3G时代的DPS技术应用（三）

3G时代的DPS技术应用（三）

四 dsp 与3G技术的结合应用平台
　　1．软件无线电技术
　　在软件无线电技术中，其核心就是采用一个通用的 dsp 硬件平台并通过软件的方式来实现第三代移动通信的目标。目前，由于微电子技术的限制， dsp芯片的处理能力尚无法完成中频部分的处理，但是通过DDC下变频之后，则是由 dsp完成整个基带部分的处理。
　　以下针对设计一个高灵敏度，宽边带的移动通信终端设备，将介绍一种典型的以 dsp为核心的软件无线电 硬件平台，其中该 硬件平台具有高级路由选择特点和下一代的 dsp芯片，这可以使得设计者为任何大小的基站设计能够支持任何无线通信协议的软件无线电。

　　（1）网络接口：
　　这个模块提供外部接口。该外部接口既可以是一个标准接口，例如T1/E1；也可以是用户自定义接口。
　　（2）处理器模块：
　　这个模块采用通用的 dsp芯片，该芯片经过编程之后几乎能够处理各种类型的信号。这些需要在RF域和网络域的数据(语音)比特中的I和Q之间翻译表示的，处理的类型和数量是由用户自定义的，其中I和Q为正交分量。
　　（3）采集和综合模块：
　　这个模块是建立在模拟的RF域和处理器的数字基带域之间的桥梁。在接收端，该模块从RF模拟域接收一个宽边带信号，并将其通过模数转换器。数字接收机处理这个数字化的宽边带信号，从中选择单个的窄边带信道，然后将该信道的信号搬移至基带，并对其滤波和抽样。它的输出可在多信道应用中，通过多数字接收机来处理。

　　2．开放式多媒体应用平台（OMAP）
　　开放式多媒体应用平台（OMAP），是专门为支持2.5G和3G应用需求而设计的应用处理器体系结构。此平台的设计方案基于以下两个基本假设：
　　在2.5G和3G产品中，应用将主要面向各种媒体，为了满足其对性能和功率效率的要求，我们必须采用包含 dsp和MCU在内的多处理器平台。OMAP是专为优化多媒体应用性能而设计的，它可以提升任何支持语音、音频、图像或视频信号处理的应用的性能。应用环境是动态的。因此，您可以不断地将新的应用软件下载至RISC和 dsp芯片中。

　　上图显示了OMAP的结构框图。其中的关键组件包括，一个性能卓越、低功耗的dsp，一个通用型MCU，以及一个内存 & 流量控制器（MTC）。

其中：
（1）dsp/MCU处理
　　OMAP体系结构的主要优势在于，由两个独立的组件来完成应用处理任务。其中，MCU负责支持应用操作系统并完成以控制为核心的应用处理；而dsp负责完成媒体处理。与单一处理器功能的结构方案相比，这种方案具有一个明显的优势，即：可以提高功率效率，并延长用户的电池寿命。首先，dsp芯片是专门为处理实时媒体信号（如：音频、语音和图像/视频信号）而设计和定制的。其次，采用两个处理器可以将总工作负荷进行合理划分，从而降低时钟工作频率，减小功率消耗，进一步降低系统成本。OMAP dsp第二个特色就是可以支持一系列半定制可编程硬件协处理器；在特定应用中，采用这种方案可以显著地提高系统性能和功率效率。

　　OMAP另外一个关键因素是软件基础结构，它允许在MCU上运行的应用程序启动和控制在dsp上运行的任务。因此，MCU应用程序开发人员可以利用高层多媒体应用程序接口（API）完全控制dsp MIPs。多种MCU操作系统都将支持这种软件基础结构，其中包括Microsoft公司的WinCE和Symbian公司的EPOC。

