無線基帶演進―4G調制解調器的多種設計方案

在4G無線基帶的演進中，目前有兩大不斷發展的技術在爭逐領導地位，這就是LTE和WiMAX。WiMAX的定位是計算設備和M2M的首選技術，以及為尚未發展的地區提供固定無線聯機網絡，并獲得英特爾(Intel)和其它多家公司領導的WiMAX論壇支持。LTE則沿著“GSM”的路線，朝手機寬帶的路線演進而來，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在內的眾多基帶OEM廠商和運營商所采納。最終哪項標準會獲勝尚是未知之數，不過結果極有可能是兩者共存，在不同地區服務不同的用戶群。為了確保這兩個標準都被4G調制解調器所支持，市場便需要一種能夠同時滿足在兩種技術發展藍圖的靈活解決方案。

移動調制解調器的發展所面對的限制，不單限于越來越復雜無線標準。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見，致使芯片供貨商所面臨的環境十分嚴苛。開發成本和多個變化中的標準，使終端調制解調器的傳統硬連線設計方法要面對更大的風險。譬如供貨商開發出的芯片有可能瞄準了錯誤的標準，最終可能導致解決方案在發表之前就慘遭淘汰。更重要的是，硬連線很難在不必重復設計大量硅技術的前提下，就能夠支持所有標準的靈活性，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，支持多個標準并能縮短開發周期的可編程解決方案的需求。

移動寬帶調制解調器的不同設計方案

在新型移動基帶芯片的設計中，有三個主要方案可供選用：

傳統(硬連線)方案――整個調制解調器都采用硬件實現。這種方案的主要優點是可讓首批芯片快速上市。此外，針對某個特定標準而設計的硬件，通常可確保最低功耗。不過，正如之前已經提及，這種方法缺乏靈活性，也不能配合未來產品更新換代的發展藍圖。

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

?SDR方案－一種完全的“軟件調制解調器”實現方案，可在同一塊芯片上以軟件同時支持多個無線標準。這種方案采用完全可編程設計解決方案，具有全面的靈活性，能夠處理多個現有或未來的標準，而無需重新設計新產品。該方案的主要問題在于，相比專為所支持標準而優化的硬連線方案，其設計工作較復雜，功耗也比較高。

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

采用CEVA-X1641的混合式移動調制解調器方案

CEVA-X是一個高性能多用途的DSP內核系列，廣泛用于移動和無線應用中，并已大批量付運到多家領導廠商。

CEVA-X1641區塊示意圖


CEVA-X1641是CEVA-X DSP系列中的一款四MAC單元產品，由 4 個16 位數據寬度的MAC 單元組成。在65nm的最差條件下，CEVA-X1641也能夠在700 MHz以上的高頻下運行。

這種高性能且易于使用的DSP針對移動調制解調器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制解調器設計中，采用從單核心到多核心的不同實現方案和劃分，并通過不同硬件加速器來完成調制解調器功能。選擇一種極為強大的市場標準DSP架構(如CEVA-X1641)可以保護軟件投資，并為未來產品世代確定發展藍圖。目前已經有多家CEVA客戶選擇CEVA-X1641作為首選DSP來構建4G調制解調器。

采用CEVA-XC的軟件調制解調器SDR方案

CEVA-XC是一種專為先進的無線通信而設計與優化、功能極為強大的通信處理器。CEVA-XC是基于CEVA-X，可通過軟件支持多種無線接口，包括要求最嚴苛的4G移動標準、LTE cat. 5 和 WiMAX II (IEEE 802.16m)，以及3G 與 3.5G。這種創新處理器能夠同時支持同一個架構上的多個無線接口，實現真正的軟件式調制解調器。

CEVA-XC采用軟件可編程設計架構，通過單一引擎來完成所有無線處理工作，無需多個基帶協處理器，這就省去了這類分布式架構常見的額外的內存、數據緩存和整體數據流量。從而降低功耗，縮小芯片尺寸。

CEVA-XC架構基于整合在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無線調制解調器的要求，包括矩陣處理、MIMO檢測器、復雜濾波、數據交換和比特流處理。



CEVA-XC區塊示意圖

小結

隨著行業向4G方向發展，因開發成本和多個變化標準的問題，使傳統基于硬連線的設計方案的風險大增。所以，設計一個能夠迅速適應不斷變化的標準，并可在多代產品上重復使用的靈活解決方案是至關重要的。一種基于混合式方案或全軟件式調制解調器的可編程設計解決方案能夠實現所需的可復用性，并確保產品能快速上市。

無線基帶領導廠商早已認可轉向可程序設計解決方案的發展趨勢。目前正在圍繞DSP架構(如本文介紹的兩款CEVA DSP內核)進行標準化，獲授權廠商可以根據其系統架構和靈活性水平進行選擇。而且，最新的節能和工藝幾何尺寸縮小技術，也使到這些可編程設計方案日漸成為多種應用中實現4G方案的首選方法。