EDGE设计：获得继续演进的动力

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如果有人在总结增强型数据速率GSM演进(EDGE)技术的当前发展状况，那么结论必定是EDGE技术在许多方面已经接近成熟，包括全球覆盖、稳定的基础设施和终端的广泛支持。按照3G American报告，截至2006年9月，全世界范围内已有120多个国家、230多个运营商在其GSM网络中不同程度地配置了EDGE，其中90个国家160个运营商在提供商业服务。最后能证明EDGE技术将在全球范围内采用的将是来自中国的信息，中国的几家运营商宣布将部署EDGE系统。最新GSM/GPRS网络基础设施通常用软件实现低成本升级，并且在大多数中高端手机中提供EDGE功能，从而为EDGE配置提供诱人的性价比。
         EDGE技术在无线链路方面的重要创新包括引进高阶调制(8-PSK)(每符号比特数是GMSK的3倍)、多编码调制方式MCS 1-9(允许系统调节工作条件)、增加冗余度(扩展链路适应能力)以及将不同发送数据合并以提供链路增益。因此EDGE技术能够提供473.6kbps的理论最大数据传输速率，从而有效地扩展了数据容量(平均容量是GPRS的3倍)。同时，EDGE增强了射频性能，可以支持与UMTS相同的服务质量(QoS)体系结构，从而允许向未来3GPP版本提供的业务演进。
         EDGE成功的一个重要因素是基于3GPP的演进路线。它能够提供对语音和数据的平衡支持，同时让运营商留有灵活性以便通过经济有效地升级GSM及时改进网络性能。EDGE能够比现有的GSM/GPRS网络显著提升性能，同时能够保留其它射频接入方式，例如UMTS和未来的3GPP LTE。第二个重要因素是加速无线数据业务的采用。EDGE提供的更高数据速率可以满足用户无线Email、音乐和视频下载等应用，适于IMS和企业级应用。事实上，EDGE满足了最大速率超过200kbps的许多应用要求。
         但是，EDGE标准的增强远不止这些。EDGE标准组织一直在努力并试图通过GERAN(GSM/EDGE射频接入网络)项目来显著增强EDGE容量。特别是Release 7版本将引入新的特性以提高最大数据速率、频谱效率和容量，减少等待时间，实现数据和语音的同时传送。业界已经考虑了许多新技术，包括高阶调制方式(16-QAM)、双射频信道接收和下行分集接收。作为极富吸引力的新技术，先进EDGE将帮助运营商在现有许可频谱基础上提供相当高的3G系统效率。
灵活的EDGE平台
         众多挑战摆在无线终端平台开发商面前。一方面，新标准的复杂程度表明不断增加的计算和存储容量要求；另一方面，商业压力又要求在提高容量的同时，其功耗和成本与现有成熟标准(例如GSM/GPRS)相比应有竞争力。应对这种挑战考虑的因素绝不是一种，它依赖于可提供的基础技术和开发团队的创新。手机终端平台的优化需要考虑很多因素，例如先进的半导体制造工艺，多内核数字基带体系结构，从内核/存储器到单芯片提供混合信号和RF的集成度提升，对功耗的软件优化方法，以及适合手机灵活设计的软件重配置平台。
         ADI公司SoftFone(r)平台的发展历程为我们展示了一条可效仿的演进路线，它为无线终端生产商提供低成本解决方案的同时，允许他们利用灵活的软件设计开发出差异性产品投放市场。这种多核体系结构从90年代后期走向成熟，当时它是第一个投放市场的GPRS平台。2003年，该体系结构又为业界提供了第一款完整的EDGE平台。从那以后该解决方案已经相当成熟，并针对市场需求做了大量的改进。
         为了满足EDGE数据接收器设计算法复杂度日益增长的要求，ADI公司将Blackfin处理器作为计算引擎开发出了AD6532数字基带(DBB)芯片组，这是SoftFone MSP500系列的第一个成员。EDGE标准明确表示“100MHz以下”处理器不能满足物理层的需求。EDGE数据接收器是一种软件模块，具有超过200MHz处理能力的Blackfin处理器，并且能够适应标准的变化和实现扩展现场定型(FTA)所要求的变化。该芯片组已经完成了低功耗内核设计，这使得SoftFone MSP500系列在保持高度灵活性的同时，总的功耗分配相当于或优于其它数字基带芯片组。
         软件EDGE实现具有许多优点，在优化FTA和IOT测试性能的同时，手机的硬件设计保持稳定，低成本、低功耗解决方案能够满足无线手机的严格要求。并且随着标准的演进越来越重要的是，这种不受未来影响的平台允许增加新技术以增强性能，包括从增强EDGE的专利算法到采用其它先进的制造工艺，例如单天线干扰抵消(SAIC)算法或其它EDGE演进技术。
         从信道编码到语音编码，从硬件ASIC实现到软件，SoftFone平台引入了一系列功能。这些改进主要归功于DSP技术的进步。例如，除了EDGE数据接收器的8-PSK模块，更多基于网格的传统GMSK信道解码和均衡直到现在都需要一些DSP外部硬件加速。凭借Blackfin处理器的先进功能，SoftFone MSP500对上述功能具有充分的内部支持，并且不需外部硬件加速器。另外，AD6532基于层次性存储系统。从Blackfin处理器的角度看，L1存储器提供了一种有限的快速零等待(ZW)存储。由于Blackfin处理器能够高速运行，而L1存储器占用硅片面积相当昂贵，所以仅采用小容量快速存储器是经济可行的。低等级的存储器可提供较大的存储容量，但读取速度较慢。软件EDGE解决方案采用Blackfin处理器的高速缓存实现。
         考察手机功能，对于从音频到基于视频图像业务的多种多样的高级应用有了越来越多的需求。带ARM7 MCU内核的AD6532提供一种高度优化的通信平台，适合于数据卡和入门级手机。SoftFone MSP500系列的新成员AD6900引入了更高级的多媒体功能。AD6900可以满足GSM/GPRS/EDGE终端高级系统电源管理的严格要求，另外支持需要大量计算的多媒体功能，包括MPEG-4视频以及多种音频编码标准。AD6900集成了Blackfin处理器、ARM926EJ-S处理器、片上大容量RAM和扩展的外围接口设备
         图1是AD6900的顶层框图。

