作為世界各地部署最快的蜂窩技術(shù)，長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）技術(shù)正在加速發(fā)展，為世界各地?cái)?shù)百萬(wàn)用戶(hù)提供移動(dòng)無(wú)線(xiàn)寬帶服務(wù)。消費(fèi)者越來(lái)越希望能夠利用小外形移動(dòng)器件獲得永遠(yuǎn)在線(xiàn)、永遠(yuǎn)連接的高數(shù)據(jù)率移動(dòng)體驗(yàn)，同時(shí)希望電池使用時(shí)間延長(zhǎng)，以期最大限度地減少充電次數(shù)。為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)需求，LTE標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)擴(kuò)大，為提供這些服務(wù)的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供更高數(shù)據(jù)吞吐量和更高效率。LTE-Advanced是新一代移動(dòng)寬帶，因而向設(shè)計(jì)人員提出了挑戰(zhàn)，希望他們開(kāi)發(fā)出能夠提供這些服務(wù)的高能效移動(dòng)器件。嵌入式處理器 、物理IP和互連結(jié)構(gòu)的領(lǐng)先供應(yīng)商ARM與嵌入式DSP內(nèi)核的領(lǐng)先供應(yīng)商CEVA合作，共同探討實(shí)現(xiàn)下一代移動(dòng)無(wú)線(xiàn)寬帶設(shè)備所需考慮的設(shè)計(jì)因素。

本文首先探討3GPP release 10標(biāo)準(zhǔn)（下文稱(chēng)為L(zhǎng)TE-A），該標(biāo)準(zhǔn)于2011年3月正式批準(zhǔn)，相應(yīng)地推動(dòng)了最新一代用戶(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)。在研究標(biāo)準(zhǔn)之后，接下來(lái)將討論吞吐量限制、低延遲和低功耗方面的具體設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，提出了將ARM和CEVA目前提供的高性能、極高功效技術(shù)相結(jié)合的工業(yè)領(lǐng)先解決方案。

最后，通過(guò)以結(jié)論的形式，我們還考察了更廣泛的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，比如節(jié)能模式、調(diào)試和跟蹤，以及支持多模式操作。多模式操作已經(jīng)成為世界各地廣泛采納的多種無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)具備的基本特征，不僅可以應(yīng)對(duì)LTE-A和LTE標(biāo)準(zhǔn)，而且還可以應(yīng)對(duì)HSPA+、TD- SCDMA和其它無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

什么是LTE-Advanced?

長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）標(biāo)準(zhǔn)Release-8于2008年12月獲3GPP首次正式批準(zhǔn)，采用完全基于分組的協(xié)議提供無(wú)線(xiàn)寬帶接入，是LTE設(shè)備第一次浪潮的基礎(chǔ)。現(xiàn)在，LTE已獲包括美國(guó)、日本、韓國(guó)和中國(guó)等在內(nèi)的104個(gè)國(guó)家超過(guò)347家運(yùn)營(yíng)商采納（Ref GSA），成為歷史上采納速度最快的無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

LTE的廣泛采納部分歸因于該標(biāo)準(zhǔn)的靈活性，能夠滿(mǎn)足世界各地網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的不同要求。通過(guò)將不同的3G和4G網(wǎng)絡(luò)整合到共同的4G平臺(tái)中，LTE有望成為全球首個(gè)統(tǒng)一的移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。隨著許可頻譜成為日益寶貴的商品，LTE提供了在廣泛的頻譜混疊中部署移動(dòng)無(wú)線(xiàn)寬帶的能力。除了頻譜聚合靈活性之外，LTE還包括先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，設(shè)計(jì)用于提高其傳輸通道在合理誤差率條件下能夠承載的頻譜效率，即比特/秒/Hz.OFDMA、SC-OFDM調(diào)制、高級(jí)前向糾錯(cuò)（FEC）等技術(shù)、各種MIMO（多天線(xiàn)系統(tǒng)）技術(shù)和ARQ及H-ARQ等重新傳輸方案等全部結(jié)合，使系統(tǒng)穩(wěn)健高效地利用有限的可用頻譜。這些先進(jìn)的技術(shù)全都需要高級(jí)信號(hào)處理，同樣也需要仔細(xì)設(shè)計(jì)，以便最大限度地降低功耗（延長(zhǎng)電池壽命），最大限度地提升高吞吐量和可靠的信號(hào)接收性能。

