無線基帶演進(jìn)――4G調(diào)制解調(diào)器的多種設(shè)計方案

在4G無線基帶的演進(jìn)中，目前有兩大不斷發(fā)展的技術(shù)在爭逐領(lǐng)導(dǎo)地位，這就是LTE和WiMAX。WiMAX 的定位是計算設(shè)備和M2M的首選技術(shù)，以及為尚未發(fā)展的地區(qū)提供固定無線聯(lián)機(jī)網(wǎng)絡(luò)，并獲得英特爾(Intel)和其它多家公司領(lǐng)導(dǎo)的WiMAX論壇支持。 LTE則沿著“GSM”的路線，朝手機(jī)寬帶的路線演進(jìn)而來，由第三代合作伙伴項目(3GPP)支持，并被包括高通(Qualcomm)、意法-愛立信 (ST-Ericsson)、Verizon、Vodafone在內(nèi)的眾多基帶OEM廠商和運(yùn)營商所采納。最終哪項標(biāo)準(zhǔn)會獲勝尚是未知之?dāng)?shù)，不過結(jié)果極有可能是兩者共存，在不同地區(qū)服務(wù)不同的用戶群。為了確保這兩個標(biāo)準(zhǔn)都被4G調(diào)制解調(diào)器所支持，市場便需要一種能夠同時滿足在兩種技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖的靈活解決方案。

移動調(diào)制解調(diào)器的發(fā)展所面對的限制，不單限于越來越復(fù)雜無線標(biāo)準(zhǔn)。今天的智能電話必須支持多個無線接口。除WiMAX 和/或 LTE之外， 4G移動設(shè)備還需支持大量無線接口，如GSM、GPRS、EDGE、W-CMDA、HSPA和最新推出的HSPA+等。

由于無線基帶市場的未來不可預(yù)見，致使芯片供貨商所面臨的環(huán)境十分嚴(yán)苛。開發(fā)成本和多個變化中的標(biāo)準(zhǔn)，使終端調(diào)制解調(diào)器的傳統(tǒng)硬連線設(shè)計方法要面對更大的風(fēng)險。譬如供貨商開發(fā)出的芯片有可能瞄準(zhǔn)了錯誤的標(biāo)準(zhǔn)，最終可能導(dǎo)致解決方案在發(fā)表之前就慘遭淘汰。更重要的是，硬連線很難在不必重復(fù)設(shè)計大量硅技術(shù)的前提下，就能夠支持所有標(biāo)準(zhǔn)的靈活性，故其成本高昂、體積笨重且功耗大。這自然催生了具有足夠靈活性，支持多個標(biāo)準(zhǔn)并能縮短開發(fā)周期的可編程解決方案的需求。

移動寬帶調(diào)制解調(diào)器的不同設(shè)計方案

在新型移動基帶芯片的設(shè)計中，有三個主要方案可供選用：

傳統(tǒng)(硬連線)方案――整個調(diào)制解調(diào)器都采用硬件實(shí)現(xiàn)。這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是可讓首批芯片快速上市。此外，針對某個特定標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計的硬件，通?？纱_保最低功耗。不過，正如之前已經(jīng)提及，這種方法缺乏靈活性，也不能配合未來產(chǎn)品更新?lián)Q代的發(fā)展藍(lán)圖。

混合式方案――硬連線設(shè)計與可編程設(shè)計處理器的混合。調(diào)制解調(diào)器中需要靈活性的部分被映射到可編程DSP內(nèi)核中，利用軟件來實(shí)現(xiàn)靈活性。剩余的計算密集和靈活性較小的調(diào)制解調(diào)器部分，比如傅立葉變換(FFT)，則可以像傳統(tǒng)硬連線方案般，利用硬件來實(shí)現(xiàn)。

 SDR方案－一種完全的“軟件調(diào)制解調(diào)器”實(shí)現(xiàn)方案，可在同一塊芯片上以軟件同時支持多個無線標(biāo)準(zhǔn)。這種方案采用完全可編程設(shè)計解決方案，具有全面的靈活性，能夠處理多個現(xiàn)有或未來的標(biāo)準(zhǔn)，而無需重新設(shè)計新產(chǎn)品。該方案的主要問題在于，相比專為所支持標(biāo)準(zhǔn)而優(yōu)化的硬連線方案，其設(shè)計工作較復(fù)雜，功耗也比較高。

