单芯片实现LTE和WiMax前景分析

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LTE和WiMax之间唯一最重要的相似性在于均采用正交频分复用(OFDM)信令。两种技术也均采用Viterbi和turbo加速器来实现前向纠错。
从芯片设计工程师的观点来看，如果你要在同一芯片或芯片组内支持两种制式的话，就非常有可能广泛地重用各种门。从软件无线电(SDR)的观点来看，机会更为诱人。灵活性、门重用以及可编程性似乎就是应对WiMax-LTE多模式挑战的答案，而那可能意味着要采用软件无线电技术。     
LTE和WiMax可能就是OFDM这颗“蚕豆”上的“两片豆子”，但是，它们并不是孪生的。它们之间存在三个重要差异：     
1.两者均在下行链路中采用正交频分多址接入(OFDMA)。然而，WiMax通过在一个宽的信道上处理所有的信息而对信号利用率进行最优化。相比之下，LTE把可用频谱组织为更小的频段。     
WiMax为高信道利用率付出一定的代价，但是，因为处理那么多的信息可能需要1000点快速傅立叶变换。LTE用16点FFT就能完成。这相当于功耗更大，因为难以在有效的LTE设计中加入有用的WiMax硬件。然而，使用软件无线电原理的一种架构能够重新配置它的FFT函数以实现更低的功耗。     
2.LTE的上行信令采用单一载波频分多址接入(SC-FDMA)，而WiMax坚持采用OFDMA。基于OFDM的系统的主要问题之一就是它们具有高的峰值-平均功率比。在市场营销中引证的平均功率指标并没有展示整个情况。遗憾的是，系统的功率放大器必须被设计为处理峰值功率，而功率放大器也成为手机中一个的耗电大户。     
LTE之所以特别选择SC-FDMA就是为了提高功率放大器的效率。“如果你通过改变调制制式就能够把效率从5%改善为50%，那么，你就可以节省大量的电池电量，”多模式专业提供商CoresonicAB公司的首席系统架构师AndersNilsson表示。WiMax的OFDMA具有大约10dB的峰值平均功率比，而LTE的SC-FDMA的峰值-平均功率比大约为5dB。     
这一差异也影响基带芯片，Nilsson补充说，因为需要在上行链路中支持两种调制方式。可编程解决方案可以灵活到足以重用门并在LTE模式保持低功耗。     
3.尽管IEEE802.13e标准以及演进中的LTE标准支持频分双工(FDD)以及时分双工(TDD)，WiMax实现主要采用的是TDD。LTE似乎在FDD方向上领先，因为它是真正的全双工工作：各个邻近的信道被用于上行和下行链路。因此，LTE具有更好的下行数据率指标，尽管所付出的代价是对前向纠错有非常严格的延迟要求。底线就是WiMax射频要更为简单一些。     
这些差异使得要设计支持两种标准的芯片或芯片组就更加困难，但是，通过调和而不是竞争，结果可能更加易于解决网络基础设施上存在的问题。当然，从手机设计工程师的观点来看，显然没有赢家。   
电池的寿命以及芯片或芯片组的功效是它们取得市场成功的关键，一位专门从事无线电测试和设计的独立咨询师FannieMlinarsky说道。功耗是WiMax和LTE面临的大问题，因为Mbps的性能意味着运行DSP困难并且使得芯片更加耗电。     
通过软件无线电实现多模解决方案     
尽管软件无线电的确享有昂贵和过分宣传的坏名声，但是，电信芯片设计工程师们业已采用软件无线电技术也是事实。他们需要——也完全是为了——适应不断演进的各种标准所带来的变化。     
软件无线电的经典定义就是让通用处理器构成的阵列实质上的在软件中运行所有的功能。这种方法可能昂贵且可能无法达到高数据率技术，如WiMax和LTE，要求的价格/性能目标，无线设计独立顾问FannieMlinarsky表示。     
另一方面，采用创新硬件架构的新方法似乎就要抓住眼下的黄金时代。长期从事OFDMA芯片设计的Wavesat公司早已进入该领域。这家公司与移动产品ODMCompalCommunications公司签署了协议，以开发移动WiMax产品；而与日本的电信公司Willcom签署协议，利用Wavesat公司的Odyssey8500芯片组开发XG-PHS宽带无线电产品。     
Wavesat公司高级副总裁VijayDube表示，实际上该芯片组是能够实现任何基于OFDM技术的4G平台。Odyssey8500就是以8颗DSP内核为基础。     
CoresonicAB还拥有基于新架构——单一指令流多任务(SIMT)——的多模式平台。SIMT能够实现非常长指令字架构的性能，但是，具有较低的控制开销以及更低的程序和存储器使用率，该公司首席执行官RichClucas表示。     
Mlinarsky表示，面向LTE以及WiMax的多模式基带解决方案充满挑战，但是，因若干原因所致，设计前端芯片才是真正令人畏惧的，关键在于这两个标准覆盖的是大约4GHz的宽频谱。LTE可能要支持900-MHz至1,900-MHz带宽；而WiMax必须根据地区情况抢夺可用的频谱，可能的工作范围是2.3GHz至3.5GHz。     
BitWave半导体公司的可编程RF收发器承诺提供一种克服多模式挑战的解决方案。该公司首席市场官RussellCyr表示，BitWave的原型软收发器RFIC已经提供给选定的ODM。采用该技术的手机以及Femtocell(家庭网)应该在明年发布。BitWave的技术通过数字方法调整无源电路元件，从而可对诸如LNA、滤波器以及混频器这样的模拟功能进行编程。
利用这些正在发挥作用的新技术，要做一点融合均要经历漫长的道路。LTE在很大程度上仍然处于发展阶段，WiMax也没有停滞不前，ForwardConcepts公司总裁WillStrauss表示，“802.16m工作组正在着手完成各种改进，以使之具有看起来非常像蜂窝电话，如跨区切换的功能。”