消費(fèi)者對(duì)更高帶寬的寬帶連接（比如觀看流視頻）、更低延遲連接（比如游戲應(yīng)用）的需求推動(dòng)了LTE的持續(xù)演進(jìn)，推動(dòng)因素還有以更優(yōu)化、更高效的方式來(lái)部署頻譜，從而使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商最大限度地提高投資回報(bào)率的需求。在未來(lái)五年內(nèi)，這種趨勢(shì)預(yù)計(jì)將會(huì)持續(xù)，思科（Cisco）預(yù)期2011年至2016年移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信將增長(zhǎng)18倍。

LTE-Advanced涉及最新版本3GPP release 10及以上標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)建立在現(xiàn)有的LTE Release 8標(biāo)準(zhǔn)之上，并且保持向后兼容性。在LTE-Advanced中，已經(jīng)增加了滿(mǎn)足上文所列要求的許多新特性，最關(guān)鍵的是，它還符合ITU批準(zhǔn)的4G無(wú)線(xiàn)技術(shù)正式定義。本文尤其感興趣的新特性有：載波聚合、多層MIMO和系統(tǒng)考慮因素，用于高吞吐量，比如HARQ緩沖訪問(wèn)和系統(tǒng)互連。載波聚合和多層MIMO使得吞吐量急劇增加，也向數(shù)字基帶提出新的信號(hào)處理要求。

最近幾個(gè)月，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商發(fā)布了幾個(gè)公告，聲稱(chēng)他們?cè)?013時(shí)間框架內(nèi)支持LTE-Advanced的這些特性，其中包括美國(guó)的AT&T Mobility和Sprint,韓國(guó)的KT Telecom,日本的DoCoMo也在考慮采用這種技術(shù)，對(duì)其商用LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)。

表1說(shuō)明了標(biāo)準(zhǔn)Release 10中定義的3GPP UE分類(lèi)定義。從表中可以看出，分類(lèi)范圍很廣，設(shè)備生產(chǎn)商能夠根據(jù)終端應(yīng)用和市場(chǎng)提供產(chǎn)品。通常認(rèn)為，雖然Cat-8 （UE Category 8）具有引起市場(chǎng)關(guān)注的高吞吐量報(bào)頭，實(shí)際上，現(xiàn)實(shí)中很難部署Cat-8,因?yàn)樗枰哌_(dá)100MHz帶寬（LTE網(wǎng)絡(luò)目前在10MHz - 20MHz帶寬中部署）--目前，沒(méi)有任何運(yùn)營(yíng)商接入這種帶寬。從更實(shí)際的觀點(diǎn)和本文的目的出發(fā)，我們選擇探討

表1:LTE UE類(lèi)型

圖1:用戶(hù)設(shè)備上層框圖

上述框圖簡(jiǎn)單表示LTE-Advanced調(diào)制解調(diào)器如何在智能手機(jī)設(shè)計(jì)中連接，并為本白皮書(shū)中討論的調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)提供相關(guān)安排。

LTE-Advanced調(diào)制解調(diào)器由通過(guò)寬帶RF收發(fā)器IC為無(wú)線(xiàn)接口服務(wù)的接收和傳輸信號(hào)處理鏈組成。信號(hào)處理分成3GPP規(guī)范中定義的各層，第一層提供與信號(hào)成功傳輸和接收信號(hào)有關(guān)的所有低級(jí)信號(hào)調(diào)節(jié)，第一層的典型功能包括：前向糾錯(cuò)、交織和比特流操作，星座-調(diào)制、MIMO編碼、OFDM信號(hào)調(diào)制和RFIC信號(hào)調(diào)節(jié)。所描述的第一層的全部功能均屬于CEVA處理器的范疇，同時(shí)需要控制和管理ARM CPU上執(zhí)行的功能。

