智慧型手機、小筆電、電子閱讀器及其他設備的迅速普及，推動了行動設備資料輸送量急劇成長。根據全球行動通訊系統協會(GSMA)預測，2014年行動設備每月的資料輸送量將相當於其2008年全年的總和。
無線網路營運商強打LTE技術
為了滿足快速成長的需求，無線網路營運商競相推出4G網路，而長程演進計畫(LTE)將是2010年最熱門的技術。如美國營運商威瑞森(Verizon)計畫2010年部署LTE網路，該市場潛在客戶數量多達一億。到2011年，LTE市場會更加蓬勃，據分析師預測，屆時首款LTE手機將面世，而LTE基地台數量將急速飆升。這種成長趨勢將延燒到2013年，分析師預測2013年LTE用戶將超過七千二百萬。
全球微波存取互通介面(WiMAX)也在蓄勢騰飛，目前已有數百個網路正在營運。2010年，美國、俄羅斯和日本等市場將展開大規模部署。到2010年底，預計WiMAX運營商UQ將覆蓋日本90%的人口。上述種種趨勢表明，系統單晶片(SoC)設計人員擁有巨大市場機遇，能夠在2010年開發出理想解決方案的供應商將從市場成長中獲益最多，並且引領4G潮流。
4G技術百家爭鳴
通向理想4G解決方案的道路荊棘遍布，首當其衝的挑戰就是須要確定以何種4G技術為目標。在可以預見的未來，LTE和WiMAX將和平共處，哪一個會贏得更大的市場占有率尚須拭目以待。LTE的主要優勢之一是擁有主流營運商的支援，但WiMAX在部署方面領先一步。此外，加強版高速封包存取(HSPA+)也在不斷演進，在LTE完全展開部署之前很可能已瓜分掉可觀的市場比重。HSPA+開發的複雜性與LTE和WiMAX非常接近。因此，晶片組必須具備高靈活性以支援多種標準。
無論選擇哪種4G技術，以合理的功耗和成本付諸實施都是一大挑戰。在從3G轉換至4G的過程中，儘管4G業務資料速率提高了十倍之多，但手機供應商仍力求不增加功耗預算。另一方面，4G的計算複雜程度也急劇增加，這使它很難保持較低成本。對於帶有3G/2G、無線區域網路(Wi-Fi)、全球衛星定位系統(GPS)和行動電視等額外無線介面的設備，達到適當的成本和功耗控制尤其困難。
此外，SoC開發人員還必須考慮到可擴展性，使自己的設計既能夠滿足不斷變化的市場需求，又可適應未來下一代技術的發展，有關LTE Advanced和IEEE 802.16m等即將面世標準的準備工作已逐步進行，預計2010年將會確定。此外，SoC開發人員當然還必須盡快把產品推向市場，並將開發成本降至最低。這些要求意味著理想的4G解決方案應該具有足夠高的靈活性，以適用於全方位的4G市場；能夠以低成本、低功耗來整合3G/2G和Wi-Fi等無線介面；可針對現有及未來應用進行擴展；並且把開發時間和開發工作量降至最少。
高度整合通訊引擎迎戰市場需求
目前已有業者按照上述目標設計通訊引擎，其推出的CEVA-XC是一款可配置的數位訊號處理器(DSP)的矽智財(IP)，專為3.5G/4G手機及無線基礎設施而設計。即使是最小配置，單一CEVA-XC內核也能夠以軟體處理整個4G收發器鏈路。
這種單核架構無須採用多個輔助處理器、加速器或SIMD引擎的異構設計(Heterogeneous Design)，從而縮短上市時間，簡化軟體設計。
CEVA-XC是一種完全可程式設計的DSP內核，它以軟體形式支援多種無線標準，包括LTE、WiMAX、HSPA+、3G和2G等等。這種靈活性使CEVA-XC成為一種真正的軟體定義無線電(SDR)引擎(圖1)，使得單個CEVA-XC SoC可以把眾多以往離散的功能整合在一起。如當今的智慧型手機一般都包含了多個基頻中央處理器(CPU)，而CEVA-XC SoC的專用硬體支援GPS、行動電視、Wi-Fi等功能，CEVA-XC可讓SoC設計人員在單一DSP上處理所有這些功能，降低成本和功耗。這種軟體定義無線電能力使CEVA-XC能夠滿足市場的設計需求。客戶不必針對每個獨立的通訊標準創建不同的晶片，而是只須開發單一晶片，對軟體做簡單的修改就能夠適用於不同的市場。作為可配置處理器，CEVA-XC能夠在寬廣的性能範圍內進行配置。它能夠針對手機、行動寬頻模組，以及從毫微微型蜂巢式 (Femtocell)、微微型蜂巢式(Picocell)乃至微基地台和宏基地台的基礎架構進行配置。這種可擴展性可實現各種設計之間更大程度的軟體複用，體現了應對即將面世的多種4G應用需求的重要優勢。
