隨著全球覆蓋率日廣、穩固的基礎架構以及各種手機EDGE展開支援,EDGE技術正日趨成熟。據3G美國貿易集團統計,在全球120多個國家中,有230多家廠商在其GSM網路中不同程度地部署了EDGE技術,其中90多個國家的160家廠商正提供商用服務。低成本的基礎架構升級,以及在主要中至高階手機中實現EDGE功能,為EDGE部署提供了誘人的性價比優勢。


EDGE技術為無線鏈路帶來的關鍵革新包括導入較高階的調變方式(8PSK)、多重編碼調變方案MCS1-9(允許系統根據工作條件進行調整),以及透過組合不同傳輸數據提供鏈路增益的增量冗餘特性等。因此EDGE能提高數據速率,理論峰值速率可達473.6kbps,並能有效擴展數據容量,其平均增益超過GPRS三倍。此外,EDGE大幅改善了無線性能。它支援與通用行動電信系統(UMTS)相同的服務品質(QoS)架構,能透過3GPP版本提供更好的服務。


EDGE除了能顯著改善現有GSM/GPRS網路性能,還能與其它無線接取技術(如UMTS和3GPP LTE)共存。導致EDGE成功的另一項重要因素是無線數據服務的導入。EDGE提供的更高數據率滿足了用戶對無線電子郵件和音樂/視訊等內容下載的要求,可進一步擴展到網際網路協議多媒體子系統(IPMS)和企業級應用。


EDGE技術仍在演進中,標準組織已針對未來的增強展開運作,並準備透過Geran(GSM/EDGE無線接取網路)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,並實現數據和語音的同時傳送。有許多新技術可以考慮使用,包括較高階的調變方案(如16-QAM)、透過雙無線訊息通道接收以及下行鏈路訊號的分集接收等。演進版EDGE技術對廠商頗具吸引力,因為它能提供相當於3G系統的效率,但只需現有的頻譜執照。


EDGE技術為無線手機平台提出了諸多挑戰。首先,新標準的複雜性對運算和記憶體提出了更高要求。另一方面,商用化壓力要求手機平台必須以極具競爭力的功耗水準,以及與成熟技術(如GSM/GPRS)相當的成本。應對這些挑戰的方法有很多種,這些方法依賴於基礎技術的可用性和設計團隊的創新能力。


手機終端平台的最佳化必須考慮很多因素,如先進的半導體製造製程;多核心數位基頻架構;從核心/記憶體到混合訊號與RF單晶片的整合;針對降低功耗的軟體最佳化方法,以及針對靈活手機設計的軟體可重配置平台等。無線手機的多核心架構從20世紀90年代末期就已經成熟,並已從語音為中心的GSM過渡到針對數據的GPRS平台。不過為了滿足EDGE數據接收器設計中日益複雜的演算法,晶片組解決方案必須導入新的功能以滿足訊號運算與處理部份的要求。


自1990年代後期以來,無線手持裝置的多核心架構已趨成熟,並逐步從以語音為中心的GSM轉向數據導向的GPRS平台。然而,為滿足EDGA數據接收器演算法日益增加的複雜性,晶片組必須針對訊號處理部份的運算增添新能力。


EDGE為‘低於100MHz’的處理器提供了明確的分界線,這些處理器已經無法滿足實體層需求,它們需要特殊硬體加速器或協處理器。


根據軟硬體的劃分,部份或全部運算任務可卸載給硬體模組,通常會在軟體中保留關鍵參數的運算和前置濾波。此外,數據接收器關鍵性能的數字是接收器設計中同步能力以及針對干擾抑制之濾波技術的函數。


隨著蜂巢式基頻處理器中使用的DSP處理器速率超過200MHz,EDGE數據接收器可完全採用軟體來實現,能靈活地適應標準變化,並可針對現場測試案例和廠商驗證情況進行調整。數據接收器採用低功率核心設計實現,可使整個系統功率等同於甚至優於GPRS數位基頻晶片組,且保持高度靈活性。


採用軟體實現EDGE也具備手機硬體設計優勢,除了能保持一貫的穩定性外,在多供應商基礎設備上使用的驗證和互通作業性測試過程也進一步最佳化了性能。這種極具性價比的高效方案可滿足嚴格的無線手機要求。另外,隨著標準的發展,下一代軟體平台將允許添加各種性能增強技術,包括增強型EDGE的專有演算法到單天線干擾抵銷或EDGE演進要素等先進處理技術。


一些高階應用對手機功能提出越來越高的要求,包括從音訊到視訊以及影像服務。在這些領域中,性能取決於MCU核心資源:通常基於ARM7核心的解決方案是具有高度最佳化的通訊平台,適合數據卡和入門級手機,但對多媒體功能則要求硬體支援,或是必須有專用的DSP核心或硬體加速以支援音訊/視訊。下一代多媒體功能將由功能更強大的ARM9核心和增強型DSP核心共同實現。


 


圖1a:多核心平台頂層結構圖, 圖1b:EDGE手機晶片組功能劃分。<br />
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圖1a:多核心平台頂層結構圖, 圖1b:EDGE手機晶片組功能劃分。

 



圖1展示了一個典型多核心解決方案,包含一個DSP子系統,該子系統由DSP核心、L1程式碼和數據記憶體(可配置為快取記憶體或SRAM)、統一的L2記憶體和一系列DSP週邊設備組成。DSP子系統用於處理訊息通道均衡、數據接收器和語音編/解碼功能。如果在處理完這些任務後還有‘多餘’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DSP具有針對這種作業的指令集。


MCU子系統由微控制器核心和快取記憶體組成。源於高階RISC架構的ARM核心幾乎適用於所有MCU模組。其專用的匯流排子系統支援連接顯示器和影像擷取設備的多媒體介面。該子系統還包含一個平行週邊設備介面控制器,支援多位元照相感測器或視訊輸入介面,以及用於平行液晶顯示器的專用外部匯流排介面,消除了噪音和外部主要記憶體介面的加載過程。多媒體介面元件的數據行動要求可透過多通道直接記憶體存取控制器(DMAC)實現,該控制器支援各種必要的視訊格式。


EDGE手機的典型功能劃分如圖2所示。晶片組包括射頻發送/接收部份、帶混合訊號和電源管理模組的類比及數位基頻。一個完整的手機設計包括晶片組、記憶體模組、應用模組(相機、顯示器等)和藍牙、安全數位或多媒體卡(MMC)等週邊設備。


上述方案基於一種經過驗證且穩定的平台劃分方法,採用目前的製程和封裝技術實現,具備極高性價比。同時,該平台的功耗無論在工作或待機狀態都極具競爭力,這是透過整合電源管理和數位基頻上的架構選擇來實現的。


這種架構方法允許使用系統級封裝或系統單晶片技術無縫移植到更高層整合環境,而這是轉向下一代半導體製程節點(65nm)所不可避免的。


除了提供EDGE解決方案外,該平台的可升級性還可將架構擴展到多模作業。例如,所推薦的平台很容易擴展到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;高效處理控制程式碼;支援編譯器最佳化以提高程式碼品質。此外,該平台直接受益於數年來在GSM、GPRS和EDGE的性能/成本改進和功耗降低方面的投資,包括使用動態電壓調整使功耗與處理器性能相匹配,以及使用直接轉換接收器和Σ-Δ數據轉換器等先進射頻和混合訊號技術。該平台的可升級性可協助手機開發人員開發出更具競爭力的產品。


作者:Zoran Zvonar

系統工程部經理


ADI公司


 


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