上層處理在ARM Cortex-R7處理器中執(zhí)行，并且以上圖中的第二層和第三層表示。 ARM Cortex處理器一般執(zhí)行媒體訪問(wèn)控制（MAC）、分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）、無(wú)線(xiàn)鏈路控制（RLC）和無(wú)線(xiàn)資源管理（RRM）等功能。ARM Cortex-R7處理器與運(yùn)行Android等豐富操作系統(tǒng)的應(yīng)用處理器相連。

ARM Cortex-R7處理器概述

Cortex-R實(shí)時(shí)處理器提供3.9G/LTE 和4G/LTE-Advance基帶任務(wù)所需的高性能、確定性響應(yīng)時(shí)間和卓越的能效。它們具有為高吞吐量/低延遲無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)提供高級(jí)計(jì)算性能的能力及先進(jìn)的低功耗設(shè)計(jì)，因而成為調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)的首選器件。

與LTE-Advanced基帶架構(gòu)特別相關(guān)的Cortex-R7處理器特性如下：

●高性能：Cortex-R7處理器提供2.53 DMIPS/MHz性能，滿(mǎn)足最嚴(yán)苛的基帶處理要求。

●一致性：Cortex-R7處理器包含偵測(cè)控制單元（SCU），在饋入到存儲(chǔ)器內(nèi)的調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)和處理器數(shù)據(jù)緩存之間自動(dòng)保持一致。這可節(jié)省大量的軟件開(kāi)銷(xiāo)，以及兩個(gè)處理器之間的一致性規(guī)定。

●低延遲外設(shè)端口（LLPP）：附加AXI總線(xiàn)端口，專(zhuān)用于快速控制調(diào)制解調(diào)器硬件，不會(huì)被主AXI總線(xiàn)上的大量數(shù)據(jù)處理阻斷。

●低延遲RAM（LLRAM）：一種存儲(chǔ)器區(qū)域，用于保持關(guān)鍵軟件和數(shù)據(jù)，比如中斷服務(wù)程序（ISR）幾乎能夠立即執(zhí)行，無(wú)需等待主AXI總線(xiàn)處理完成與/或ISR進(jìn)入1級(jí)緩存。

●緊耦合存儲(chǔ)器（TCM）：一種有限（128 KB）存儲(chǔ)器資源，適用于可以訪問(wèn)的最關(guān)鍵代碼和數(shù)據(jù)，不存在因AXI總線(xiàn)端口引起的延遲，為實(shí)時(shí)硬件，比如LTE L1物理層提供最高水平的確定性響應(yīng)。

●集成通用中斷控制器（GIC）：在處理器之間實(shí)現(xiàn)靈活的中斷分布及快速中斷，比如從空中接口/CEVA域到ARM的路由。

●低延遲中斷模式：特別適合Cortex-R處理器系列的中斷模式，在很少的20個(gè)周期內(nèi)中斷，比如用于時(shí)間關(guān)鍵空中幀處理。

●非對(duì)稱(chēng)多處理（AMP）：雖然Cortex-R7處理器支持對(duì)稱(chēng)多處理（SMP），但是，它還可以在SCU模塊內(nèi)配置服務(wù)質(zhì)量（QoS），每個(gè)處理器對(duì)選定范圍的存儲(chǔ)器與I/O地址擁有優(yōu)先訪問(wèn)權(quán)，而不會(huì)被其它處理器阻斷。

圖2:ARM Cortex-R7框圖

CEVA-XC4000概述

CEVA-XC系列DSP內(nèi)核的特點(diǎn)是將超長(zhǎng)的指令字（VLIW）和通過(guò)先進(jìn)矢量處理提升典型DSP能力的單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）引擎相結(jié)合。這種可擴(kuò)展的 CEVA-XC架構(gòu)提供了精選的非常強(qiáng)大的通信處理器，可以利用最少的硬件實(shí)現(xiàn)軟件定義的調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)。CEVA-XC4000是CEVA-XC系列的第三代產(chǎn)品，擁有一系列6款處理器產(chǎn)品，專(zhuān)為包括LTE- Advanced、HSPA+、TD-SCDMA、Wi-Fi 802.11ac等先進(jìn)通信應(yīng)用而優(yōu)化。

