簡化2G/3G雙模系統設計　通用軟體平台扮要角

雙模應用受重視　2G/3G並行無礙

雖然全球行動電話已開始進入WCDMA普及階段，然而如圖1所示，目前GSM使用率仍高達80%，因此次世代全球行動電話終端，必須具備同時支援WCDMA/GSM的雙重功能。

資料來源:GSM Word 圖1　全球行動電話用戶發展趨勢

Medity 2即具備同時支援WCDMA/GSM900/ 1800/1900的能力，並將高性能應用處理器與通訊處理器整合成單晶片，且內部的通訊處理模組亦整合WCDMA的基頻處理器，以及GSM的基頻處理器。此外，該平台還擁有優先網路自動選擇與使用者主導選擇、行動電視(Mobile TV)、支援3D遊戲應用等特色，除了實現縮小晶片封裝面積之外，還能協助開發人員達成省電、低成本等多重目標，因而在近期業界受到不少重視。

雙模行動電話系統複雜　單晶片架構助益大

Medity 2架構如圖2，該架構並支援第三代合作夥伴計畫(3GPP)Release99，內建WCDMA/高速下行封包存取(HSDPA)類別6(Category 6)、高速上行封包存取(HSUPA)介面與GSM/GPRS/EDGE等功能。

資料來源：NEC技報62期 圖2 雙模行動電話系統Medity2的架構

Medity 2是由應用處理器與通訊處理器等兩大模組構成，而應用處理器與通訊處理器則各自進行模組整體控制。舉例來說，應用處理器可連接液晶顯示器、按鍵、麥克風等各種周邊硬體，或進而內建相機、聲音編解碼器(Codec)等中介軟體(Middleware)。  

通訊處理器是由通訊中央處理器(CCPU)，與各基頻(BB)處理器構成，WCDMA的基頻處理器還內建HSDPA介面，使相關功能擴充更容易。  

能支援其他技術的原因在GSM的基頻處理器導入其他公司的矽智財(IP)，因而能夠支援2.5G通訊系統的GPRS及後續的EDGE技術。透過導入IP，Medity 2能在很短的開發時間內導入高品質GSM，並進而實現雙模行動電話系統。  

此外，多模行動電話系統除了在WCDMA與GSM的各網路內增加單獨連接功能之外，還包括自動選擇WCDMA與GSM網路、WCDMA與GSM的交遞(Hand Over)、WCDMA與GSM的跨網路通訊品質測試與省電功能等。  

而Medity 2必須克服的難題則包括，為導入其他公司之IP，必須統一介面規格；為實現系統之間的交遞與通訊品質測試，必須進行WCDMA與GSM之間的時間平台(Time Base)同步化，還有利用軟體實現低功耗的控制技術等。  

截長補短善用矽智財　互通平台成要角  

通訊軟體方塊圖如圖3，分別包括負責主要控制雙重通訊協定的協定堆疊(Protocol Stack)、主要控制GSM協定的GSM邏輯層1(GSM LL1)、控制GSM的收發訊息作業的GSM數位基頻、主要控制WCDMA的收發訊息作業等。

資料來源：NEC技報62期 圖3 雙模行動電話系統Medity2軟體方塊圖

雙模行動電話系統，負責處理WCDMA與GSM各Layer 1協定作業的軟體時，都是在相同CPU內動作，此時會將各邏輯層1軟體，當作即時作業系統(RTOS)的任務(Task)分別動作；工作之間的通訊，則利用即時作業系統具備的工作之間通訊機構動作。  

如前所述，Medity 2主要是將其他公司的矽智財導入GSM內，因此除實現低功耗雙模通話外，還內建可以使WCDMA軟體與其他公司的矽智財連接的協定適配器(Protocol Adapter)、WCDMA與GSM的收發訊息控制模組共通化、數位類比轉換(DAC)電路的共通化。  

由於目前各邏輯層1任務之間的介面並無標準，必須統一其他公司的矽智財與WCDMA軟體間的介面，因此在GSM邏輯層1任務內特別設置協定適配器，該適配器不但不會影響WCDMA軟體，而且還能夠順利導入GSM系統。  