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| 圖1 對於一個包含了許多基帶的系統，軟體定義無線電能夠減小功耗和面積。 |
CEVA-XC還帶有CEVA-Toolbox，這是以C語言為基礎的完整開發環境。透過CEVA獨有的應用優化器(Application Optimizer)來簡化軟體的發展和最佳化，可把軟體研發工作量和成本降至最低。此外，CEVA還提供一整套最佳化C語言，可調用DSP庫函數和覆蓋整個LTE實體層的通訊軟體庫(圖2)。
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| 圖2 CEVA-XC模組示意圖 |
CEVA的軟體庫包括一個與頂級LTE供應商合作開發的最佳化LTE庫，這個與LTE Rel-8相容的軟體庫能夠處理整個實體層鏈路，並可適用於多種配置及應用案例。該軟體庫支援多重輸入多重輸出(MIMO)2×2、MIMO 4×4、單一輸入單一輸出(SISO)和單一輸入多重輸出(SIMO)等多種天線架構、支援QAM64(正交振幅調製)、QAM16和QPSK(四相相移鍵控)等調製方式、支援多種不同空間分配方案、以及可選的上傳和下載參數。該軟體庫還為一個通用型，與具體系統設計無關，並帶有一個簡單C可調用的應用程式介面(API)，可以方便整合到客戶的軟體系統中。利用這些軟體庫，SoC開發人員能夠減少開發工作量，並確保達到最佳的性能。
CEVA-XC是基於CEVA-X DSP而開發的IP內核，CEVA-X DSP IP已大批量出貨，並用於三星、樂金(LG)和索尼愛立信(Sony Ericsson)等多家供應商的行動設備中。CEVA-XC在CEVA-X的基礎上增加了四個向量單元，性能提高到每秒兩千億次運算，足以支持MIMO 4×4般的先進多天線方案。完全配置的CEVA-XC還能夠處理基地台應用中的多個LTE或WiMAX通道。
此外，CEVA-XC還提供帶一或兩個向量單元的配置。利用可選的指令集，向量單元本身可增強對除法、平方根、最大相似度檢測(Maximum Likelihood Detection)和FFT的支援和配置。即使在最小配置中，CEVA-XC也能夠在157MHz速度下支援100Mbit/s LTE下行資料流程(採用20MHz頻寬、QAM64調製和MIMO 2×2等挑戰性組合)。
CEVA-XC利用純軟體實現收發器路徑以獲得完全的靈活性(圖3)。不論選擇何種配置，客戶都將獲益於CEVA-XC的低功耗優勢。採用65奈米製程生產的CEVA-XC晶片只需要10毫瓦的功耗，就能夠處理50Mbit/s的LTE下行鏈路。
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| 圖3 CEVA-XC能夠以純軟體方式實現LTE收發器，圖中所示為LTE接收通道。只有前向糾錯(FEC)採用硬體方式實現。 |
為了進一步降低功耗，CEVA-XC還整合創新的功率調節單元(PSU)。該單元會關斷內核的不活動部分，並允許內核工作在一定範圍的頻率和電壓下。這些低功耗特性使得CEVA-XC以純軟體方式運行整個收發器成為可能。
(本文作者任職於CEVA)