图1：AD6900顶层框图。

         Blackfin处理器子系统包含了内核、L1代码和数据存储器(可配置为高速缓存或SRAM)，统一的L2存储器、DMA控制器和一整套DSP外设。ARM926EJ-S子系统包括ARM微控制器(MCU)内核、高速缓存以及紧耦合存储器(TCM)。Blackfin处理器和ARM MCU都可访问系统RAM。专用APBUS子系统支持用于显示和数据捕获设备的多媒体接口。其中包括一个并行外设接口(PPI)控制器，支持10比特图像传感器或视频输入接口，一个用于并行LCD显示(称作EBUS2)的专用外部总线接口，它可以消除噪声并且接在外部存储器主接口上，并可通过多通道DMA控制器(称作APPDMA)满足多媒体接口设备对数据移动的需求，并且支持包括YUV4:2:2、YUV4:2:0、RGB565在内的多种视频格式。
EDGE手机的实现
         图2显示了EDGE手机的典型功能框图。
  

图2：EDGE手机功能框图。

         该芯片组的单元电路包括RF发射器和接收器部分，带混合信号和电源管理单元的模拟基带部分以及数字基带部分。完整的手机设计包括芯片组、存储模块、应用模块(照相、显示等)和外围设备(例如蓝牙模块或SD卡或MMC卡)。完整的EDGE解决方案包含直接变频OthelloE RF收发器，后面连接AD6855模拟基带器件，以及取决于终端类型的AD6532或者AD6900数字基带处理器。功能模块的划分及其随后的优化确保了稳定的产品利润。
         为了提供更加接近手机产品的完整解决方案，正如图3所示，我们提供了典型的外形参考设计。
  

图3：GSM/GPRS/EDGE参考设计。

         这个具体的参考设计版本基于AD6546/AD6855/AD6900芯片组。此外，本设计包括照相机、T-flash存储器卡、蓝牙模块、IrDA红外接口、运动传感器、FM收音机和话筒。四频带设计能够使EDGE实现多时隙Class 12以及AMR语音编码。另外有一整套开发工具支持本设计，包括用于校准和开发的RF工具、高速日志记录、JTAG接口等。
平台扩展性
         平台的可扩展性为体系结构扩展到多模操作提供了可能。例如，SoftFone-LCR芯片组就是由Blackfin处理器支持的基于软件方法实现的一种可扩展解决方案，适合用于TD-SCDMA终端。该芯片组具有先进的数字基带平台的全部属性，包括用有效的方法控制新功能和吸纳许多硬件功能的能力，达到多种用户要求(UE)所必需的速度，提供可调节的功耗，高效地处理控制代码，以及支持优化的编译器以保证产品代码质量。该芯片组从几年来为提高GSM/GPRS/EDGE手机的性价比、降低功耗所作的投资中直接受益，包括使用动态电压调节以便与处理器性能需要的功耗相匹配，使用先进的RF和混合信号技术，例如直接变换接收器和Σ-Δ模数转换器。事实上，这些技术通过共享许多模拟基带部分的功能和充分利用数字基带部分提供的高计算速度能够支持GSM/GPRS/EDGE和TD-SCDMA/GPRS多模应用。该平台的完全可扩展性能够使手机制造商在EDGE或TD-SCDMA从单模向多模工作转变的投资中获得收益。
作者：
Zoran Zvonar
系统工程部经理
美国模拟器件公司