Marvell PXA 1802 LTE多模单芯片完全解密

移动通信进入LTE（长期演进）时代，必然带来技术上的创新。LTE技术的采用，能提升频谱效率，使用户享用超高数据率。在全球积极推出商用LTE服务的同时， 国内的运营商将在TD-SCDMA与TD-LTE方面兼顾发展，需要解决二者共存问题。 LTE还首次把TDD（时分双工）和FDD（频分双工）技术统一起来，基于同一核心网共享设备和网络管理，平衡网络的覆盖和容量，减轻互操作和漫游压力，有效地利用频谱和地域资源。无疑，这一切对于当前LTE通信处理器芯片技术水平，掀起了一场前所未有的挑战。

与单模LTE产品相比， 多模在设计上，除了需要处理好高集成度带来的复杂问题，还需要解决好产品的功耗、性价比和稳定性问题。本文简介Marvell推出的新品PXA1802多模调制解调器的整体性能、系统结构、功能特色和典型应用。 PXA1802 是单芯片基带调制解调器，可支持TDD和FDD LTE制式，支持GSM、EDGE、WCDMA、TD-HSPA+、HSPA+等多模，成为LTE新贵。

整体性能

调制解调器PXA1802的整体特性可以从蜂窝网络系统、调制解调器和多重无线平台三方面来描述。

• 蜂窝移动网络特性：
  * LTE平台解决方案： 支持LTE FDD/TDD, Release 9, Category 4：下行150Mbps，上行50Mbps；支持相应的带宽选项
  * 3G平台解决方案： 支持Release 8 TD-HSPA+, DLDC, 下行8.4Mbps, Release 7 HSPA+, 下行21Mbps
  * 协议堆栈： 支持蜂窝网络2G/3G/4G协议堆栈
  * 射频解决方案： 支持多频LTE，多频段3G, 四频EDGE，DigRF3G和DigRF4G接口
• 调制解调器特性：
  * 调制解调RISC内核：ARM 9，带有数据包处理加速器； L1指令和数据高速缓存（Cache）， L2缓存, 指令紧耦合内存（ITCM），数据紧耦合内存（DTCM）
  * 信号处理DSP内核： 微信号处理架构VLIW DSP内核, L1指令和数据高速缓存， 指令和数据SDRAM
• 无线平台特性：
  * 支持3G/无线局域网（WLAN）/蓝牙（BT）/FM/GSP/NFC 共存
  * 支持IP多媒体子系统（IMS），IP语音（VoIP）和其他运营商高级服务
  * 多天线输入输出（MIMO）技术，波束成形技术

值得一提的是，设计当初，便考虑了当前国际上LTE网络已有相当地区采用FDD制式，设计方案上从一开始就选择支持TDD和FDD，以致整体配置上避免重叠。实际上，LTE虽然存在TDD和FDD两大阵营，但其区别仅占很小比例，主要体现在底层上的区别，而在协议栈层面大都是一样。共享资源的结果，是设计趋于合理，体积减小，功耗降低。

芯片外观

图一. 调制解调器PXA1802芯片外观

图一为PXA1802芯片的外观。 采用40纳米半导体工艺的PXA1802芯片，集成度高，体积小，功耗低。芯片尺寸也减小到 9mm x 9mm。 封装采用JEDEC 标准。整个芯片又轻又薄。不难理解，由此构成的终端产品，在功耗上大为降低。另外，在设计智能终端时，利用这样的通信处理器，配置应用处理器AP，相对也比较灵活。 例如，选择一个高端的AP，便可构筑一个比较高端的手机。

框图一览

                        图二. PXA1802 芯片体系结构方框图

分析PXA 1802的单芯片系统框架图，可以看出，芯片内部设计注重在硬件上集成了主要功能， 也集成了内存LPDDR1 以期达到速率提高和性能优化的目的。硬件架构包括数字信号处理器（DSP）、基带处理器、电源管理单元（PMU）、直接内存访问（DMA）和各种外部接口。在芯片外部，主要就是要加上电源处理器PMIC、存储器Memory、SD卡和射频RF的芯片，整个系统就成形了。PXA1802内部集成的LPDDR1无需额外DDR，从而进一步降低了整体平台的成本。  如果要结合WI-FI产品，可再添加一个WI-FI芯片。

由于整体布局简明合理，紧凑灵活，接口丰富，芯片具有轻薄、高效的基因，从而在最新的LTE和TD-SCDMA终端上，容易实现以低成本得到快速应用的效果。

芯片特点

综上所述，PXA1802是一个高集成度多模单芯片。 它具有“三高”的特点。

• 高集成度：支持FDD/TDD LTE/WCDMA/TD-SCDMA/GSM制式， 将五模集成于同一芯片。同时集成LPDDR1。
• 高性能：支持下行150Mbps，上行50Mbps。支持双流波束成形，硬件支持祖冲之加密算法，支持2G/3G和 LTE的双待双连接。
• 高成熟度：完成并通过国内主要的IOT测试，体现出芯片和系统具备良好的稳定性。

实用优势

从接入角度出发，该单芯片可以支持双连接，语音和数据的双连接。在支持语音的时候，利用现已成熟的2G或者3G；在承接4G业务时，则通过LTE网络运行。从而，当2G和3G在工作的同时，与其独立的LTE可以承载数据业务。这样带来的好处是显而易见的。

移动演进面临的问题并非来自TD-LTE本身，更多是3G与4G之间的融合和跟进。考虑到LTE在建网初期，覆盖率和接入稳定性尚未一步到位，处理器芯片的设计除了支持LTE以外，还要支持TD-SCDMA、WCDMA和GSM标准。尤其是，为了满足不同运营商在引入LTE网络后，对语音业务支持的要求，芯片PXA1802提供了支持单卡双待双连接方案。

以TD-LTE为例，作为纯IP网络，并不直接支持语音，要把整个网络改造成VoLTE，需要一段时间。双连接的概念是采用分头并进的方式，在数据通过LTE的同时，利用2G或3G网络支持电话，从而简便地实现了数据和语音的传输。

典型应用

芯片PXA1802可为高带宽需求的移动应用和多媒体设备提供所需的性能。它的产品形态包括数据卡、移动热点、软件狗等，并支持智能手机、平板电脑、笔记本电脑的移动连接，从而满足浏览网页、倾听音乐、3D游戏、视频带宽的用户体验。例如，LTE-MiFi 移动热点便是一项典型的LTE应用，特别是其待机电流低功耗小的优势，颇受市场关注。 在PXA1802基础上，集成应用处理器AP功能，外挂视频、GPS、电源管理、eMMC、WI-FI等，就能形成一个LTE多模手机的解决方案。

总之，单芯片多模LTE通信处理器的设计，能较好地解决TD-SCDMA和LTE共存和融合问题，又兼顾FDD和TDD两大阵营，适应国际市场，实现通信系统3G/4G平滑交接演进，使未来网络与移动终端设备的无缝连接成为可能。