圖3:CEVA XC4000系列框圖

CEVA-XC4000包括多達(dá)4個(gè)矢量處理單元，采用功率調(diào)節(jié)單元（PSU）、緊耦合擴(kuò)展（TCE）、功率優(yōu)化管道等先進(jìn)機(jī)制，在每個(gè)處理器周期中以卓越的功率效率提供高達(dá)128 16x16位MAC操作。

LTE-Advanced UE數(shù)字基帶架構(gòu)

圖4所示框圖是完整的LTE-Advanced調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)基本上由雙核Cortex處理器上的第一層TX處理鏈、第一層Rx處理鏈和第二/三層處理組成。第一層的控制處理也在Cortex處理器上執(zhí)行，這種功能提供了接收和發(fā)送功能的低級(jí)實(shí)時(shí)控制。

LTE-Advanced實(shí)施代表某些相當(dāng)重大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，特別圍繞高吞吐量支持、低延遲性能，以及低功耗要求，此處表示的架構(gòu)利用了多種領(lǐng)先的技術(shù)，幫助設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，而無(wú)需犧牲性能。

圖4:LTE-Advanced UE數(shù)字基帶架構(gòu)實(shí)例

雙核Cortex處理器具有本地存儲(chǔ)器，專(zhuān)用于加速第二層處理的實(shí)時(shí)功能以及第一層的控制功能，利用低延遲本地存儲(chǔ)器，比如第一層和第二層緩存，可以最大限度地減少片外存儲(chǔ)器訪問(wèn)，從而顯著降低總體系統(tǒng)功耗。特別需要注意，每個(gè)內(nèi)核具有TCM存儲(chǔ)器，可以存儲(chǔ)時(shí)間關(guān)鍵中斷程序，從而使它們以確定性方式執(zhí)行，這在應(yīng)對(duì)LTE-Advanced低延遲系統(tǒng)定時(shí)挑戰(zhàn)方面是非常重要的。兩個(gè)內(nèi)核均擁有自己的本地第一層指令緩存，ARM還提供第一層數(shù)據(jù)緩存，再次幫助提高各個(gè)內(nèi)核的執(zhí)行效率，使得系統(tǒng)能夠更快地執(zhí)行程序，從而更快地返回節(jié)能模式，通過(guò)最大限度地減少成本昂貴的片外存儲(chǔ)器訪問(wèn)，使得各個(gè)內(nèi)核更長(zhǎng)時(shí)間地停留在節(jié)能模式，降低總體系統(tǒng)功耗。

在設(shè)計(jì)SoC時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須特別注意存儲(chǔ)器和總線(xiàn)架構(gòu)，以避免因設(shè)計(jì)瓶頸而導(dǎo)致性能方面付出巨大代價(jià)，或者，通過(guò)增加規(guī)格不合適的片上存儲(chǔ)器，既增加芯片面積，又提高了功耗，從而使得解決方案變得昂貴。Cortex-R7處理器低延遲外設(shè)端口（LLPP）用于為計(jì)算第二/三層卸載功能，比如密碼和健壯報(bào)頭壓縮（RoHC）提供了優(yōu)化接口，這兩層都需要進(jìn)行仔細(xì)的架構(gòu)考慮，從而提供優(yōu)化性能而不影響總體系統(tǒng)吞吐量。

通過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)，利用各種片上和片外存儲(chǔ)器，ARM和CEVA架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)性能/成本/功率的有效平衡。本地AXI總線(xiàn)為低延遲緊耦合存儲(chǔ)器提供了專(zhuān)門(mén)訪問(wèn)，可用于不能容忍高速緩存缺失/可變延遲的時(shí)間關(guān)鍵的確定性任務(wù)。主要的AXI總線(xiàn)提供了對(duì)系統(tǒng)閃存和SDRAM構(gòu)件的訪問(wèn)，SDRAM構(gòu)件通常是片外資源，但常常通過(guò)疊片集成到基帶封裝內(nèi)，以節(jié)省PCB面積。閃存用于啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，在啟動(dòng)期間，Cortex-R7將配置CEVA子系統(tǒng)并初始化所有的存儲(chǔ)器。

