲提出了更高的要求。另一方面,商用化壓力要求手機平臺能以極具競爭力功耗水平,以及與成熟技術(shù)(如GSM/GPRS)相當?shù)某杀緛硖峁└叩娜萘克健獙@些挑戰(zhàn)的方法有很多,這些方法依賴于基礎(chǔ)技術(shù)的可用性和設計團隊的創(chuàng)新能力。手機平臺的優(yōu)化需要考慮如下因素:
.先進的半導體制造工藝
.多核數(shù)字基帶架構(gòu)
.更高的集成度,包括在單芯片上集成內(nèi)核/存儲器,以及集成混合信號和射頻
.多芯片封裝技術(shù)
.利用軟件優(yōu)化技術(shù)降低功耗
.利用軟件可配置平臺實現(xiàn)靈活的手機設計
無線手機的多核架構(gòu)從20世紀90年代末期就已經(jīng)成熟,并已從語音為中心的GSM過渡到面向數(shù)據(jù)的GPRS平臺。不過為了滿足Edge數(shù)據(jù)接收器設計中日益復雜的算法,芯片組解決方案必須引入新的功能以滿足信號運算與處理部分的要求。
圖(a):多核平臺頂層框圖; (b):Edge手機芯片組劃分
Edge為“低于100MHz的”處理器提供了明確的分界線,這些處理器已經(jīng)無法滿足物理層的要求,因而需要特殊的硬件加速器或協(xié)處理器。
根據(jù)軟硬件劃分,部分或全部運算任務可以卸載給硬件模塊完成,一般在軟件中保留關(guān)鍵參數(shù)的運算和預濾波。此外,數(shù)據(jù)接收器的關(guān)鍵性能數(shù)字是接收器設計中同步能力以及干擾抑制濾波技術(shù)的函數(shù)。
隨著蜂窩基帶處理器中所使用的DSP處理器速率超過200MHz,Edge數(shù)據(jù)接收器可以完全采用軟件來實現(xiàn),從而能靈活地適應標準變化,并可針對現(xiàn)場測試案例和運營商驗證情況進行調(diào)整。數(shù)據(jù)接收器采用低功率內(nèi)核設計實現(xiàn),可使整個系統(tǒng)功率等同于甚至優(yōu)于GPRS數(shù)字基帶芯片組,且保持高度靈活性。
軟件Edge實現(xiàn)優(yōu)于手機硬件設計,除了能夠保持一貫的穩(wěn)定性外,在多供應商基礎(chǔ)設施上使用的驗證和互操作性測試過程方面也進一步優(yōu)化了性能。這種極具性價比和高功效的解決方案可以滿足嚴格的無線手機要求。另外,隨著標準的發(fā)展,下一代軟件平臺將允許添加各種性能增強技術(shù),范圍從增強型Edge的專有算法到單天線干擾抵消或Edge演進要素等先進處理技術(shù)。
一些高端應用對手機功能提出越來越高的要求,包括從音頻到視頻以及基于圖像的業(yè)務。在這些領(lǐng)域,性能取決于MCU內(nèi)核資源:通常基于ARM7內(nèi)核的解決方案是具有高度優(yōu)化的通信平臺,適合數(shù)據(jù)卡和入門級手機,但要求對多媒體功能要有硬件支持,采用專用的DSP內(nèi)核或硬件加速支持音頻/視頻。
下一代多媒體功能將由功能更強大的ARM9內(nèi)核和增強型DSP內(nèi)核共同實現(xiàn)。
圖1所示為一個典型多核解決方案,含有一個DSP子系統(tǒng),該子系統(tǒng)由DSP內(nèi)核、L1代碼和數(shù)據(jù)存儲器(可配置為高速緩存或SRAM)、統(tǒng)一的L2存儲器和一系列DSP外設組成。DSP子系統(tǒng)用于處理信道均衡、數(shù)據(jù)接收器和語音編/解碼功能。如果在處理完這些任務后還有“多余”的Mips能力,DSP子系統(tǒng)還能執(zhí)行一些多媒體功能,而且功耗通常比MCU低,因為針對這種操作DSP有更好的指令集。
MCU子系統(tǒng)由微控制器內(nèi)核和高速緩存組成。源自高級RISC機的ARM內(nèi)核幾乎通用于MCU模塊。專用總線子系統(tǒng)支持連接顯示器和圖像捕獲設備的多媒體接口。該子系統(tǒng)包括一個并行外設接口控制器,支持多比特照相傳感器或視頻輸入接口,以及用于并行液晶顯示器的專用外部總線接口,從而消除了噪聲和外部主要存儲器接口的加載過程。多媒體接口器件的數(shù)據(jù)移動要求可以通過多通道直接存儲器存取控制器(DMAC)實現(xiàn),該控制器支持各種必要的視頻格式。
Edge手機的典型功能劃分如圖2所示。芯片組包括射頻發(fā)送/接收部分、帶混合信號和電源管理模塊的模擬基帶以及數(shù)字基帶。一個完整的手機設計包括芯片組、存儲器模塊、應用模塊(照相機、顯示器等)和藍牙、安全數(shù)字或多媒體卡(MMC)等外設。
上述方案基于一種被驗證的且穩(wěn)定的平臺劃分方法,采用目前的工藝和封裝技術(shù)實現(xiàn)性價比極高。同時,該平臺的功耗無論是在工作還是待機狀態(tài)都極具競爭力,這是通過集成電源管理和數(shù)字基帶上的架構(gòu)選擇來實現(xiàn)的。
這種架構(gòu)方法允許使用系統(tǒng)級封裝或系統(tǒng)級芯片技術(shù)無縫移植到更高層集成環(huán)境,而這是轉(zhuǎn)向下一代半導體工藝節(jié)點(65nm)所不可避免的。
除了提供Edge解決方案外,該平臺的可升級性還可將架構(gòu)擴展到多模式操作。例如,所推薦的平臺很容易擴展到TD-SCDMA標準,它還能針對各種使用要求達到必要的速度；提供靈活的功耗；高效處理控制代碼；支持編譯器優(yōu)化以提高代碼質(zhì)量。此外,該平臺直接受益于數(shù)年來在GSM、GPRS和Edge的性能/成本改進和功耗降低方面的投資,包括使用動態(tài)電壓調(diào)整使功耗與處理器性能相匹配,使用直接轉(zhuǎn)換接收器和Σ-Δ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等先進射頻和混合信號技術(shù)。
采用上述Edge平臺解決方案設計的TD-SCDMA方案在性能方面已經(jīng)成為近年來現(xiàn)場試驗中的佼佼者。該平臺的可升級性可幫助手機開發(fā)人員開發(fā)出更具競爭力的產(chǎn)品。
作者:Zoran Zvonar
系統(tǒng)技術(shù)部經(jīng)理
美國模擬器件公司
