Edge技術(shù)給無線手機(jī)平臺(tái)帶來設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

隨著全球廣泛覆蓋、穩(wěn)固的基礎(chǔ)架構(gòu)演進(jìn)以及各種手機(jī)對(duì)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(tuán)統(tǒng)計(jì)，全球有120多個(gè)國家230多家運(yùn)營商在他們的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(yùn)營商正在提供商用服務(wù)。低成本的基礎(chǔ)架構(gòu)升級(jí)以及一些主要的中到高端手機(jī)中Edge功能的實(shí)現(xiàn)，為Edge部署提供了誘人的性價(jià)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(jí)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(dá)473.6kbps，并且能有效擴(kuò)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(dòng)電信系統(tǒng)(UMTS)相同的服務(wù)質(zhì)量(QoS)架構(gòu)，能夠通過3GPP版本提供更好的服務(wù)。

Edge除了能顯著改善現(xiàn)有GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)性能，還能與其它無線接入技術(shù)(如UMTS和3GPP LTE)共存。導(dǎo)致Edge成功的另外一個(gè)重要因素是無線數(shù)據(jù)服務(wù)的引入。Edge提供的更高數(shù)據(jù)速率滿足了用戶對(duì)無線email和音樂/視頻等內(nèi)容下載的要求，可進(jìn)一步擴(kuò)展到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議多媒體子系統(tǒng)(IPMS)和企業(yè)級(jí)應(yīng)用。

Edge技術(shù)還將進(jìn)一步演進(jìn)，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)開展了這方面的工作，并準(zhǔn)備通過Geran(GSM/Edge無線接入網(wǎng)絡(luò))提高Edge性能。版本7中的新功能旨在提高峰值數(shù)據(jù)速率、頻譜效率和容量，減少延遲，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和語音的同時(shí)傳送。有許多新技術(shù)可以考慮使用，包括較高級(jí)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(hào)的分集接收等。演進(jìn)的Edge技術(shù)對(duì)運(yùn)營商頗具吸引力，因?yàn)樗芴峁┫喈?dāng)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(jī)平臺(tái)提出了諸多挑戰(zhàn)。一方面，新標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性對(duì)運(yùn)算和存儲(chǔ)提出了更高的要求。另一方面，商用化壓力要求手機(jī)平臺(tái)能以極具競爭力功耗水平，以及與成熟技術(shù)(如GSM/GPRS)相當(dāng)?shù)某杀緛硖峁└叩娜萘克?。?yīng)對(duì)這些挑戰(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(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新能力。手機(jī)平臺(tái)的優(yōu)化需要考慮如下因素：

.先進(jìn)的半導(dǎo)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(chǔ)器，以及集成混合信號(hào)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(tái)實(shí)現(xiàn)靈活的手機(jī)設(shè)計(jì)

無線手機(jī)的多核架構(gòu)從20世紀(jì)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(tái)。不過為了滿足Edge數(shù)據(jù)接收器設(shè)計(jì)中日益復(fù)雜的算法，芯片組解決方案必須引入新的功能以滿足信號(hào)運(yùn)算與處理部分的要求。

圖(a)：多核平臺(tái)頂層框圖; (b)：Edge手機(jī)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(yùn)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(shù)的運(yùn)算和預(yù)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)，從而能靈活地適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)變化，并可針對(duì)現(xiàn)場測試案例和運(yùn)營商驗(yàn)證情況進(jìn)行調(diào)整。數(shù)據(jù)接收器采用低功率內(nèi)核設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，可使整個(gè)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(shí)現(xiàn)優(yōu)于手機(jī)硬件設(shè)計(jì)，除了能夠保持一貫的穩(wěn)定性外，在多供應(yīng)商基礎(chǔ)設(shè)施上使用的驗(yàn)證和互操作性測試過程方面也進(jìn)一步優(yōu)化了性能。這種極具性價(jià)比和高功效的解決方案可以滿足嚴(yán)格的無線手機(jī)要求。另外，隨著標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，下一代軟件平臺(tái)將允許添加各種性能增強(qiáng)技術(shù)，范圍從增強(qiáng)型Edge的專有算法到單天線干擾抵消或Edge演進(jìn)要素等先進(jìn)處理技術(shù)。

一些高端應(yīng)用對(duì)手機(jī)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(wù)。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(tái)，適合數(shù)據(jù)卡和入門級(jí)手機(jī)，但要求對(duì)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(qiáng)大的ARM9內(nèi)核和增強(qiáng)型DSP內(nèi)核共同實(shí)現(xiàn)。

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(tǒng)，該子系統(tǒng)由DSP內(nèi)核、L1代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(可配置為高速緩存或SRAM)、統(tǒng)一的L2存儲(chǔ)器和一系列DSP外設(shè)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(wù)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?yàn)獒槍?duì)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(jí)RISC機(jī)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(shè)備的多媒體接口。該子系統(tǒng)包括一個(gè)并行外設(shè)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(chǔ)器接口的加載過程。多媒體接口器件的數(shù)據(jù)移動(dòng)要求可以通過多通道直接存儲(chǔ)器存取控制器(DMAC)實(shí)現(xiàn)，該控制器支持各種必要的視頻格式。

Edge手機(jī)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(hào)和電源管理模塊的模擬基帶以及數(shù)字基帶。一個(gè)完整的手機(jī)設(shè)計(jì)包括芯片組、存儲(chǔ)器模塊、應(yīng)用模塊(照相機(jī)、顯示器等)和藍(lán)牙、安全數(shù)字或多媒體卡(MMC)等外設(shè)。

上述方案基于一種被驗(yàn)證的且穩(wěn)定的平臺(tái)劃分方法，采用目前的工藝和封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)性價(jià)比極高。同時(shí)，該平臺(tái)的功耗無論是在工作還是待機(jī)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(shí)現(xiàn)的。

這種架構(gòu)方法允許使用系統(tǒng)級(jí)封裝或系統(tǒng)級(jí)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(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)(65nm)所不可避免的。

除了提供Edge解決方案外，該平臺(tái)的可升級(jí)性還可將架構(gòu)擴(kuò)展到多模式操作。例如，所推薦的平臺(tái)很容易擴(kuò)展到TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，它還能針對(duì)各種使用要求達(dá)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(tái)直接受益于數(shù)年來在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(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(jìn)射頻和混合信號(hào)技術(shù)。

采用上述Edge平臺(tái)解決方案設(shè)計(jì)的TD-SCDMA方案在性能方面已經(jīng)成為近年來現(xiàn)場試驗(yàn)中的佼佼者。該平臺(tái)的可升級(jí)性可幫助手機(jī)開發(fā)人員開發(fā)出更具競爭力的產(chǎn)品。