无线通讯标准千变万化 4G数据机迈向弹性化

在4G无线基频的演进中，目前仍有两大技术阵营竞逐领导地位，亦即长期演进(LTE)和全球微波互联接入(WiMAX)。虽然两大阵营的技术应用领域有其重叠之处，但就其发展过程而言，两者还是有些许差异。

例如WiMAX的主要定位是为各种运算装置提供无线宽频存取，亦是机器对机器(M2M)通讯应用的首选技术。 此外，为有线宽频尚未成熟的地区提供固定式的无线连线网络，也是其一大应用市场。相较之下，LTE则与全球无线通讯系统(GSM)一脉相传，以为手机提供宽频接取为其主要应用目标。 

除了应用目标有所差异外，两种技术的支持厂商也有显著不同。 WiMAX的主要支持者为英特尔(Intel)与其他资通讯产业大厂所领导的WiMAX论坛，LTE的支持者则主要来自手机产业链，包括高通(Qualcomm)、意法-易利信(ST-Ericsson )、威瑞森(Verizon)、沃达丰(Vodafone)等在内的众多基频原始设备制造商(OEM)和电信业者。

多模共存势在必行基频设计考验加剧

虽然目前对于第四代无线通讯(4G)江山谁属的讨论，支持LTE的声浪已日益高涨，但由于两者的应用目标仍有部分未重叠的市场，因此最终结果极有可能是两者共存，在不同地区服务不同的用户群。为了确保两个标准都为4G数据机所支援，市场便需要一种能够同时满足在两种技术发展蓝图的灵活解决方案。 

移动数据机的发展所面对的限制，不单限于越来越复杂无线标准。今天的智慧型电话必须支援多个无线介面。除WiMAX和LTE之外，4G移动设备还须支援大量无线介面，如GSM、整体封包无线电服务(GPRS)、增强数据率GSM演进(EDGE)、宽频分码多重存取(WCMDA)、高速封包存取(HSPA)和最新推出的强化版高速封包存取(HSPA+)等。对数据机芯片供应商而言，这些主流标准都是必须支援的标准项目。

由于无线基频市场的未来不可预见，芯片供应商所面临的环境十分严酷。日益高昂的芯片开发成本和标准本身仍持续演变的现实，均使终端数据机的传统硬体线路设计方法要面对更大的风险。譬如供应商可能押错宝，使得芯片瞄准错误的标准，最终导致解决方案在发表之前就惨遭淘汰。更重要的是，硬体线路很难在不进行大量设计变更的前提下支援所有标准，故其成本高昂、体积笨重且功耗大。

这自然催生了具有足够灵活性，支援多个标准并能缩短开发周期的可编程解决方案的需求。

混合式/SDR架构将成主流

虽然如此，在新一代移动基频芯片的设计中，硬体线路方案还是三大主流之一，因为这种方案具备可让首批芯片快速上市的优势。此外，针对某个特定标准而设计的硬体，通常可确保最低功耗。但由于缺乏灵活性，也不能因应标准更新做出快速的反应，因此提供另两种方案崛起的机会。 

目前移动宽频数据机芯片市场上，为了解决纯硬体方案弹性不足的缺点，已发展出混合式方案和软体定义无线电(SDR)两种以弹性见长的设计方式。混合式架构是将硬体线路设计与可程式设计处理器结合在一起，数据机中须保持设计弹性的部分，以嵌入式数位讯号处理器(DSP)核心和软体演算法来实现。只有运算密集和灵活性较小的数据机部分，如傅立叶变换(FFT)，才利用硬体线路的作法来实现。 

软体定义无线电则是一种完全的「软体数据机」实现方案，可在同一块芯片上以软体同时支援多个无线标准。这种方案采用完全可编程设计解决方案，具有全面的灵活性，能够处理多个现有或未来的标准，而毋须对芯片进行重新设计。然而这类方案并非十全十美，其主要问题在于，和所支援标准而优化的硬体线路方案相比，软体定义无线电芯片的设计工作较复杂，功耗通常也较硬体线路方案高，因此若要采取软体无线电来开发数据机芯片，则低功耗与简化设计将是两大重点。 

由于采用纯硬体方案存在高风险性，无法满足当前不可预测的市场需求，所以现阶段大多数供应商不太可能选择完全硬体化的设计架构。因此，在新一代移动宽频数据机芯片市场上，后两种可编程设计方案才是各家供应商选用的主流开发策略。

高性能DSP核心扮演关键角色

为了在新一代移动宽频数据机芯片中保持一定弹性，高效能的通用型DSP核心所扮演的角色，将日益吃重。目前在各种移动和无线应用中的数据机芯片已内建数量不等的DSP核心。这类高效能DSP核心均采用混合了超长指令集(VLIW)和单指令多资料(SIMD)架构的混合式架构。 

VLIW允许以高阶语言(如C语言)撰写的程式码进行平行指令处理，从而提供更佳的平行运算能力，并有助降低芯片的功耗。以高阶C语言来进行程式设计，可大幅减少研发团队的设计时间，并降低开发成本，缩短上市时间。图1为此类DSP核心的典型