表2列出了在LTE-Advanced調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)預(yù)期看到的典型存儲(chǔ)器類(lèi)型總結(jié)。從表中可以看出，H-ARQ緩存和IQ接收緩沖器所占的基帶芯片面積不斷增大。H-ARQ緩沖器用于重組接收的數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)以軟比特形式存儲(chǔ)（對(duì)數(shù)似然比是“1”或“0”,而不是二進(jìn)制位），因而存儲(chǔ)器要求快速擴(kuò)展。至于縮小H-ARQ緩沖器體積的壓縮技術(shù)，還考慮將緩沖器放置在片外SDRAM中，以縮減數(shù)字基帶芯片的尺寸/成本。CEVA和ARM IP的結(jié)合有助于最大限度地縮短通過(guò)系統(tǒng)的處理延遲時(shí)間，還可以提供優(yōu)化的總線(xiàn)互連，幫助實(shí)現(xiàn)此類(lèi)存儲(chǔ)器優(yōu)化。

表2:系統(tǒng)存儲(chǔ)器要求

LTE-Advanced SW架構(gòu)

圖5是LTE-A調(diào)制解調(diào)器的典型軟件映射。從圖中可以看出，第一層處理分為發(fā)送和接收，其中一個(gè)CEVA XC4100管理發(fā)送路徑，接收器內(nèi)有兩個(gè)CEVA-XC4200. 第一層用于對(duì)空中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行編碼/解碼，這樣做可以通過(guò)自適應(yīng)調(diào)制和編碼來(lái)最大限度地提高吞吐量，以及通過(guò)多個(gè)方案，包括前向糾錯(cuò)、交錯(cuò)和Hybrid-ARQ （HARQ）等最大化穩(wěn)健性。HARQ是一種管理選擇性重新傳輸未正確接收數(shù)據(jù)的方案，為了管理這種過(guò)程，UE必須具有H-ARQ緩沖器。由于LTE-A的高數(shù)據(jù)率和低延遲要求，緩沖器必需相當(dāng)大（參見(jiàn)表2系統(tǒng)存儲(chǔ)器總結(jié)），并且需要仔細(xì)管理，以期最大限度地降低最終設(shè)備的成本。

從第一層到達(dá)ARM Cortex處理器域，低級(jí)第一層控制器用于第一層調(diào)度。該功能在時(shí)間上非常關(guān)鍵，通常在0.5mS的LTE子幀水平上運(yùn)行。事件由源于第一層/空中幀事件的通用中斷控制器（GIC）驅(qū)動(dòng)，中斷用于Tx和Rx相關(guān)處理的Cortex-R7處理器。中斷源的數(shù)量主要取決于第一層實(shí)施，但是，饋入第一層控制器的中斷數(shù)量范圍為十幾個(gè)至 100多個(gè)?？刂破鞯挠猛臼枪芾磉M(jìn)出L1的數(shù)據(jù)流以及提供從上部堆棧向下流動(dòng)的所有必須的控制信息。Cortex-R7處理器具有實(shí)時(shí)特點(diǎn)，特別適合這一任務(wù)，利用緊耦合存儲(chǔ)器和低延遲管道架構(gòu)，為時(shí)間關(guān)鍵任務(wù)提供有保障的運(yùn)行時(shí)間。Cortex- R7處理器管道架構(gòu)和分支預(yù)測(cè)器，可以幫助優(yōu)化中斷響應(yīng)時(shí)間，提供確定行為。在具有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)限制時(shí)，比如在無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中，確定行為是非常關(guān)鍵的。由于沒(méi)有存儲(chǔ)器管理單元（MMU），因此，也不需要復(fù)雜的頁(yè)表移動(dòng)操作，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，頁(yè)表移動(dòng)操作將會(huì)進(jìn)一步延遲響應(yīng)。

