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2.5G和3G多媒體行動終端結構設計方法的變革

上網時間: 2003年01月11日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:diversity  open scalable platform  2.5G  3G  wireless 

下一代無線設備產業的多樣化主要展現在設備類型的不同、用戶階層的區別和地理區域的差異,這對行動設備生產商而言是一個很大的挑戰,他們不但要針對這種種差異開發出相應的具有差別的產品,而且還要盡量減小這個過程給開發人員帶來的額外負擔,因而迫切需要一種模組基本相同,可以用於各種不同的產品,只需要開發人員向其中添加一些有附加價值的特性,就可以得到滿足每一種終端類型、各個用戶階層和不同地理區域要求的設計平台。本文就探討基於模組的2.5G和3G多媒體行動終端設計方法。

為了更好地滿足2.5G和3G行動通訊中存在的這種種需求,需要一種新的無線設備設計平台,這種平台結構必須比傳統的手機平台更容易實現功能擴展,也更容易作出設計修改。可擴展平台就能滿足這些要求,它支援各種設計要求以及各種不同的波形因數,同時還能為設備生產商節省寶貴的開發時間和開發資源。在可擴展平台解決方案中,設計各種不同的行動設備時可以使用同樣的底層處理器,而只需通過不同的介面、作業系統、工具以及不同的性能等級和功用等級來實現多樣化的設計。

採用了這種靈活的行動終端結構後,生產商通過選擇不同的功能模組便能為某種特定的設備類型或用戶階層提供他們所需的特殊的作業特性和功能。同時,這種方法還方便了行動設備生產商根據下一代多媒體應用的要求來選擇具備不同處理能力的處理器,並減小行動設備的功耗,延長其電池壽命。

開放性和可擴展性要求

要使行動設備的結構具備高效特性,系統結構必須為其提供任何一種特殊終端設備所需的所有模組(見圖1)。通常,構成終端設備的基本模組可分為以下五類:

* 無線調變模組


* 基頻處理模組


* RF和類比模組


* 通訊和應用周邊驅動模組


* 開放式編程環境模組

1. 無線調變模組

無線調變模組是為2.5G和3G行動設備提供通訊處理能力的基本模組之一,支援全世界範圍內所有的複雜空中介面標準,包括GSM/GPRS,、EDGE,、cdma2000/1xEV和WCDMA/UMTS。這些調變組件必須高度模組化,以便有效地加入行動設備的核心處理器,完善其功能。同時,為了達到高數據率和低功耗,還必須對這些模組進行最佳化。有時,一個終端中必須包含多個調變模組,以支援多模式通訊和漫遊功能。圖1:OMAP處理器平台。

2. 基頻處理模組

2.5G和3G行動設備的核心通常會涉及各種多媒體應用,借此來吸引新用戶。這些具備多媒體功能的無線應用所要求的處理能力比第二代手機高出幾個數量級。因此,在許多行動設備中,都會將DSP和通用或基於RISC的CPU這兩種處理器組合起來,獲得強大的處理能力,以此滿足多媒體應用對處理能力的要求。這樣,手機或PDA才能夠以最低的功耗達到必要的處理性能。DSP不但可以用在這種需求量極大的通訊處理應用中,還可用於實現許多新的多媒體應用,例如流媒體、語音識別、交互式遊戲以及其他一些對數據處理能力要求較高的應用。而通用型CPU除了可以像DSP一樣完成通訊資訊處理功能之外,還支援在設備中內建作業系統,並能為設備與編程環境之間提供應用編程介面。2.5G和3G無線處理平台應該支援Windows CE、Symbian OS和Palm OS等高級行動作業系統,不但如此,這類平台還應支援大多數2.5G和3G手機中用到的即時作業系統(RTOS)。

3.RF和電源模組

要想迅速完成一個設計,並將設計得到的行動設備投入市場,生產商就應為其開發組提供一套完整的射頻(RF)和類比模組。這些模組必須能夠比較容易地組合入設計中去,或者能夠方便地與其他必備的組件進行整合。其中,RF模組還應針對系統的基頻解決方案進行最佳化,以便提高設備性能並方便用戶使用。採用高級處理技術就能將RF處理功能整合到數位基頻處理的晶片上去,從而得到質優價廉並且高度整合的RF解決方案。另外,功耗及電源管理、數據轉換和語音編解碼等類比技術模組也必須是現成的,可以馬上加入設計中或整合到晶片上去。多數2.5G和3G應用都要求設備具備非常強大的處理能力,因此,保持較低的功耗就很關鍵。同時,要想支援新的應用,並保證電池的壽命夠長,設計組還必須針對不同的應用選擇適合的電池管理技術和功耗管理技術。

