TD-SCDMA與GSM雙模手機前端的多芯片實現

摘要:  本文提出了一種采用多芯片來實現TD-SCDMA/GSM雙模體制的手機前端設計,分析了該雙模體制的技術要點,并給出該體制手機終端電路的實現實例。
關鍵詞:  TD-SCDMA; GSM; 雙模

TD-SCDMA移動通信協議作為符合IMT-2000和3GPP規范的世界三大移動通信國際標準之一，有其獨特的技術優勢。我國在移動通信方面擁有巨大的市場，因此TD-SCDMA移動通信協議的前景是樂觀的。但截至目前，GSM/GPRS手機用戶仍然占據相當大的市場份額，所以實現TD-SCDMA/GSM雙模體制的手機終端對于由GSM/GPRS向TD-SCDMA的平滑過渡是極具現實意義和應用前景的。

GSM網絡信號穿透能力強，因此在高樓林立的復雜環境中能帶來良好的通話質量和通信覆蓋；而CDMA網絡的特點是系統容量特別大，同樣的頻率資源CDMA網的系統容量可以是模擬網的8~10倍、GSM網的3~4倍。CDMA特有的寬帶傳輸手段具有極強的抗干擾能力，并適用于在手機上開出高速數據傳輸業務等優勢。

與GSM不同的是,TD-SCDMA要求更高的動態范圍，由最小輸出功率和反射功率等級來確定發射通道的自動增益控制動態指標，快速功率控制環路以及功放(PA)的線性要求等等。表1給出了GSM和TD-SCDMA雙模體制有關的設計參數，更詳盡的內容可以參考GSM和TD-SCDMA的協議標準。

中頻部分完成頻率變換和濾波的功能。具體而言，就是從接收信號中為GSM和TD-SCDMA提取信道，實現頻率轉換等。這是GSM和TD-SCDMA雙模體制中硬件設計有較大差異的部分。圖1和圖2分別給出了符合GSM和TD-SCDMA規范的IF結構。

圖1 GSM 的IF部分實現框圖

圖2 TD-SCDMA的IF部分實現框圖

由圖1和圖2我們可以看出兩者不方便使用同一個IF電路來完成處理。根據這個差異，我們可以想到用GSM/TD-SCDMA開關來將不同的信號區分開并且進行對應的處理。TD-SCDMA/GSM手機硬件平臺結構主要由TD-SCDMA 和GSM各自獨立的RF收/發模塊、模擬基帶(LCR ABB)、數字基帶(LCR DBB)以及共用的應用處理器、電源管理模塊(PMU)以及外圍接口電路組成。由此設計整個TD-SCDMA/GSM雙模手機的整體結構如圖3所示。

圖3 GSM/TD-SCDMA雙模手機的整體結構框圖

TD-SCDMA/GSM在高層協議框架以及軟件框架方面的不同均可以集中在SC140及ARM11組成的處理器中完成，這里我們主要關注TD-SCDMA/GSM的射頻前端、中頻部分的差異。

圖3中的GSM/TD-SCDMA開關根據GSM和TD-SCDMA頻段的不同，由不同頻帶的帶通濾波器(一個頻帶較高，濾出TD-SCDMA信號；一個頻帶較低濾出GSM信號)，選通開關和雙工器構成，由選通開關上的選通電壓以及雙工器來決定4種工作模式，即：GSM的收(RX)發(TX)、TD-SCDMA的收(RX)發(TX)。這樣就很簡單的區分了兩種體制的雙模工作，便于兩種制式射頻前端和IF部分的"分而治之"。

經過評估，我們在TD-SCDMA射頻前端設計時選用MAXIM公司的MAX2392和MAX2507芯片解決方案，在GSM的射頻前端設計時則選用Silicon公司的Si4212來進行設計。

圖4給出了多芯片TD-SCDMA和GSM雙模體制手機終端的收發部分實現框圖，部分外圍原件有所省略。其中TD-SCDMA的RF收發機工作頻率均為2010-2025MHz頻段，而GSM可以在850MHz、900MHz、1800MHz的頻段進行靈活選擇。

圖4 多芯片TD-SCDMA和GSM雙模體制手機終端的收發部分實現框圖

在PCB板設計時，要考慮傳輸線、信號完整性和電磁兼容性等方面的因素。以傳輸線設計為例：設Tr 為信號上升時間，Tpd 為信號線傳播延時。假設Tr≥4Tpd，說明信號在安全區域。如果2Tpd≥Tr≥4Tpd，則信號在不確定區域。如果Tr≤2Tpd，表示信號落在問題區域。對于落在不確定區域及問題區域的信號，就應當使用高速布線的方法減少可能出現問題的風險。

經過驗證，本設計基本達到了設計要求。當然，本設計更主要的目的是為單芯片實現TD-SCDMA/GSM雙模射頻前端以及基帶處理提供一些技術經驗。隨著3G牌照發放日程越來越緊迫和市場的樂觀估計，相信TD-SCDMA/GSM雙模制式的手機終端會發揮他重要的作用并得到市場的認可。

參考文獻:
ADI. TD-SCDMA UE射頻前端電路.V2.0.0