非對(duì)稱(chēng)多處理（AMP）是Cortex-R7處理器中提供的功能，用于配置服務(wù)質(zhì)量，從而使每個(gè)處理器對(duì)選定范圍的存儲(chǔ)器與I/O地址擁有優(yōu)先訪問(wèn)權(quán)，允許某種功能和內(nèi)核相較其它功能和內(nèi)核擁有優(yōu)先權(quán)，因此不會(huì)被其它處理器阻斷。當(dāng)執(zhí)行必須根據(jù)空中接口幀率以時(shí)間關(guān)鍵的方式處理有效負(fù)載數(shù)據(jù)的時(shí)間關(guān)鍵程序，比如低級(jí)第一層控制器功能時(shí)，這種功能尤其重要。

接下來(lái)，在第一層控制器上面，我們穿過(guò)3GPP規(guī)范各自的協(xié)議層。圖中所示各層映射作為實(shí)例，表明如何充分利用Cortex-R7雙核處理器基于的ARM架構(gòu)，在兩個(gè)處理器之間載入平衡任務(wù)，從而幫助在軟件中保證低級(jí)實(shí)時(shí)要求。Cortex-R7處理器的緩存一致互連集成了多處理架構(gòu)，從而提供了一致的編程模型，消除了多核環(huán)境的傳統(tǒng)復(fù)雜性。緩存一致互連管理第一層和第二層緩存，使其保持一致性，而與Cortex-R7處理器內(nèi)每個(gè)內(nèi)核各自的存儲(chǔ)訪問(wèn)無(wú)關(guān)。這種架構(gòu)的結(jié)果提供了安全穩(wěn)健的存儲(chǔ)系統(tǒng)，通過(guò)這種系統(tǒng)，程序員不需要管理緩存一致性，從而在兩個(gè)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)無(wú)縫任務(wù)轉(zhuǎn)移，保持最佳負(fù)載平衡/功率效率。

軟件在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），比如Express Logic的ThreadX[2]及Mentor Graphics的Nucleus[3]下運(yùn)行，這兩者都支持Cortex-R7處理器。在堆棧頂部，我們有一個(gè)應(yīng)用層，提供與系統(tǒng)其它部分的接口，若為USB加密狗，我們預(yù)期將在此點(diǎn)與USB棧連接，但是，也可以實(shí)施IP路由或應(yīng)用，比如語(yǔ)音LTE（VoLTE）。

VoLTE是利用分組LTE網(wǎng)絡(luò)提供語(yǔ)音服務(wù)的新技術(shù)，傳統(tǒng)上，語(yǔ)音服務(wù)利用2G和3G網(wǎng)絡(luò)以線(xiàn)路交換方式提供，但是，隨著運(yùn)營(yíng)商尋求重新劃分2G和3G頻譜到LTE,它們需要統(tǒng)一的機(jī)制來(lái)傳輸語(yǔ)音?，F(xiàn)在，VoLTE標(biāo)準(zhǔn)處于早期部署階段，有幾家運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行了部署，其中包括宣稱(chēng)全球首家提供這種服務(wù)的韓國(guó)SKT.VoLTE的優(yōu)勢(shì)是，可從單一LTE網(wǎng)絡(luò)提供語(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)（而不需要傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的多模支持），由于帶寬能力更高，使得運(yùn)營(yíng)商能夠提供更高質(zhì)量的聲音，通常被稱(chēng)為“高清語(yǔ)音”,加入VoLTE,增加了對(duì)LTE調(diào)制解調(diào)器的軟件要求，因?yàn)楸仨毠芾碚Z(yǔ)音協(xié)議S/W以及LTE調(diào)制解調(diào)器。

圖5:LTE-Advanced調(diào)制解調(diào)器SW映射

節(jié)能考慮

對(duì)于任何蜂窩調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，為了最大限度地降低電池消耗和使用小外形尺寸設(shè)計(jì)（通過(guò)降低散熱限制），降低功耗是必不可少的。現(xiàn)有多種通過(guò)仔細(xì)的設(shè)計(jì)和實(shí)施來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)功率的方法。

LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)本身集成了多種節(jié)能模式，例如，使UE在空閑狀態(tài)時(shí)進(jìn)入節(jié)能模式，UE電源狀態(tài)可以簡(jiǎn)單總結(jié)如下：

