TD-SCDMA与GSM双模手机前端的多芯片实现

      摘要: 本文提出了一种采用多芯片来实现TD-SCDMA/GSM双模体制的手机前端设计,分析了该双模体制的技术要点,并给出该体制手机终端电路的实现实例。

        关键词: TD-SCDMA; GSM; 双模

        TD-SCDMA移动通信协议作为符合IMT-2000和3GPP规范的世界三大移动通信国际标准之一，有其独特的技术优势。我国在移动通信方面拥有巨大的市场，因此TD-SCDMA移动通信协议的前景是乐观的。但截至目前，GSM/GPRS手机用户仍然占据相当大的市场份额，所以实现TD-SCDMA/GSM双模体制的手机终端对于由GSM/GPRS向TD-SCDMA的平滑过渡是极具现实意义和应用前景的。

        GSM网络信号穿透能力强，因此在高楼林立的复杂环境中能带来良好的通话质量和通信覆盖；而CDMA网络的特点是系统容量特别大，同样的频率资源CDMA网的系统容量可以是模拟网的8~10倍、GSM网的3~4倍。CDMA特有的宽带传输手段具有极强的抗干扰能力，并适用于在手机上开出高速数据传输业务等优势。

        与GSM不同的是,TD-SCDMA要求更高的动态范围，由最小输出功率和反射功率等级来确定发射通道的自动增益控制动态指标，快速功率控制环路以及功放(PA)的线性要求等等。表1给出了GSM和TD-SCDMA双模体制有关的设计参数，更详尽的内容可以参考GSM和TD-SCDMA的协议标准。

        中频部分完成频率变换和滤波的功能。具体而言，就是从接收信号中为GSM和TD-SCDMA提取信道，实现频率转换等。这是GSM和TD-SCDMA双模体制中硬件设计有较大差异的部分。图1和图2分别给出了符合GSM和TD-SCDMA规范的IF结构。 
          
     图1 GSM 的IF部分实现框图 


       图2 TD-SCDMA的IF部分实现框图 

        由图1和图2我们可以看出两者不方便使用同一个IF电路来完成处理。根据这个差异，我们可以想到用GSM/TD-SCDMA开关来将不同的信号区分开并且进行对应的处理。TD-SCDMA/GSM手机硬件平台结构主要由TD-SCDMA 和GSM各自独立的RF收/发模块、模拟基带(LCR ABB)、数字基带(LCR DBB)以及共用的应用处理器、电源管理模块(PMU)以及外围接口电路组成。由此设计整个TD-SCDMA/GSM双模手机的整体结构如图3所示。 
  
   图3 GSM/TD-SCDMA双模手机的整体结构框图

        TD-SCDMA/GSM在高层协议框架以及软件框架方面的不同均可以集中在SC140及ARM11组成的处理器中完成，这里我们主要关注TD-SCDMA/GSM的射频前端、中频部分的差异。

        图3中的GSM/TD-SCDMA开关根据GSM和TD-SCDMA频段的不同，由不同频带的带通滤波器(一个频带较高，滤出TD-SCDMA信号；一个频带较低滤出GSM信号)，选通开关和双工器构成，由选通开关上的选通电压以及双工器来决定4种工作模式，即：GSM的收(RX)发(TX)、TD-SCDMA的收(RX)发(TX)。这样就很简单的区分了两种体制的双模工作，便于两种制式射频前端和IF部分的"分而治之"。

        经过评估，我们在TD-SCDMA射频前端设计时选用MAXIM公司的MAX2392和MAX2507芯片解决方案，在GSM的射频前端设计时则选用Silicon公司的Si4212来进行设计。

        图4给出了多芯片TD-SCDMA和GSM双模体制手机终端的收发部分实现框图，部分外围原件有所省略。其中TD-SCDMA的RF收发机工作频率均为2010-2025MHz频段，而GSM可以在850MHz、900MHz、1800MHz的频段进行灵活选择。 

      图4 多芯片TD-SCDMA和GSM双模体制手机终端的收发部分实现框图

        在PCB板设计时，要考虑传输线、信号完整性和电磁兼容性等方面的因素。以传输线设计为例：设Tr 为信号上升时间，Tpd 为信号线传播延时。假设Tr≥4Tpd，说明信号在安全区域。如果2Tpd≥Tr≥4Tpd，则信号在不确定区域。如果Tr≤2Tpd，表示信号落在问题区域。对于落在不确定区域及问题区域的信号，就应当使用高速布线的方法减少可能出现问题的风险。

        经过验证，本设计基本达到了设计要求。当然，本设计更主要的目的是为单芯片实现TD-SCDMA/GSM双模射频前端以及基带处理提供一些技术经验。随着3G牌照发放日程越来越紧迫和市场的乐观估计，相信TD-SCDMA/GSM双模制式的手机终端会发挥他重要的作用并得到市场的认可。