EDGE設計：獲得繼續(xù)演進的動力-設計應用

精品文檔-下載后可編輯EDGE設計：獲得繼續(xù)演進的動力-設計應用如果有人在總結增強型數(shù)據(jù)速率GSM演進(EDGE)技術的當前發(fā)展狀況，那么結論必定是EDGE技術在許多方面已經接近成熟，包括覆蓋、穩(wěn)定的基礎設施和終端的廣泛支持。按照3GAmerican，截至2022年9月，全世界范圍內已有120多個國家、230多個運營商在其GSM網(wǎng)絡中不同程度地配置了EDGE，其中90個國家160個運營商在提供商業(yè)服務。能證明EDGE技術將在范圍內采用的將是來自中國的信息，中國的幾家運營商宣布將部署EDGE系統(tǒng)。GSM/GPRS網(wǎng)絡基礎設施通常用軟件實現(xiàn)低成本升級，并且在大多數(shù)中高端手機中提供EDGE功能，從而為EDGE配置提供誘人的性價比。EDGE技術在無線鏈路方面的重要創(chuàng)新包括引進高階調制(8-PSK)(每符號比特數(shù)是GMSK的3倍)、多編碼調制方式MCS1-9(允許系統(tǒng)調節(jié)工作條件)、增加冗余度(擴展鏈路適應能力)以及將不同發(fā)送數(shù)據(jù)合并以提供鏈路增益。因此EDGE技術能夠提供473.6kbps的理論數(shù)據(jù)傳輸速率，從而有效地擴展了數(shù)據(jù)容量(平均容量是GPRS的3倍)。同時，EDGE增強了射頻性能，可以支持與UMTS相同的服務質量(QoS)體系結構，從而允許向未來3GPP版本提供的業(yè)務演進。EDGE成功的一個重要因素是基于3GPP的演進路線。它能夠提供對語音和數(shù)據(jù)的平衡支持，同時讓運營商留有靈活性以便通過經濟有效地升級GSM及時改進網(wǎng)絡性能。EDGE能夠比現(xiàn)有的GSM/GPRS網(wǎng)絡顯著提升性能，同時能夠保留其它射頻接入方式，例如UMTS和未來的3GPPLTE。第二個重要因素是加速無線數(shù)據(jù)業(yè)務的采用。EDGE提供的更高數(shù)據(jù)速率可以滿足用戶無線Email、音樂和視頻等應用，適于IMS和企業(yè)級應用。事實上，EDGE滿足了速率超過200kbps的許多應用要求。但是，EDGE標準的增強遠不止這些。EDGE標準組織一直在努力并試圖通過GERAN(GSM/EDGE射頻接入網(wǎng)絡)項目來顯著增強EDGE容量。特別是Release7版本將引入新的特性以提高數(shù)據(jù)速率、頻譜效率和容量，減少等待時間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和語音的同時傳送。業(yè)界已經考慮了許多新技術，包括高階調制方式(16-QAM)、雙射頻信道接收和下行分集接收。作為極富吸引力的新技術，先進EDGE將幫助運營商在現(xiàn)有許可頻譜基礎上提供相當高的3G系統(tǒng)效率。靈活的EDGE平臺眾多挑戰(zhàn)擺在無線終端平臺開發(fā)商面前。一方面，新標準的復雜程度表明不斷增加的計算和存儲容量要求；另一方面，商業(yè)壓力又要求在提高容量的同時，其功耗和成本與現(xiàn)有成熟標準(例如GSM/GPRS)相比應有競爭力。應對這種挑戰(zhàn)考慮的因素絕不是一種，它依賴于可提供的基礎技術和開發(fā)團隊的創(chuàng)新。手機終端平臺的優(yōu)化需要考慮很多因素，例如先進的半導體制造工藝，多內核數(shù)字基帶體系結構，從內核/存儲器到單芯片提供混合信號和RF的集成度提升，對功耗的軟件優(yōu)化方法，以及適合手機靈活設計的軟件重配置平臺。ADI公司SoftFone(r)平臺的發(fā)展歷程為我們展示了一條可效仿的演進路線，它為無線終端生產商提供低成本解決方案的同時，允許他們利用靈活的軟件設計開發(fā)出差異性產品投放市場。這種多核體系結構從90年代后期走向成熟，當時它是個投放市場的GPRS平臺。2022年，該體系結構又為業(yè)界提供了款完整的EDGE平臺。從那以后該解決方案已經相當成熟，并針對市場需求做了大量的改進。為了滿足EDGE數(shù)據(jù)接收器設計算法復雜度日益增長的要求，ADI公司將Blackfin處理器作為計算引擎開發(fā)出了AD6532數(shù)字基帶(DBB)芯片組，這是SoftFoneMSP500系列的個成員。EDGE標準明確表示“100MHz以下”處理器不能滿足物理層的需求。EDGE數(shù)據(jù)接收器是一種軟件模塊，具有超過200MHz處理能力的Blackfin處理器，并且能夠適應標準的變化和實現(xiàn)擴展現(xiàn)場定型(FTA)所要求的變化。該芯片組已經完成了低功耗內核設計，這使得SoftFoneMSP500系列在保持高度靈活性的同時，總的功耗分配相當于或優(yōu)于其它數(shù)字基帶芯片組。軟件EDGE實現(xiàn)具有許多優(yōu)點，在優(yōu)化FTA和IOT測試性能的同時，手機的硬件設計保持穩(wěn)定，低成本、低功耗解決方案能夠滿足無線手機的嚴格要求。并且隨著標準的演進越來越重要的是，這種不受未來影響的平臺允許增加新技術以增強性能，包括從增強EDGE的算法到采用其它先進的制造工藝，例如單天線干擾抵消(SAIC)算法或其它EDGE演進技術。從信道編碼到語音編碼，從硬件ASIC實現(xiàn)到軟件，SoftFone平臺引入了一系列功能。這些改進主要歸功于DSP技術的進步。例如，除了EDGE數(shù)據(jù)接收器的8-PSK模塊，更多基于網(wǎng)格的傳統(tǒng)GMSK信道解碼和均衡直到現(xiàn)在都需要一些DSP外部硬件加速。憑借Blackfin處理器的先進功能，SoftFoneMSP500對上述功能具有充分的內部支持，并且不需外部硬件加速器。另外，AD6532基于層次性存儲系統(tǒng)。從Blackfin處理器的角度看，L1存儲器提供了一種有限的快速零等待(ZW)存儲。由于Blackfin處理器能夠高速運行，而L1存儲器占用硅片面積相當昂貴，所以僅采用小容量快速存儲器是經濟可行的。低等級的存儲器可提供較大的存儲容量，但讀取速度較慢。軟件EDGE解決方案采用Blackfin處理器的高速緩存實現(xiàn)。考察手機功能，對于從音頻到基于視頻圖像業(yè)務的多種多樣的應用有了越來越多的需求。帶ARM7MCU內核的AD6532提供一種高度優(yōu)化的通信平臺，適合于數(shù)據(jù)卡和入門級手機。SoftFoneMSP500系列的新成員AD6900引入了更的多媒體功能。AD6900可以滿足GSM/GPRS/EDGE終端系統(tǒng)電源管理的嚴格要求，另外支持需要大量計算的多媒體功能，包括MPEG-4視頻以及多種音頻編碼標準。AD6900集成了Blackfin處理器、ARM926EJ-S處理器、片上大容量RAM和擴展的外圍接口設備圖1是AD6900的頂層框圖。圖1：AD6900頂層框圖。