1） 工作模式：UE處于完全工作模式，所有或大多數(shù)模塊均上電，典型應(yīng)用案例情景是視頻通話(huà)、視頻流或TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸。在此模式中，ARM和CEVA子系統(tǒng)均上電，支持上行和下行數(shù)據(jù)傳輸以及相關(guān)信號(hào)傳輸。

2） VoLTE模式：VoLTE（語(yǔ)音LTE）是在分組無(wú)線(xiàn)承載上支持語(yǔ)音服務(wù)的新興標(biāo)準(zhǔn)。VoLTE由LTE空中接口上的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)音編解碼/分層信號(hào)組成。語(yǔ)音支持帶來(lái)小型分組傳輸和接收（小的偶爾的數(shù)據(jù)傳輸），使得UE在空閑時(shí)能夠執(zhí)行節(jié)能操作，ARM控制處理器將管理總體節(jié)能方案，因?yàn)樗呀?jīng)了解語(yǔ)音分組的調(diào)度，從而相應(yīng)地安排CEVA進(jìn)入和退出節(jié)能模式。此外，由于Cortex-R7處理器的多處理能力，VoIP棧SW以及LTE協(xié)議SW可以在同一臺(tái)裝置上實(shí)施，通過(guò)關(guān)斷其它處理器，比如運(yùn)行豐富的OS的應(yīng)用處理器，實(shí)現(xiàn)更廣泛的系統(tǒng)節(jié)能。

3） 空閑模式：在這種模式下，UE沒(méi)有任何活動(dòng)的數(shù)據(jù)會(huì)話(huà)，但是駐留在網(wǎng)絡(luò)上，執(zhí)行定期同步/位置更新操作，由于LTE標(biāo)準(zhǔn)是包括節(jié)能的架構(gòu)，ARM控制處理器能夠相應(yīng)地使UE循環(huán)進(jìn)入和退出節(jié)能模式，收聽(tīng)廣播信道或傳輸位置更新信息，在節(jié)能模式期間，除了配置用于在合適的時(shí)間喚醒系統(tǒng)的低功率定時(shí)時(shí)鐘，UE幾乎全部關(guān)斷。

ARM Cortex-R7處理器以及CEVA XC4000系列內(nèi)核均通過(guò)有效的管道架構(gòu)和低門(mén)數(shù)實(shí)施，以及集成先進(jìn)的節(jié)能機(jī)制，比如CEVA-XC功率調(diào)節(jié)單元（PSU），以及ARM Cortex-R7處理器的高性能和低功耗能力，比如監(jiān)視控制單元（SCU）、低延遲RAM（LLRAM）、緊耦合存儲(chǔ)器（TCM）和非對(duì)稱(chēng)多處理（AMP），實(shí)現(xiàn)業(yè)界領(lǐng)先的功耗特性。

蜂窩多模支持

隨著LTE和LTE-Advanced的推出，伴隨而來(lái)的是在單一UE內(nèi)支持舊網(wǎng)絡(luò)連通性的需求，包括2G GSM和3G WCDMA/HSPA+以及中國(guó)市場(chǎng)的TD-SCDMA在內(nèi)的原有標(biāo)準(zhǔn)將伴隨LTE繼續(xù)存在許多年。隨著標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)演進(jìn)，高速分組連通性在舊3G網(wǎng)絡(luò)上得到支持，這是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商戰(zhàn)略的固有部分，在運(yùn)行LTE的同時(shí)，也支持HSPA+等服務(wù)。

在實(shí)施基于高功效和小外形尺寸設(shè)計(jì)等基本要求的多模式UE時(shí)，必需滿(mǎn)足重要的設(shè)計(jì)因素，為了支持覆蓋LTE和3G頻帶的切換和多頻帶RF,多模UE需要支持至少兩個(gè)或三個(gè)并行的空中接口。

CEVA和ARM可以提供高效的多模式支持，可以使用在同一內(nèi)核平臺(tái)上支持2G/3G/LTE/LTE-Advanced的通用架構(gòu)，下圖所示為2G/3G/LTE-Advanced UE的高級(jí)架構(gòu)，為了促進(jìn)多模式工作，覆蓋各自的頻帶，一般需要更大的數(shù)據(jù)和程序TCM存儲(chǔ)器，以及三種RF實(shí)例。

