Edge技術(shù)給無(wú)線(xiàn)手機平臺帶來(lái)設計挑戰

隨著(zhù)全球廣泛覆蓋、穩固的基礎架構演進(jìn)以及各種手機對Edge功能的支持，Edge技術(shù)正日趨成熟。據3G美國貿易集團統計，全球有120多個(gè)國家230多家運營(yíng)商在他們的GSM網(wǎng)絡(luò )中不同程度地部署了Edge技術(shù)，其中90多個(gè)國家160個(gè)運營(yíng)商正在提供商用服務(wù)。低成本的基礎架構升級以及一些主要的中到高端手機中Edge功能的實(shí)現，為Edge部署提供了誘人的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢。

Edge技術(shù)給無(wú)線(xiàn)鏈路帶來(lái)的關(guān)鍵革新包括引入較高級調制方式(8PSK)，多代碼調制方案MCS1-9(允許系統根據工作條件作調整)，以及通過(guò)組合不同傳輸數據提供鏈路增益的增量冗余特性等。因此Edge能夠提高數據速率，理論峰值速率可達473.6kbps，并且能有效擴展數據容量，其平均增益超過(guò)GPRS三倍。此外，Edge極大地改善了無(wú)線(xiàn)性能。它支持與通用移動(dòng)電信系統(UMTS)相同的服務(wù)質(zhì)量(QoS)架構，能夠通過(guò)3GPP版本提供更好的服務(wù)。

Edge除了能顯著(zhù)改善現有GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò )性能，還能與其它無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)(如UMTS和3GPP LTE)共存。導致Edge成功的另外一個(gè)重要因素是無(wú)線(xiàn)數據服務(wù)的引入。Edge提供的更高數據速率滿(mǎn)足了用戶(hù)對無(wú)線(xiàn)email和音樂(lè )/視頻等內容下載的要求，可進(jìn)一步擴展到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議多媒體子系統(IPMS)和企業(yè)級應用。

Edge技術(shù)還將進(jìn)一步演進(jìn)，有關(guān)標準組織已經(jīng)開(kāi)展了這方面的工作，并準備通過(guò)Geran(GSM/Edge無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò ))提高Edge性能。版本7中的新功能旨在提高峰值數據速率、頻譜效率和容量，減少延遲，并實(shí)現數據和語(yǔ)音的同時(shí)傳送。有許多新技術(shù)可以考慮使用，包括較高級調制方案(如16-QAM)，通過(guò)雙無(wú)線(xiàn)信道接收以及下行鏈路信號的分集接收等。演進(jìn)的Edge技術(shù)對運營(yíng)商頗具吸引力，因為它能提供相當于3G系統的效率，而只需現有的頻譜執照。

Edge技術(shù)給無(wú)線(xiàn)手機平臺提出了諸多挑戰。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)相當的成本來(lái)提供更高的容量水平。應對這些挑戰的方法有很多，這些方法依賴(lài)于基礎技術(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(jìn)的半導體制造工藝

.多核數字基帶架構

.更高的集成度，包括在單芯片上集成內核/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(shí)現靈活的手機設計

無(wú)線(xiàn)手機的多核架構從20世紀90年代末期就已經(jīng)成熟，并已從語(yǔ)音為中心的GSM過(guò)渡到面向數據的GPRS平臺。不過(guò)為了滿(mǎn)足Edge數據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(mǎn)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(xiàn)，這些處理器已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)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。

根據軟硬件劃分，部分或全部運算任務(wù)可以卸載給硬件模塊完成，一般在軟件中保留關(guān)鍵參數的運算和預濾波。此外，數據接收器的關(guān)鍵性能數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。

隨著(zhù)蜂窩基帶處理器中所使用的DSP處理器速率超過(guò)200MHz，Edge數據接收器可以完全采用軟件來(lái)實(shí)現，從而能靈活地適應標準變化，并可針對現場(chǎng)測試案例和運營(yíng)商驗證情況進(jìn)行調整。數據接收器采用低功率內核設計實(shí)現，可使整個(gè)系統功率等同于甚至優(yōu)于GPRS數字基帶芯片組，且保持高度靈活性。

軟件Edge實(shí)現優(yōu)于手機硬件設計，除了能夠保持一貫的穩定性外，在多供應商基礎設施上使用的驗證和互操作性測試過(guò)程方面也進(jìn)一步優(yōu)化了性能。這種極具性?xún)r(jià)比和高功效的解決方案可以滿(mǎn)足嚴格的無(wú)線(xiàn)手機要求。另外，隨著(zhù)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(zhuān)有算法到單天線(xiàn)干擾抵消或Edge演進(jìn)要素等先進(jìn)處理技術(shù)。

一些高端應用對手機功能提出越來(lái)越高的要求，包括從音頻到視頻以及基于圖像的業(yè)務(wù)。在這些領(lǐng)域，性能取決于MCU內核資源：通?；贏(yíng)RM7內核的解決方案是具有高度優(yōu)化的通信平臺，適合數據卡和入門(mén)級手機，但要求對多媒體功能要有硬件支持，采用專(zhuān)用的DSP內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內核和增強型DSP內核共同實(shí)現。

圖1所示為一個(gè)典型多核解決方案，含有一個(gè)DSP子系統，該子系統由DSP內核、L1代碼和數據存儲器(可配置為高速緩存或SRAM)、統一的L2存儲器和一系列DSP外設組成。DSP子系統用于處理信道均衡、數據接收器和語(yǔ)音編/解碼功能。如果在處理完這些任務(wù)后還有“多余”的Mips能力，DSP子系統還能執行一些多媒體功能，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子系統由微控制器內核和高速緩存組成。源自高級RISC機的ARM內核幾乎通用于MCU模塊。專(zhuān)用總線(xiàn)子系統支持連接顯示器和圖像捕獲設備的多媒體接口。該子系統包括一個(gè)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(zhuān)用外部總線(xiàn)接口，從而消除了噪聲和外部主要存儲器接口的加載過(guò)程。多媒體接口器件的數據移動(dòng)要求可以通過(guò)多通道直接存儲器存取控制器(DMAC)實(shí)現，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字基帶。一個(gè)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、安全數字或多媒體卡(MMC)等外設。

上述方案基于一種被驗證的且穩定的平臺劃分方法，采用目前的工藝和封裝技術(shù)實(shí)現性?xún)r(jià)比極高。同時(shí)，該平臺的功耗無(wú)論是在工作還是待機狀態(tài)都極具競爭力，這是通過(guò)集成電源管理和數字基帶上的架構選擇來(lái)實(shí)現的。

這種架構方法允許使用系統級封裝或系統級芯片技術(shù)無(wú)縫移植到更高層集成環(huán)境，而這是轉向下一代半導體工藝節點(diǎn)(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年來(lái)在GSM、GPRS和Edge的性能/成本改進(jìn)和功耗降低方面的投資，包括使用動(dòng)態(tài)電壓調整使功耗與處理器性能相匹配，使用直接轉換接收器和Σ-Δ數據轉換器等先進(jìn)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(lái)現場(chǎng)試驗中的佼佼者。該平臺的可升級性可幫助手機開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)出更具競爭力的產(chǎn)品。