适用于2G/3G/4G的无线终端基带芯片

2. 2G/3G/4G的终端基带系统需求分析

终端系统需求分为两个方面，一是功能需求，一是性能需求。本章节通过抽象架构示意图说明，2G/3G/4G几个系统的功率需求；再逐步分析，不同的系统在性能上的需求。性能需求的分析，本文从系统带宽，采样率，到链路算法处理的复杂度分析入手。

2.1 无线通信终端基带平台的抽象架构

图2:无线通信终端基带平台的抽象架构

功能需求如上图2所示，所有的终端基带系统都需要完成：

● 跟射频信号的接口以及对射频电路的频率和增益的控制；

● 对上下行链路信号的处理，调制解调电路（或者算法），接收均衡与解码电路（或者算法），对增益/频率/功率的环路控制；

● 对通信链路的建立保持释放等高层协议功能。

这些功能在不同的芯片上，构建不同的系统架构时，会有不同的软硬件的分工。

2.2 2G/3G/4G系统的性能需求

图3:2G/3G/4G系统性能需求示意图

2G是以语音通信为主的系统，3G是兼顾语音通信和数据通信的系统，4G是以高速数据通信为主体的系统。2G空中接口的带宽小于200khz，能提供几百Kbps的数据流量；而3G带宽约2Mhz，提供几MBps数据流量；4G带宽高于20MHz，提供超过100MBps数据流量。2G和3G射频接口简单，1个接收通道，1个发射通道，基带信号的采样率2G在1MHz左右（以4倍过采样为例）,3G约10MHz；4G的射频接口有MIMO的模式，2--4个接收通道，1--2个发射通道，且基带信号的采样率大于30MHz。系统的基础技术2G是GMSK调制方式和卷积码；链路处理算法简单，处理的数据量低；3G 是CDMA调制方式，卷积码加Turbo码，需要采用匹配滤波器和Turbo 解码等比较复杂的算法，但处理的数据量还比较低；4G采用OFDM技术，卷积码加Turbo码，链路处理需要采用MIMO检测和Turbo解码等比较复杂的算法，且处理数据量相对于2G和3G大幅度提高，高层协议栈也需要有较大的数据流量处理的技术。以此为系统性能需求的基础，可以分析得到物理层的运算量2G每秒低于50MOPS的需求量，3G约每秒小于500MOPS，4G超过5000MOPS。高层协议栈处理，2G约每秒10MOPS左右，3G每秒小于100MOPS，而4G超过1000MOPS。对缓存的数据区域的需求：2G物理层低于128KBytes,高层协议栈低于256Kbytes；3G物理层小于512KBytes,高层协议栈小于5Mbytes；4G物理层超过2MBytes,高层协议栈超过20Mbytes。

2.3 无线通信终端基带平台的需求分析小结

综上所述，从2G到4G的终端基带平台有着非常相似的系统功能架构，但由于系统带宽和基础技术的革命性变化，在性能需求上有着从量变到质变的飞跃。但相类似的功能架构，引导着架构设计者追寻一种可以兼顾几个时代的终端基带平台。本文所述的方案则是这样的一个平台。

3. 基于定制方式的多模架构设计

由于4G的网络建设还需要一段时间，4G终端芯片在架构设计时，需要考虑以多模的架构兼容2G/3G的需求，以便于终端在网络中移动时可以充分的享用网络的资源。

在2G时代，传统的芯片架构设计方案将其中物理层的部分采用电路逻辑实现，高层协议则由一个可编程的内核电路来运行相应的软件。3G/4G时代，传统的思路是继承前者已有的电路，增加新的电路逻辑来实现物理层的部分，然后增加可编程内核的能力或者多个可编程内核来运行高层协议。于是，形成了如图4所示的传统多模架构。

图4：传统多模基带芯片架构

这种的架构的好处是，开发周期相对短，2G和3G的物理层已经稳定工作，但主要缺陷是逻辑电路的面积也较大，从而导致芯片成本较高。

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