為了選擇最佳的空中接口，控制處理器管理著執(zhí)行小區(qū)搜索和相鄰小區(qū)監(jiān)控的三種模式的協(xié)調(diào)。

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和先進(jìn)的封裝技術(shù)，調(diào)制解調(diào)器生產(chǎn)商現(xiàn)在正在生產(chǎn)單一封裝器件，在某些情況下，結(jié)合多達(dá)6個(gè)空中接口（GSM/CDMA/TD-SCDMA/W- CDMA/LTE/LTE-A），使得設(shè)備能夠在世界各地的任何網(wǎng)絡(luò)上漫游。

跟蹤和調(diào)試支持

隨著基帶SoC變得極端復(fù)雜，整個(gè)SoC必須具備先進(jìn)的實(shí)時(shí)調(diào)試和分析能力。為了使基于ARM和CEVA技術(shù)的SoC集成和調(diào)試變得簡(jiǎn)單，CEVA-XC的外部總線(xiàn)接口采用標(biāo)準(zhǔn)AXI和APB接口，并以開(kāi)放式AMBA協(xié)議為基礎(chǔ)。這可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)連通性，不需要調(diào)試專(zhuān)用總線(xiàn)和在不同的處理器技術(shù)之間進(jìn)行橋接。

利用標(biāo)準(zhǔn)ARM ETM（嵌入跟蹤模塊），CEVA提供了全面的CEVA DSP內(nèi)核的主機(jī)-PC調(diào)試，包括交叉觸發(fā)的多內(nèi)核調(diào)試、真正硬件平臺(tái)的實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)跟蹤支持。采用ARM,CEVA支持全面的共調(diào)試（co-debugging），利用多內(nèi)核調(diào)試器，簡(jiǎn)化基于ARM和CEVA技術(shù)的SoC調(diào)試。

ARM Development Studio 5 （DS-5）是希望充分利用ARM應(yīng)用處理器和SoC的軟件開(kāi)發(fā)人員的首選工具鏈，DS-5是一種集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括業(yè)界最佳ARM編譯器、功能強(qiáng)大的OS感知調(diào)試器、全系統(tǒng)性能分析儀和實(shí)時(shí)系統(tǒng)模擬器，可以幫助工程師為ARM處理器提供優(yōu)化和穩(wěn)健的軟件。

結(jié)束語(yǔ)

從本文中我們已經(jīng)看到與優(yōu)化LTE-Advanced調(diào)制解調(diào)器有關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，尤其是實(shí)施低功耗、低延遲、高吞吐量解決方案，滿(mǎn)足嚴(yán)苛的4G無(wú)線(xiàn)空間的商業(yè)要求和技術(shù)要求，移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)市場(chǎng)呈現(xiàn)爆炸式市場(chǎng)增長(zhǎng)，已經(jīng)推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)及器件實(shí)施兩方面的創(chuàng)新，提供具有極低功耗和成本競(jìng)爭(zhēng)力的高數(shù)據(jù)速率、低延遲解決方案。

標(biāo)準(zhǔn)本身通常比進(jìn)入市場(chǎng)的產(chǎn)品提早三至五年，因此，需要做出許多設(shè)想，以期假設(shè)其它技術(shù)將會(huì)發(fā)展，從而幫助提高新標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)效益。雖然一般說(shuō)來(lái)，隨著工藝尺寸縮減，根據(jù)摩爾定律已經(jīng)幫助證實(shí)的結(jié)果，每mm2每毫瓦可以容納更多的晶體管，但是，也必須進(jìn)行創(chuàng)新，確保實(shí)施方案本身具有最高效率，從而幫助降低功耗和芯片面積（從而降低成本）。

ARM和CEVA都有專(zhuān)注于以低功耗作為核心要求的產(chǎn)品，二者結(jié)合可以為先進(jìn)的4G及以上無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器提供業(yè)界最引人注目的解決方案。