可編程DSP架構應對TD-SCDMA和TD-LTE的設計

可編程DSP架構應對TD-SCDMA和TD-LTE的設計

中國作為目前世界上最大的移動市場，對移動標準的發展，希望制定不同于歐美國家的標準。即目前的3G標準TD-SCDMA以及未來的4G標準TD-LTE。

2006年初，中國政府宣布TD-SCDMA正式成為中國的3G移動通訊標準。2009年，世界最大的移動運營商中國移動宣布將提供基于TD-SCDMA為標準的3G服務，同時，中國聯通以及中國電信分別將推出以WCDMA以及CDMA-2000標準的3G服務。這意味著，中國在接下來的時間將會同時存在3種不同的3G網絡。

顯而易見的是，中國3G服務的啟動要大大晚于歐美國家。中國移動意識到不可能只依靠TD-SCDMA來確保其目前領先的地位，因此，中國移動在啟動TD-SCDMA的同時已經把目光投向未來的4G標準LTE。所以，中國移動也有可能盡快跳過3G進而演進到LTE。

基于目前的情況，很難準確預測哪一種標準會在未來的中國移動市場占主導地位。所以，作為終端基帶芯片供應商目前面臨非常困難的選擇。如果只是針對某一種標準進行開發，有可能會賭錯標準。而如果去設計支持多標準的基帶，傳統的以硬件加速器為主的基帶設計方式會大大增加開發的難度、成本、風險并且缺乏足夠的靈活性。這種情況之下，工程師自然而然會去尋找可編程的解決方案，這樣既可以提供足夠的靈活性同時還能縮短多個標準開發的時間。

無線基帶設計的不同方式

通常無線基帶的設計有如下三種方式：

? 傳統的硬件方式 – 基帶全部由硬件實現。這種方式基本上能讓第一款芯片很快的推向市場。同時，這種設計能確保最低的功耗。然而，基于這種方式設計出來的芯片完全沒有靈活性并且很難升級以支持后續的產品。

? 軟件無線電方式 – 完全軟基帶方式實現， 同一顆芯片可以以軟件方式同時支持多個不同標準。這種方式只需要切換軟件就可以支持不同的標準，完全不需要改變芯片的設計。然而，這個方式的主要問題在于可編程引擎設計的復雜性，以及相對硬件方式會有較高的功耗。

? 混合方式 – DSP加上硬件加速器。這樣基帶需要靈活性的處理部分可以用軟件的方式實現在DSP上，其余的計算密集并且相對固定的處理部分，比如FFT可以硬件加速器的方式實現。

考慮到純硬件方式設計帶來的高風險， 本文接下來主要討論另外兩種可編程的基帶設計方式。


圖1 CEVA-XC框圖

圖2 CEVA-X1641框圖

基于CEVA-XC的軟件無線電設計方式

CEVA-XC是一款針對最先進的無線標準優化設計的高性能通訊處理器(框圖見圖1)。基于CEVA-X體系構建的CEVA-XC可以完全以軟件方式支持多個先進無線標準，其中包括目前最復雜的4G標準 LTE Cat.5以及WiMAX II (IEEE 802.16m)，以及 3G和3.5G。 這個創新的處理器能夠以純軟基帶方式同時運行多個不同的無線標準。

一個CEVA-XC可以軟件方式同時支持多個不同的無線標準，這樣就完全不需要針對不同標準設計的硬件加速器。因此，可以降低整個系統的功耗以及面積。

CEVA-XC架構可包含1、2或者4個向量處理器。每個向量處理器是一個3發射，可以處理256位寬數據的單指令多數據 (SIMD) 引擎。 其中包含16個MAC單元、算數、邏輯以及移位單元。CEVA-XC的指令集可以處理應對4G基帶的處理要求，比如matrix processing、MIMO detectors、complex filtering、data permutations 以及位處理。

基于CEVA-X1641的混合式基帶設計方式

CEVA-X 代表一系列通用高性能DSP處理器，被廣泛應用于無線基帶應用，并且已經量產于多個基帶芯片供應商的產品中。

CEVA-X是基于超長指令字 (VLIW) 以及單指令多數據 (SIMD) 的架構。VLIW可以讓多條指令同時執行確保高度的指令級并行同時保證低功耗。CEVA-X架構對C語言有很好的支持，這樣可以幫助開發者大大降低開發成本以及縮短上市時間。

CEVA-X1641是CEVA-X家族里面的一個成員(框圖見圖2)。它擁有4個16位寬的MAC。CEVA-X1641在65nm工藝的最壞情況下可以達到700MHz的運行頻率。

CEVA-X1641作為高性能且易于編程的DSP，可以讓設計人員對他們的終端基帶SOC設計靈活的進行軟硬件劃分。不同的基帶客戶在他們的設計里面使用不同的軟硬件劃分方式以及單個DSP核或者多個DSP核。此外還可以保證客戶的軟件投資以及在未來演進產品中的軟件復用。目前，多個CEVA客戶正在使用CEVA-X1641設計他們的4G無線基帶。

結論

正是因為未來中國無線市場多標準共存的現實，所以有必要使用同一個平臺來支持多個不同的標準。不論是基于軟件無線電的純軟基帶方式還是混合型的可編程方式都能提供足夠的靈活性來滿足重復使用以及快速上市的需求。

長期以來，無線基帶市場的領導者已經明確可編程是無線基帶發展的方向。文中討論的2款CEVA DSP核，實現了根據授權客戶對芯片架構以及靈活性的不同需求提供合適的解決方案。