Blackfin處理器子系統(tǒng)包含了內核、L1代碼和數(shù)據(jù)存儲器(可配置為高速緩存或SRAM)，統(tǒng)一的L2存儲器、DMA控制器和一整套DSP外設。ARM926EJ-S子系統(tǒng)包括ARM微控制器(MCU)內核、高速緩存以及緊耦合存儲器(TCM)。Blackfin處理器和ARMMCU都可訪問系統(tǒng)RAM。專用APBUS子系統(tǒng)支持用于顯示和數(shù)據(jù)捕獲設備的多媒體接口。其中包括一個并行外設接口(PPI)控制器，支持10比特圖像傳感器或視頻輸入接口，一個用于并行LCD顯示(稱作EBUS2)的專用外部總線接口，它可以消除噪聲并且接在外部存儲器主接口上，并可通過多通道DMA控制器(稱作APPDMA)滿足多媒體接口設備對數(shù)據(jù)移動的需求，并且支持包括YUV4:2:2、YUV4:2:0、RGB565在內的多種視頻格式。EDGE手機的實現(xiàn)圖2顯示了EDGE手機的典型功能框圖。圖2：EDGE手機功能框圖。

該芯片組的單元電路包括RF發(fā)射器和接收器部分，帶混合信號和電源管理單元的模擬基帶部分以及數(shù)字基帶部分。完整的手機設計包括芯片組、存儲模塊、應用模塊(照相、顯示等)和外圍設備(例如藍牙模塊或SD卡或MMC卡)。完整的EDGE解決方案包含直接變頻OthelloERF收發(fā)器，后面連接AD6855模擬基帶器件，以及取決于終端類型的AD6532或者AD6900數(shù)字基帶處理器。功能模塊的劃分及其隨后的優(yōu)化確保了穩(wěn)定的產品利潤。為了提供更加接近手機產品的完整解決方案，正如圖3所示，我們提供了典型的外形參考設計。圖3：GSM/GPRS/EDGE參考設計。

這個具體的參考設計版本基于AD6546/AD6855/AD6900芯片組。此外，本設計包括照相機、T-flash存儲器卡、藍牙模塊、IrDA紅外接口、運動傳感器、FM收音機和話筒。四頻帶設計能夠使EDGE實現(xiàn)多時隙Class12以及AMR語音編碼。另外有一整套開發(fā)工具支持本設計，包括用于校準和開發(fā)的RF工具、高速日志記錄、JTAG接口等。平臺擴展性平臺的可擴展性為體系結構擴展到多模操作提供了可能。例如，SoftFone-LCR芯片組就是由Blackfin處理器支持的基于軟件方法實現(xiàn)的一種可擴展解決方案，適合用于TD-SCDMA終端。該芯片組具有先進的數(shù)字基帶平臺的全部屬性，包括用有效的方法控制新功能和吸納許多硬件功能的能力，達到多種用戶要求(UE)所必需的速度，提供可調節(jié)的功耗，高效地處理控制代碼，以及支持優(yōu)化的編譯器以保證產品代碼質量。該芯片組從幾年來為提高GSM/GPRS/EDGE手機的性價比、降低功耗所作的投資中直接受益，包括使用動態(tài)電壓調節(jié)以便與處理器性能需要的功耗相匹配，使用先進的RF和混合信號技術，例如直接