以先进架构应对4G手机市场的挑战 - 通信/网络 - 电子工程

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<strong>4G手机市场机遇</strong>

智能电话、上网本、电子阅读器及其他设备的迅速普及正在推动移动设备数据吞吐量急剧增长。GSMA预测，2014年移动设备每月的数据吞吐量将相当于2008年全年的总和。

为了满足这些快速增长的需求，无线网络运营商竞相推出4G网络，而LTE将是2010年最热门的技术。例如，在美国，运营Verizon计划今年部署LTE网络，该市场潜在客户数量达1亿。到2011年，LTE市场会更加火热，分析师预测届时首款LTE手机将面市，而LTE基站将急剧飙升。这种增长势头将贯穿至2013年，分析师预测2013年LTE用户将超过 7200万。

WiMAX也在蓄势腾飞，目前已有数百个网络正在运营。2010年，美国、俄罗斯和日本等市场将展开大规模部署。到2010年底，预计WiMAX运营商 UQ将覆盖日本90%的人口。上述种种趋势表明，SoC设计人员拥有巨大市场机遇，能够在今年开发出获胜解决方案(winning solution)的供应商将最大程度地受益于市场增长，并引领4G潮流。


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2010-4-26 14:51:09 上传
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<strong>开发挑战</strong>

但是，通向获胜4G解决方案的道路荆棘遍布，首当其冲的挑战就是需要确定以何种4G技术为目标。在可以预见的未来，LTE和WiMAX将和平共处，哪一个会赢得更大的市场占有率尚需拭目以待。LTE的主要优势之一是拥有主流运营商的支持，但WiMAX在部署方面领先一步。此外，HSPA+也在不断演进，在LTE完全展开部署之前很可能已瓜分掉可观的市场份额。HSPA+开发的复杂性与LTE和WiMAX非常接近。因而，芯片组必需具备灵活性以支持多种标准。


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无论选择哪种4G技术，以合理的功耗和成本付诸实施都是一大挑战。在从3G向4G的转换过程中，尽管4G业务数据速率提高了 10倍之多，但手机供应商力求不增加功耗预算。另一方面，4G的计算复杂程度急剧增加，这使它很难保持较低成本。对于那些带有3G/2G、Wi-Fi、GPS和移动电视等额外无线接口的设备，达到适当的成本和功耗控制尤其困难。

SoC开发人员还必需考虑到可扩展性，使自己的设计既能够满足不断变化的市场需求，又可适应未来下一代技术的发展(有关LTE Advanced和IEEE 802.16m等即将出台标准的准备工作已在有条不紊地进行，预计今年将会确定)。此外，SoC开发人员当然还必需尽可能快地把产品推向市场，同时把开发成本降至最低。

这些要求意味着理想的4G解决方案应该具有足够高的灵活性，以适用于全方位的4G市场;能够以尽量低的成本和功耗集成3G/2G和Wi-Fi等无线接口;可针对现有及未来应用进行扩展;并且能够把开发时间和开发工作量降至最小。


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<strong>解决方案</strong>

CEVA公司完全按照上述目标来设计CEVA-XC通信引擎。CEVA-XC是一款可配置的DSP IP，专为3.5G/4G手机及无线基础设施而设计。即使是最小配置，单一CEVA-XC内核也能够以软件处理整个4G收发器链路。这种单核架构无需采用多个协处理器、加速器或SIMD引擎的异构设计(heterogeneous design)，从而缩短上市时间，简化了软件设计。

CEVA-XC是一种完全可编程的DSP内核，它以软件形式支持多种无线标准，包括LTE、WiMAX、 HSPA+、3G和2G等等。这种灵活性使CEVA-XC成为一种真正的软件定义无线电引擎，使得单个CEVA-XC SoC可以把众多以往分立的功能集成在一起。例如，当今的智能电话一般都包含了多个基带CPU，CEVA-XC SoC的专用硬件支持全球定位系统(GPS)、移动电视、Wi-Fi等功能。CEVA-XC可让SoC设计人员在单一 DSP上处理所有这些功能，显著降低成本和功耗。

这种软件定义无线电能力使CEVA-XC能够满足许多市场的设计需求。客户不必针对每个独立的通信标准创建不同的芯片，而只需开发单个芯片，对软件做简单的修改就能够适用于不同的市场。