（2）内存 & 流量控制器（MTC）
　　MTC的主要功能就是确保处理器能够高效访问外部存储区，并避免产生瓶颈现象，从而降低片上处理速度。最终目标就是提高OMAP平台整体的"有效频率"。"有效频率"概念是由德州仪器公司提出并定义的。它是指去除超高速缓冲存储器波动/差错、外部存储区读写冲突、固有的存储区等待时间等各种因素的影响，每秒钟内真正分配给特定应用的处理器运算周期数。为了优化OMAP体系结构，我们对处理器时钟频率、超高速缓冲存储器、存储器速度和数据总线宽度等参数进行了多元分析仿真，其中包括GSM协议软件和dsp应用（如：GSM语音编码器和MPEG4视频编解码器）等基准仿真。例如，在运行GSM 2/3层协议栈中的代码时，我们对MCU超高速缓冲存储器进行了如下配置：

　　超高速指令缓冲存储器： 16KB，双向成组相联；16B/线；
　　超高速数据缓冲存储器： 8KB，双向成组相联；16B/线；

　　仿真结果表明，采用这种结构时，超高速指令缓冲存储器的差错概率为3.4%，而超高速数据缓冲存储器的差错概率为9%。同样，我们利用GSM语音编码器基准对dsp超高速缓冲存储器进行了类似的分析。超高速缓冲存储器尤其适用于dsp代码，因为dsp多数操作是较短的、紧密的循环操作。分析结果表明，我们应该选择如下配置：16KB dsp双向成组相联超高速指令缓冲存储器，独立8KB RAM组，每线16字节。仿真表明，采用这种结构时，dsp指令差错概率为1%。

五 越来越明朗的3G应用前景
　　目前，手机是一个封闭的、静态的、嵌入式系统的完美范例。其功能在生产过程中就已经确定了。尽管手机也可以支持话音业务以外的简单应用（例如，基于文本的信息服务），但是，它的主要目的是为用户建立一个话音通信信道--这是一个固定的、实时的、集中的dsp任务。未来的移动电话市场可能会发生分化。传统的、以话音业务为主的移动电话将有可能继续占有一定的市场份额；另一方面，市场中将出现混合式移动通信设备，其调制解调器通信功能是不可或缺的，此类手机将应用于一种或多种数据应用。

　　可以预测，随着互联网的发展，我们将极有可能获得可下载的、消费者随心所欲选择的网络资源。今天，我可能选择下载一个MP3播放器应用程序；明天，手机就有可能支持电视会议，或者变为GPS辅助导航仪。从某种意义上说，手机将具有类似于个人计算机的特性。它将变为一个应用平台。

　　应用的要求可能是无止境的。因此，dsp技术在移动通信中仍然具有无限广阔的应用与发展空间。
　　（1）多芯片共行。基带dsp资源必须同时支持实时通信和用户交互式多媒体应用。因此，为了处理更大的数据带宽和专用dsp功能（如：语音识别、音频解压缩、图像/视频编解码），系统将极大地增加对dsp芯片MIPS（每秒执行兆指令数）的消耗，从2G或2.5G手机的50-100MIPS增长到500MIPS以上。由于实现通信调制解调器和动态应用平台时，对处理器MIPS负荷和环境的需求不同，未来的手机可能会采用多个dsp芯片 --一个dsp芯片用来实现固定功能，嵌入式调制解调器；另外一个更加灵活的dsp芯片用来实现各种应用。
　　（2）通用处理。在未来的手机中，为了支持各种可下载应用，3G应用dsp的体系结构和软件基础结构会不断变化。此时，dsp将不再像一个固定的功能或嵌入式处理器。它将开始呈现出许多类似于通用处理器的特征。它将要求使用诸如超高速指令缓冲存储器和内存管理单元等功能。而且，为了实现动态任务管理，它还需要一个实时操作系统。

　　dsp芯片作为一个具有诸多优点的通用硬件芯片，还能满足未来的发展需要。并且，在多种体制并存的时代里，由于以dsp为核心的通用硬件平台，可以通过不同的软件加载的方式来实现这种兼容。伴随着未来电子技术的不断发展，dsp的处理速度将会不断的提高，其在第三代移动通信中的应用范围也将越来越广泛。

 

 

 

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