WCDMA/GSM送、收訊控制模組共通化，主要是利用軟體進行控制，使WCDMA與GSM基頻處理器，能夠以相同基準時脈(Clock)動作，進而達到實現縮減鎖相迴路(PLL)的目標。  

而DAC電路的共通化，同樣也是利用軟體進行數位類比轉換電路的排他控制(Control of Exclusion)。  

此外雙模行動電話系統，為實現通訊品質測試與系統之間的交遞，此時WCDMA與GSM兩軟體的時序(Timing)設計非常重要。  

WCDMA與GSM的通訊品質測試，為避免干擾彼此的通訊，主要是利用空檔期間進行，因此必須控制在有限時間內，進行通訊品質測試的時序。基本上，是利用WCDMA與GSM兩邏輯層1工作的並聯動作獲得實現。  

為進行系統之間的交遞，系統之間的通訊品質測試非常重要，WCDMA邏輯層1與GSM邏輯層1是在各自獨立的時序基礎下進行動作。  

雙模功能運作時，依照WCDMA與GSM其中任何一個連接至網路的動作特徵，形成主/從(Master/Slave)關係。而通訊品質測試則會對主端的邏輯層1任務、從端的邏輯層1任務，提出測試要求，透過這種方式就能夠達成預期目的。  

如圖4所示，有關WCDMA通訊中的通訊品質測試，邏輯層1任務會變成主，GSM邏輯層1任務則變成從，接著再利用設置在10毫秒(ms)、稱作傳輸空檔(Transmission Gap)的區間進行。

資料來源：恩益禧技報62期 圖4 實現雙模行動電話系統通訊品質的量測圖

WCDMA測試框架的單位為10毫秒，GSM通訊框架的單位為4.615毫秒，此時WCDMA邏輯層1任務會製作測試時序資訊，通知GSM邏輯層1任務。  

有關測試時序資訊的交換，各系統並不具備獨自時間，而是使用共同時間單位進行。兩邏輯層1任務會將共同時間單位，轉換成各系統的時間單位，精確計算測試時序之後，再對基頻處理器進行測試控制安排。  

測試軟體是由主與從的切換方式構成，因此雙模系統除了動作之外，透過主端系統的單獨動作，能夠以相同軟體實現WCDMA與GSM各自獨立運作的結構。  

多模追求更高效能　軟體架構有效減低功耗  

一般通訊軟體主要是透過基頻與控制硬體單元時脈，進行系統動作的「停止」與「再開始」，並藉此縮減功耗。但為同時實現縮減晶片封裝面積與功耗等目標，Medity 2內建時脈與鎖相迴路微控制功能，將硬體共通化，利用軟體進行數位類比轉換器的排他控制，進而達成預期目標。  

WCDMA基頻處理器的基準時脈，與其他公司的矽智財不同，為縮減鎖相迴路，研究人員利用軟體進行差分吸收控制，同樣實現統一基準時脈的預期目標。  

以往行動電話待機時，大多需數毫秒處理到訊通知的收訊與通訊品質測試；不過Medity 2不需通知期間，並使基頻處理器要求的高速時脈停止動作，即可利用低速時脈維持與基地台的時序，進行斷續收訊動作。  

其他系統在通話時的通訊品質測試，只在進行品質測試期間會將時脈開啟(ON)，其他不動作期間則將時脈關閉(OFF)；但Medity 2則會針對硬體資源的排他控制與相異的基準時脈，依照差分吸收、行動電話狀態、有無通訊品質測試等，進行時脈控制的單一化管理，透過這樣的單一化管理，就能夠實現低功耗的雙模行動電話系統。  

如上所述，利用協定適配器，導入其他公司的矽智財權，接著再利用軟體，就能夠實現WCDMA與GSM之間的時間平台同步化、省電控制，提供消費者高性能的雙模行動電話，帶來更佳便利的生活。