3G时代通信芯片开发趋势探讨

随着电信运营商重组的尘埃落定以及北京奥运会的胜利召开，中国3G的推进过程终于在多年的期盼之后真正开始加速，据悉，除了现有的10城市TD测试网之外，估计在2009年2季度，消费者就可以享受到正式商用的3G服务。

　　虽然，中国3G演进的过程有些拖沓冗长，这其中也有一些企业的加入和离开，不过，对于这个硬件总价值高达4000亿美元的市场，前期大量的技术积累对任何企业来说都是值得的。2008年下半年注定是3G相关硬件开发的关键时期，我们在这里从基站设备和终端芯片角度与大家一起分享3G通信芯片开发的技术需求和发展趋势。

　　基站芯片

　　ABI Research表示，全球无线基站半导体市场2008年可以达到60亿美元，2010年预计将接近75亿美元，这其中中国为首的发展中国家3G网络建设是最主要的市场推动力。

　　从技术特点来说，3G以提供高速数据业务为目的，语音是GSM的特长，因此，3G基站的硬件必须在面向业务、性能提升、可灵活部署、可平滑演进的要求基础上，对语音业务进行有效地优化，从而保证3G网络提供的语音业务质量。同时，从2G到3G的演进是一个长期的过程，而且多种3G标准都将获得商用，因此，支持多标准的基站产品将成为一个重要方向。3G基站除了要提供3G的功能外，还要在硬件、软件方面考虑与2G的融合。另一个需求考虑的问题是成本，包括基站建设成本和运营成本，这就要求基站设备尽可能同时支持多个网络或者兼容提供2G服务，同时在网路升级频率提升的同时要保证设备的使用期限，此外还要尽可能减小服务器提及和功耗，以降低运营费用。

　　从这些要求可以初探对基站芯片的发展要求，首先是高性能的处理能力，作为以数据业务为主的3G网络，其单用户的下行数据量提升为至少384kbit/s，数据处理能力比GSM时提升了至少3倍，如果考虑到HSPA，数据处理需求更为明显。因此，基站处理器的处理能力必须得到大幅提升。其次，芯片灵活性的需求更为明显，由于3G基站需要支持多种标准，以及与GSM兼容，这就要求基站设计结构必须要尽可能灵活，能够在支持多种标准的同时，还要可以灵活的进行升级。要实现这些要求，必须从芯片设计上入手，不仅要满足对新业务的有效支持，还必须具有极大的灵活性，支持一定范围内的网络升级。再次，由于3G频谱变得更为珍贵，以及基站新站址投资将更加庞大，因此基站芯片要提供更好的网络覆盖和更好的功能支持，这对整个射频发射部分和PA都提出更高的需求。最后，基站的功耗已经成为运营商一个沉重的负担，基站芯片可以说是基站降耗的主力军，如何在提升处理和发射性能的同时降低芯片工作的能耗，就成为基站芯片设计必须考虑的问题。


   

    图1 一种典型的网络多核处理器架构示意

　　通过这些需求，我们不难发现，原有的ASIC已经不再成为通信设备处理单元的首选，一方面由于其不够灵活的硬件结构，另一方面也不适合低功耗和低成本的发展需求。因此，FPGA和多核DSP就成为基站处理的首选，3G基站主要包括接入控制单元、基带、射频单元和功放单元，一般采用DSP、FPGA及通用控制器的混合架构体系。在无线基站网络中采用了可编程器件可以实现远程基站升级，大幅提升设备灵活性和基站设备寿命，同时避免高昂的运输费用和硬件开发费用。另外，FPGA的制程一直处于半导体领先行列，可以有效降低设备的整体功耗。如今语音、视频和数据服务成为业界潮流，下一代有线和无线基础设施对DSP的处理能力要求越来越高，一般通过增加DSP数量和提高DSP频率来满足大量并行处理能力需求，通信DSP的龙头厂商飞思卡尔、德州仪器等相继推出多核DSP.多核DSP可以满足3G服务器的多个特有需求，一是增加对多媒体和数据功能业务的支持，这是DSP的存在原因所在，二是在提升处理能力的同时又可以保持较低的功耗和系统的稳定，处理器能力的提升，需求增加芯片的处理能力，而如果增加处理器的主频需要增大功耗，采用多核处理器可以避免这个问题，通过增加核的数量提升处理能力又不增加功耗，特别的，多核处理器可以通过并行编程实现不同的功能，从而减少基站芯片的采用数量，降低成本和功耗。

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