作为可配置处理器，CEVA-XC能够在宽泛的性能范围内进行配置。它能够针对手机、移动宽带模块，以及从毫微蜂窝(femtocell)、微微蜂窝(picocell)乃至微基站和宏基站的基础架构进行配置。这种可扩展性可实现各种设计之间更大程度的软件复用，体现了应对即将面市的多种4G应用需求的一重要优势。

CEVA-XC还带有CEVA-Toolbox，这是基于C语言的完整开发环境。通过CEVA独有的应用优化器(Application Optimizer)来简化软件开发和优化，可把软件研发工作量和成本降至最低。此外，CEVA还提供一整套最优化C语言可调用DSP库函数和覆盖整个LTE物理层的通信软件库。

CEVA的软件库包括一个与顶级LTE供应商合作开发的最优化LTE库，这个与LTE Rel-8兼容的软件库能够处理整个物理层链路，并可适用于多种配置及应用案例。该软件库支持MIMO(多输入多输出)2×2、MIMO4×4、 SISO(单输入单输出)和SIMO(单输入多输出)等多种天线架构、支持QAM64(正交振幅调制)、QAM16和QPSK(四相相移键控)等调制方式、支持多种不同空间分配方案、以及可选的上传和下载参数。该软件库还为一个通用型,与具体系统设计无关，并带有一个简单C可调用的应用程序接口 (API)，可以方便地集成到客户的软件系统中。利用这些库，SoC开发人员能够大幅减少开发工作量，并确保达到最优性能。

CEVA-XC架构

CEVA-XC是基于CEVA-X DSP而开发的IP内核，CEVA-X DSP IP已大批量出货，并用于三星、LG电子和索尼爱立信等多家顶级供应商的移动设备中。CEVA-XC在CEVA-X的基础上增加了4个向量单元，性能提高到2000亿次运算/秒，足以支持MIMO 4×4这样的先进多天线方案。完全配置的CEVA-XC还能够处理基站应用中的多个LTE或WiMAX通道。

此外，CEVA-XC还提供带1或2个向量单元的配置。通过可选的指令集，向量单元本身可增强对除法、平方根、最大相似度检测(maximum likelihood detection)和FFT的支持和配置。即使在最小配置中，CEVA-XC也能够在157MHz速度下支持100Mb/s LTE下行数据流(采用 20MHz带宽、QAM64调制和MIMO 2x2等挑战性组合)。

CEVA-XC通过纯软件实现收发器路径以获得完全的灵活性。不论选择何种配置，客户都将受益于CEVA-XC的低功耗优势。采用65nm工艺制造的CEVA-XC芯片只需要10mW的功耗，就能够处理50Mb/s的LTE下行链路。为了进一步降低功耗，CEVA-XC还集成有创新的功率调节单元(PSU)。该单元会关断内核的不活动部分，并允许内核工作在一定范围的频率和电压下。这些低功耗特性使得CEVA-XC以纯软件方式运行整个收发器成为可能。

<strong>4G明智之选</strong>

4G市场竞争正在展开，SoC开发人员需要能够满足一系列严苛要求的解决方案。CEVA XC特别针对解决开发4G无线通信芯片过程中遇到的功耗、成本和上市时间限制等关键问题而设计，再结合CEVA公司工具以及包括LTE软件合作伙伴在内的第三方支持，为开发人员提供了一套领先的终极解决方案。

<strong>参考文献：</strong>

　　[1] Cellular Wireless Communications[R/OL].http://www.ceva-dsp.com/markets/ ... _communications.php

　　[2] CEVA-XC-Industry's Highest-Performance, Low-Power Communications Processor[R/OL].http://www.ceva-dsp.com/products/cores/ceva-xc.php

　　[3] CEVA-X1641 [R/OL].http://www.ceva-dsp.com/products/cores/ceva-x1641.php

　　[4] CEVA Software[R/OL].http://www.ceva-dsp.com/products/3rd_party/index.php?page=x

　　[5] CEVA Development Tools[R/OL].http://www.ceva-dsp.com/products/tools/index.php

作者：Kenton Williston，CEVA公司 时间：2010-04-19