4. 通訊和應用周邊驅動模組

2G行動設備的功能往往有限,而且在2G應用中,也不太需要與外界進行連接。但2.5G和3G行動設備則不同,它們能夠為用戶提供對周邊設備的支援,如USB和?或藍芽埠、觸控式螢幕、各種快閃記憶體、數位和視頻相機控制器以及小鍵盤控制器等。因此,一個開放式的可擴展結構應該能夠提供現成的周邊硬體和設備的驅動模組,這樣才能快速有效地將周邊技術整合到行動設備中去。

5. 開放式編程環境模組

如果能夠提供開放式編程環境,並允許靈活選擇軟體平台,那麼設備生產商(甚至是服務供應商)就能組裝可滿足終端類型要求的系統級軟體組件,以獲得較好的設計。例如,如果系統平台支援所有流行的行動作業系統,如Windows CE、Palm OS、Symbian OS、Linux,以及高級編程語言如Java等,設備生產商就能針對不同階層的目標用戶,選擇不同的系統級軟體組件,進行相應的組合,得到滿足該階層用戶要求的設計。

另外,行動設備生產商過去的生產模式是在出售前就把設備所應具備的所有功能都事先加載到設備上,這種模式已經成為歷史。下一代行動通訊設備將是基於開放式軟體模型的,在這種模型中,用戶可以根據自己的需要隨意添加新的應用。實際上,許多新的應用都將通過無線方式下載。這種新的模式所帶來的動態軟體市場將使各種個性化的用戶應用趨於活躍,並對獨立軟體開發商產生衝擊。而支援開放式可擴展平台的開發工具則能為獨立軟體開發商提供一種編程友好的環境,便於其進行行動設備的軟體開發。

同時,這種系統級的軟體設計方法還將加速第三方應用軟體的開發。過去,PC機的開放式軟體環境曾大大促進了PC軟體的發展,同樣,行動設備的開放式軟體環境也會促進基礎多媒體引擎軟體的發展,如流媒體、語音識別、保密、圖像處理以及交互式遊戲等。然後應用軟體開發商又可以採用這些現成的軟體模組來加速將應用軟體推向市場。

處理結構的選擇

2.5G和3G手機的核心是高速數位通訊和應用處理器。產品的差別大部份是通過上文介紹的方法,即採用不同形式的處理平台來實現的。這種方法不但可以實現各種行動設備結構,還可以用來設計那些主要針對特定市場的專用行動IC。例如,在消費市場上,用戶對價格非常敏感,而且他們的技術成熟度可能也不如高階用戶。這時,一個具備基頻調變功能並可實現嵌入式應用的雙核、單處理器的結構就能滿足該階層用戶的要求。今天的大多數2G處理器就是基於這種結構。同時,要使行動設備的價格能為大多數用戶所接受,那麼設備所能連接的周邊技術種類也只能是最基本的。結果,這樣得到的設備通常只具備有限的專門應用功能,就像以語音為主,帶有一定數據通訊能力的手機。

行動設備市場的中層用戶可能會頻繁地用到語音應用和數據應用,因此這些用戶就要求設備具備智慧電話功能或者高階無線PDA功能。適合這個市場的行動設備結構應該包含一個整合的專用應用處理MCU和一個雙核(DSP+MCU)2.5G/3G數據機。其中,專用MCU用來運行一些普通應用並運行設備的高級作業系統,如Windows CE或Symbian OS,而數據機(MCU+DSP)核則用來完成大量的通訊任務和某些特定的、非常適合用DSP來處理的、需要很強運算能力的多媒體功能,例如流視頻或語音識別的媒體引擎。這種結構的整合度很高,因而保證了設備形狀因子較小並且功耗較低。為了方便實現新的應用,這類中級智慧電話結構還應具備與多種周邊設備和技術連接的能力,例如通用串列介面(USB)、藍芽、全球定位系統(GPS)等等。