由于采用傳統(tǒng)方案存在高風(fēng)險性，無法滿足當(dāng)前不可預(yù)測的市場要求，所以任何供貨商都不太可能選擇這樣一種架構(gòu)。因此我們將著重討論后兩種可編程設(shè)計方案。

采用CEVA-X1641的混合式移動調(diào)制解調(diào)器方案

CEVA-X是一個高性能多用途的DSP內(nèi)核系列，廣泛用于移動和無線應(yīng)用中，并已大批量付運(yùn)到多家領(lǐng)導(dǎo)廠商。

CEVA-X1641區(qū)塊示意圖

CEVA-X1641是CEVA-X DSP系列中的一款四MAC單元產(chǎn)品，由 4 個16 位數(shù)據(jù)寬度的MAC 單元組成。在65nm的最差條件下，CEVA-X1641也能夠在700 MHz以上的高頻下運(yùn)行。

這種高性能且易于使用的DSP針對移動調(diào)制解調(diào)器SoC提供了多個不同的軟硬件劃分。不同的基帶客戶能夠在自己的調(diào)制解調(diào)器設(shè)計中，采用從單核心到多核心的不同實(shí)現(xiàn)方案和劃分，并通過不同硬件加速器來完成調(diào)制解調(diào)器功能。選擇一種極為強(qiáng)大的市場標(biāo)準(zhǔn)DSP架構(gòu)(如CEVA-X1641)可以保護(hù)軟件投資，并為未來產(chǎn)品世代確定發(fā)展藍(lán)圖。目前已經(jīng)有多家CEVA客戶選擇CEVA-X1641作為首選DSP來構(gòu)建4G調(diào)制解調(diào)器。

采用CEVA-XC的軟件調(diào)制解調(diào)器SDR方案

CEVA-XC是一種專為先進(jìn)的無線通信而設(shè)計與優(yōu)化、功能極為強(qiáng)大的通信處理器。CEVA-XC是基于CEVA-X，可通過軟件支持多種無線接口，包括要求最嚴(yán)苛的4G移動標(biāo)準(zhǔn)、LTE cat. 5 和 WiMAX II (IEEE 802.16m)，以及3G 與 3.5G。這種創(chuàng)新處理器能夠同時支持同一個架構(gòu)上的多個無線接口，實(shí)現(xiàn)真正的軟件式調(diào)制解調(diào)器。

CEVA-XC采用軟件可編程設(shè)計架構(gòu)，通過單一引擎來完成所有無線處理工作，無需多個基帶協(xié)處理器，這就省去了這類分布式架構(gòu)常見的額外的內(nèi)存、數(shù)據(jù)緩存和整體數(shù)據(jù)流量。從而降低功耗，縮小芯片尺寸。

CEVA-XC架構(gòu)基于整合在CEVA-X處理器中的1、2 或 4個矢量通信單元(Vector Communications Unit)而構(gòu)建。每個向量單元是一個256位SIMD引擎，采用3路VLIW和大量16 MAC、算法、邏輯及位移單元。CEVA-XC指令集可以滿足4G無線調(diào)制解調(diào)器的要求，包括矩陣處理、MIMO檢測器、復(fù)雜濾波、數(shù)據(jù)交換和比特流處理。

CEVA-XC區(qū)塊示意圖

小結(jié)

隨著行業(yè)向4G方向發(fā)展，因開發(fā)成本和多個變化標(biāo)準(zhǔn)的問題，使傳統(tǒng)基于硬連線的設(shè)計方案的風(fēng)險大增。所以，設(shè)計一個能夠迅速適應(yīng)不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)，并可在多代產(chǎn)品上重復(fù)使用的靈活解決方案是至關(guān)重要的。一種基于混合式方案或全軟件式調(diào)制解調(diào)器的可編程設(shè)計解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)所需的可復(fù)用性，并確保產(chǎn)品能快速上市。

無線基帶領(lǐng)導(dǎo)廠商早已認(rèn)可轉(zhuǎn)向可程序設(shè)計解決方案的發(fā)展趨勢。目前正在圍繞DSP架構(gòu)(如本文介紹的兩款CEVA DSP內(nèi)核)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，獲授權(quán)廠商可以根據(jù)其系統(tǒng)架構(gòu)和靈活性水平進(jìn)行選擇。而且，最新的節(jié)能和工藝幾何尺寸縮小技術(shù)，也使到這些可編程設(shè)計方案日漸成為多種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)4G方案的首選方法。