移動通信系統發(fā)展數十年，一直為追求更高的頻譜效率而進行技術更新，從2G時代的GMSK，到3G時代的CDMA，到4G時代的OFDM。同時，大規(guī)模集成電路的設計技術與生產技術，也有了從幾百納米到幾十納米的時代變化。系統越來越大的帶寬需求，意味著對終端芯片平臺越來越高的處理能力要求。系統從2G 到4G的發(fā)展，無線網絡本身的發(fā)展也是需要一個較長的時間與過程，且對已有的2G和3G網絡的淘汰也不可能在一夜間完成，于是對終端芯片平臺也提出了自適應的隨網絡演進而變化的需求，即多種模式自動切換的工作模式需求。本文將從幾種無線通信系統對終端基帶芯片的需求開始討論，介紹一種由簡約納電子公司設計完成的適用于2G/3G/4G的軟件無線終端基帶芯片平臺。

　　1. 現有4G終端基帶芯片的狀況

　　如下圖1所示，4G無線通信系統基礎技術是OFDM。OFDM系統信號是時頻域都存在的陣列信號。時頻域信號間的變換，信道估計與MIMO檢測等大量陣列信號的處理，需要大量并行的矢量處理。高度并行的矢量處理器正應OFDM系統陣列信號處理需求而生。 多核多線程內核加上向量處理器是4G基帶芯片架構的大勢所趨。

　　圖1:OFDM系統陣列信號處理示意圖

　　從已發(fā)表的有關無線終端基帶處理器的文獻和資料來看，業(yè)界在可編程和矢量處理應用方面已有許多進展，有如表1所示。

　　表1：基帶處理器中的處理能力

　　其它的還有IMEC 的ADRES，Michigan University 的ArdBerg等。

　　2. 2G/3G/4G的終端基帶系統需求分析

　　終端系統需求分為兩個方面，一是功能需求，一是性能需求。本章節(jié)通過抽象架構示意圖說明，2G/3G/4G幾個系統的功率需求；再逐步分析，不同的系統在性能上的需求。性能需求的分析，本文從系統帶寬，采樣率，到鏈路算法處理的復雜度分析入手。

　　2.1 無線通信終端基帶平臺的抽象架構

　　圖2：無線通信終端基帶平臺的抽象架構

　　功能需求如上圖2所示，所有的終端基帶系統都需要完成：

　　● 跟射頻信號的接口以及對射頻電路的頻率和增益的控制；

　　● 對上下行鏈路信號的處理，調制解調電路（或者算法），接收均衡與解碼電路（或者算法），對增益/頻率/功率的環(huán)路控制；

　　● 對通信鏈路的建立保持釋放等高層協議功能。

　　這些功能在不同的芯片上，構建不同的系統架構時，會有不同的軟硬件的分工。

　　2.2 2G/3G/4G系統的性能需求

　　圖3:2G/3G/4G系統性能需求示意圖

　　2G 是以語音通信為主的系統，3G是兼顧語音通信和數據通信的系統，4G是以高速數據通信為主體的系統。2G空中接口的帶寬小于200khz，能提供幾百 Kbps的數據流量；而3G帶寬約2Mhz，提供幾MBps數據流量；4G帶寬高于20MHz，提供超過100MBps數據流量。2G和3G射頻接口簡單，1個接收通道，1個發(fā)射通道，基帶信號的采樣率2G在1MHz左右（以4倍過采樣為例），3G約10MHz；4G的射頻接口有MIMO的模式，2--4個接收通道，1--2個發(fā)射通道，且基帶信號的采樣率大于30MHz。系統的基礎技術2G是GMSK調制方式和卷積碼；鏈路處理算法簡單，處理的數據量低；3G 是CDMA調制方式，卷積碼加Turbo碼，需要采用匹配濾波器和Turbo 解碼等比較復雜的算法，但處理的數據量還比較低；4G采用OFDM技術，卷積碼加Turbo碼，鏈路處理需要采用MIMO檢測和Turbo解碼等比較復雜的算法，且處理數據量相對于2G和3G大幅度提高，高層協議棧也需要有較大的數據流量處理的技術。以此為系統性能需求的基礎，可以分析得到物理層的運算量 2G每秒低于50MOPS的需求量，3G約每秒小于500MOPS，4G超過5000MOPS。高層協議棧處理，2G約每秒10MOPS左右，3G每秒小于100MOPS，而4G超過1000MOPS。對緩存的數據區(qū)域的需求：2G物理層低于128KBytes，高層協議棧低于256Kbytes；3G物理層小于512KBytes，高層協議棧小于5Mbytes；4G物理層超過2MBytes，高層協議棧超過20Mbytes。

　　2.3 無線通信終端基帶平臺的需求分析小結

　　綜上所述，從2G到4G的終端基帶平臺有著非常相似的系統功能架構，但由于系統帶寬和基礎技術的革命性變化，在性能需求上有著從量變到質變的飛躍。但相類似的功能架構，引導著架構設計者追尋一種可以兼顧幾個時代的終端基帶平臺。本文所述的方案則是這樣的一個平臺。

　　3. 基于定制方式的多模架構設計

　　由于4G的網絡建設還需要一段時間，4G終端芯片在架構設計時，需要考慮以多模的架構兼容2G/3G的需求，以便于終端在網絡中移動時可以充分的享用網絡的資源。

　　在 2G時代，傳統的芯片架構設計方案將其中物理層的部分采用電路邏輯實現，高層協議則由一個可編程的內核電路來運行相應的軟件。3G/4G時代，傳統的思路是繼承前者已有的電路，增加新的電路邏輯來實現物理層的部分，然后增加可編程內核的能力或者多個可編程內核來運行高層協議。于是，形成了如圖4所示的傳統多模架構。

　　圖4：傳統多模基帶芯片架構

　　這種的架構的好處是，開發(fā)周期相對短，2G和3G的物理層已經穩(wěn)定工作，但主要缺陷是邏輯電路的面積也較大，從而導致芯片成本較高。