行動設備市場的高階用戶與前兩種用戶又有不同,他們通常都要求設備具備高級功能。這些用戶不但希望處理器具備強大的處理能力,以應付頻繁的多媒體應用,還要求處理器具備很高的靈活度,以便他們根據自己的偏好來配置系統。雙處理器結構(見圖2)可以滿足這些用戶的要求。在雙處理器結構中,一個處理器用來實現包括基頻調變解調在內的通訊功能,另一個則用於應用處理以及管理周邊技術。當然,隨著無線產業向高度整合的方向發展,雙處理器結構不久後應該會演變為在單晶片上整合雙核或三核的形式。但首先有一點非常明確,即單處理器結構最終一定會發展為雙核DSP/MCU結構。

最佳化無線和多媒體設計

無線設備市場呈動態飛速成長,設備生產商們的產品策略必須具備靈活性和適應性才能跟上市場的發展。開放式可擴展結構恰恰能夠滿足他們這種需要。這種結構非常注重將對功能模組進行快速整合,使之成為一種獨特的配置,以滿足不同用戶市場階層、不同地理區域以及不同設備類型的需要。在當今這個競爭異常激烈的無線設備市場上,產品從開發到推向市場的時間是決定生產商是否能夠成功的一個非常關鍵的因素,因而整個產品系統必須及時、快速、高效地完成整合。圖2 ‘雙處理器方案’框圖。

生產商們一旦在2.5G和3G行動設備中採用了開放式的系統級結構,就必須分析模組在組合後的性能變化情況,以及系統整合的難易程度。設計者總希望這些功能模組能以一種無縫的結構組合在一起,並協調工作,因為這樣能夠最佳化整個產品的系統級性能,從而保證讓用戶滿意。但如果必須在設計過程中付出很大的努力才能達到這個目標,那麼產品從設計到推向市場的時間就會延長。

另外,如果為生產商提供功能模組的廠商能提供參考設計,說明這個功能模組怎樣才能形成無縫的結構,那麼對生產商的設計工作將有很大幫助。但這些參考設計不應只有電路圖和佈線圖,而應是一些已經由軟硬體實現的設計,以便生產商驗證這些模組構成系統後的整體性能。

要想快速高效地將行動設備的設計推向市場,模組供應廠商還應該在無線設計方面具備一些專有技術並能提供硬體支援。有些廠商提供的支援覆蓋了產品設計的整個過程:從定義的最初階段開始直到設計小組將產品交付生產。有些廠商具備的無線設計方面的經驗和專門技術,能夠在設計小組工作的整個過程中為其提供支援,包括基頻和RF系統的電路圖開發、元件選擇、電路板佈線、平台驗證、無線協議整合、全面型號認證(FTA)和現場測試等。

但硬體支援並不是設計組所關心的全部。除了硬體支援以外,根據目標市場的範圍不同,產品結構還必須支援一個到多個高級行動作業環境(例如Windows CE、Palm OS、Symbian OS、Linux、Java等)以及可以用於這些軟體平台的強大的編程工具。

開放式應用編程介面(API)是一種方便的軟體介面,設計組通過採用API,可以快速有效地向產品中添加各種高級特性,從而使行動設備進入市場時在眾多同類產品中脫穎而出。要達到這個目的,軟體開發和整合就很關鍵。如果生產商擁有一個模組庫,?面包含各種可立即使用的軟體I/O驅動器和周邊驅動程式,那麼也會幫助其設計組快速組合起設計所需的各個部份,並縮短行動設備的上市時間。

本文小結

隨著無線通訊產業邁向第2.5G和3G,人們開始需要行動設備具備開放式可擴展的結構。新一代的無線通訊設備市場的多樣性可以體現在以下幾個方面:不同的用戶群偏好不同,各種行動設備的技術功能不同,不同地理區域使用的通訊標準也會有巨大差異。如今的行動設備生產商已不再像過去一樣,只用一種或幾種基本的結構來滿足所有這些不同的市場段要求,他們開始利用開放式可擴展的方法,快速進行開發,並根據目標市場對產品進行配置,這樣他們就能最好地滿足幾年後無線通訊市場即將出現的各種需求。

作者:


Tom Pollard


無線晶片業務組全球市場總監


德州儀器公司





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