3G时代的DSP技术应用

一 第三代移动通信技术对芯片的要求

近年来移动通信发展迅猛，自70年代末期模拟蜂窝系统问世以来，不到二十年时间，已经发展到以数字化技术为特征的第二代移动通信，进入90年代以后，世界各国已着手探寻第三代移动通信（即未来个人通信）的实现路径。

第三代移动通信标准有两个主要目标：一是实现多媒体、宽带化、智能化和高质量的全球通信；二是规范寻呼、无绳、蜂窝和低轨道卫星在内的多种标准，统一"空中接口"。IMT-2000将宽带CDMA视为优先考虑的方案，但在频分模式的选择上，欧洲建议由GSM向上过渡；北美建议由CDMA向上发展，日本力求与欧洲靠近。

为完成以上两个目标，同时针对前两代的移动通信系统的特点和不足，对第三代移动通信系统提出了以下要求：

1.频谱利用率高。其中第二代的GSM系统的频带利用率是第一代的TACS系统的频带利用率的两倍，而到了第三代移动通信系统则要求达到TACS系统频谱利用率的四倍。

2.可提供全球无缝覆盖和漫游。就是要与已存在的第一代和第二代系统的共存与兼容，这其中包括：能否重复使用第一代和第二代的某些网络设备，如MSC，计费系统，智能平台，与PSTN的接口，用户数据库等；能否重复使用第一代和第二代系统的无线接口协议和网络接口协议；能否实现两代系统间的漫游和软切换；能否实现在新系统上支持前两代系统的业务；系统间频谱的兼容性；等等。

3.可提供多种的业务。除提供窄带业务外，也要提供第一代和第二代所不能提供的数据速率为2MBPS的语音(包括声话码)，传真以及宽带视频等多媒体业务，这就存在着话音和图象压缩技术。

4.多种移动通信的融合。包括蜂窝、无绳、卫星移动通信系统等。要使得系统对每个无线接口的包容性最大，以便简化多模移动终端的开发。

5.各种运行环境。包括陆地、航空、海域和各种运行业务，要求其服务质量相当于固定网的水平，保密性好、收费合理、频率资源管理、系统配置、业务提供、网络结构等均更合理、灵活、可与智能网相结合。

6.系统的起始配置小而简单。可平滑升级，支持IMT2000以前系统的演进和过渡，移动终端便捷，成本低等。
而这些要求对芯片的要求也变得更高，最典型的要求就是适用芯片应具有卓越的运行与处理能力，以及更高的兼容性。

（一）运行速度

第三代移动通信要求DSP至少达到300MIPS的运算速度，才能实现各种繁杂的算法、解压缩和编译码。目前，DSP在功能上趋向实现多个MAC和多个寄存器，更宽的程序总线和数据总线；在结构上趋向采用SIMD、MIMD以及VLIW（超长指令）。第六代VLIW结构的TMS320C67x DSP产品，浮点运算速度达到1GFLOPS。用一片C67x就可完成10片普通DSP的工作，但其单价与市面上普通浮点DSP的价格相当，C67x功能之强大，足以为下一代个人通信提供高速、精确、多功能和多信道的解决方案。

（二）兼容性

由于在此之前有第一、第二代移动通信系统在运行，那么怎样是第三代通信系统与前两代相容，就成了一个技术难题。第一代模拟移动通信系统虽然在现在和未来都不是移动通信的发展主流，但是在全球的少数地区，例如北美的一些地区还将会存在；第二代数字移动通信系统在目前的市场占有率和普及率方面远远高于第一代和第三代，而且至少在未来的十年中将会与第三代系统并行发展，预计在第二代的发展终期，将达到全球四亿用户，这样系统的兼容性将显得非常主要。如果第三代专用芯片无法实现与第一代和第二代移动通信系统的兼容，那么第三代通信系统不但在初期的投入会很高，而且由于无法继承和使用现存的网络和移动设备，将造成巨大的资源和财力的浪费。此外，由于硬件的限制对于以后扩展新业务也是困难的，与软件升级比较，硬件的升级在时间和投入上都是困难的。就目前的发展状况而言，在各个领域和行业实现资源的共享和兼容，已成为一个明显的趋势。第三代移动通信系统的最终目标将是建成一个提供全球无缝覆盖并能实现全球漫游通信的系统。为了实现这一目标，第三代移动通信在其实现方式上采用了软件无线电技术，这可以有力的克服上述的各个困难。

二 DSP在移动通信中的适用性

DSP技术是随着时代的进步迅速发展的，目前DSP领域出现了片内集成多个处理器的新型DSP芯片，其结构是将一个通用的CPU核与一个或多个专用的DSP并行单元集成在同一芯片上。这种集成度的提高极大地提高了并行算法的效率，从而可以有效地利用信号处理带宽，达到以往需要多处理手段或实现专门功能的ASIC芯片才能实现的各项功能。这是DSP技术向软件无线电迈进的关键的一步。

在实际应用中，目前使用软件无线电技术的基站系统中已经采用多处理器的硬件结构。目前先进的可编程DSP大约可提供数百到上千MOPS的运算速度。实时软件无线电系统中基带以下部分完全可由DSP实现。

因此，以DSP为核心的软件无线电系统对3G通信具有极大的适用性。

典型的以DSP为核心的软件无线电多信道的硬件平台作为移动通信终端将体现出以下一些明显的优越性：

1.方便的可量测性：无论是两个信道的基站还是上百个信道的基站都可以建立在相同基本设置的硬件上。这样可以简化设计过程，降低生产费用，减小逻辑复杂度和领域维护的需要。

2.单个信道的低耗费：由于利用了新一代DSP芯片处理多信道的能力，软件无线电结构与将每个DSP芯片专属于每个信道的结构比较，降低了单个信道的硬件耗费。

3.简便的软硬件升级性：当协议变动或是加入一个新特征时，只需要对新的软件进行远程下载。这样同时也降低了维护和更新的费用。硬件的升级也是比较简单，只需要将额外的插板插入底板中而不需要改变现存的设备。这从很大程度上降低了升级费用，减少了装载时间和升级时所伴随的风险。

4.用于任何无线协议的单一结构：以DSP为核心的软件无线电结构支持所有的主要的协议。该硬件平台上为所有的通信协议提供了统一的平台，而不是针对一个特殊协议设计专门的平台。这样从很大的程度上降低了开发时间和逻辑分配的费用。

这种硬件平台在第三代移动通信终端设备中的应用是十分广泛的，包括：蜂窝式/PCS-模拟、TDMA、GSM、CDMA，军事通信，无线本地环，扩频，信号智能化，智能天线，卫星通信等等。