GSM手机基带芯片SOC设计探究

楼薇吴艳李犁

摘要：近年来，移动电话在社会范围内普及，改善了人们的生活方式，丰富了社会大众的精神世界，研发单位对手机的研究仍在持续不断进行，本文研究GSM手机基带芯片SOC设计相关内容，分析GSM数字移动电话系统特点，探究GSM手机基带芯片SOC设计用到的信道编码，思考GSM手机基带芯片SOC的功能设计。希望本文的观点能为关注此话题的研究者提供参考意见。

关键词：信道编码；功能设计；CPU处理器

引言：GSM是一个蜂窝网络，移动电话要连接GSM才能搜索到周围最近的蜂窝单元区域，正常情况下，GSM网络的运行有着不同的无线电频率。网络周围的环境不同，会导致网络的覆盖面积发生改变，基站子系统由网络和交换子系统共同组成。就数字通信系统而言，通常都是由数字信号的形式完成信息数据的传输工作。

一、GSM数字移动电话系统特点分析

GSM数字移动电话系统的显著特点是技术先进且成熟，能开通多种移动通信业务，能保证手机达到非常快的接续速度，而且有着非常好的通话质量。能保证用户多种信息的安全性，保密功能比较强，抗干扰能力也比较强，有非常广阔的网络覆盖面，能实现国际自动漫游。在目前的发展阶段中，全世界范围内已经有近百个国家完成了GSM数字移动电话通信网的建立。设计工作由欧洲主要的电信运营商和制造商共同完成。以蜂窝系统为基础，经过一段时间的发展演变成为数字移动通信系统。在数字通信系统中，数字信号是信息传输的主要形式，在通信系统的发射端，能完成模拟信号向数字信号的转换，数字信号在经过接收端之后，会被还原成为模拟信号。在移动通信系统中，需要处理的信息包括语言信号，要想有效提高数字通信网的系统容量，就应该发挥语音编码技术的优势，该技术有高质量低速率的特点。目前已经出现了多种移动信道语音编码技术，能明显提高移动信道的语音编码技术。就比如说GSM系统，所采用的就是规则脉冲激励-长期预测编码。这种编码属于中速率的混合编码，其中纯语音的编码速度是13kbit/s。移动体在移动通信环境中始终处于运动的状态，多径传播的缺点是容易造成信道衰落，会导致信道成为变参信道。这里所说的多径衰落指的是接收信号的电平发生比较明显的起伏现象。还有一种情况是瑞利衰落信道，此时信号电平在移动信道中的起伏呈瑞利分布状态。

二、GSM手机基带芯片SOC设计用到的信道编码

卷积码所能发挥的作用是差错纠正，如果是来自调解器的似然估计，在结合使用的过程中，就能够获得比较高的效率。就GSM手机基带芯片而言，所使用的卷积码的速率为1/2、1/3、1/6。在检测和纠正突发性差错的过程中，就要用到FIRE码，这一操作要在卷积码的应用操作之后完成。另外在检测差错的过程中，会经常用到奇偶检验码。隐分集技术有两种，一种是交织，而另外一种是慢跳频，也被称为时间分集和频率分集。通过交织，能实现对突发差错离散和随机差错的良好反映。最终成功消除编码技术的随机差错还要用到专门纠正随机差错的编码技术。如果GSM系统使用的是慢跳帧，也就是每秒跳270帧。所能发挥的作用就是频率分集和干扰源分集，此时干扰电平的平均值就会有所减少。运用均衡技术能实现对信道特性的有效均衡，也就是说均衡器会产生与信道相反的特性，此时信道时变多径传播特性所引起的码间串扰就能被有效抵消。在构建GSM系统的过程中，要用到Viterbi算法，达到均衡解调的目标，时延16us之后就能实现有效均衡。虽然数字传输系统有很多优点，但是对用户来说，最重要的是要保证数据不被第三方所窃取，GSM系统为了实现这一目标用传输加密的方法实现，不会依赖于数据传输的类型，传输数据的类型包括语音、用户数据和信令，该技术的应用也有一定局限性，就是只能在普通突发脉冲中使用。

三、GSM手机基带芯片SOC的功能设计

把基带部分分成五个模块，这五个模块分别是CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器、接口模块。

（一）CPU处理器

CPU处理器的作用是控制并管理整个移动平台，需要实现对时间、数字系统、射频、省电、人机接口的有效控制。如果系统是跳频的模式，就要实现对跳频的有效控制。CPU处理器要完成GSM终端所有软件功能的有效控制，分为三个层次，分别是物理层、数据链路层和网络层，通过人机接口与应用层软件实现有效连接。

（二）信道编码器

在信道编码器中，要面向业务信息和控制信息完成信道编码和加密工作。信道编码包括的内容有卷积编码、FIRE编码、奇偶校验码、交织、突发脉冲格式化。使用数字信号处理器，能完成语音编码和解码，此时需要用到Viterbi算法信道均衡器，还要用到规则脉冲激励-长期预测技术[1]。

（三）调制/解调器

就调制/解调器而言，要能够满足GSM系统对高斯最小移频键控的要求。接口部分共由三部分组成，分别是模拟接口、数字接口和人机接口。模拟接口能够完成的工作是语音输入和输出，用来接入麦克风、扬声器、蜂鸣器、免提。在射频控制接口中，要用到ACG、AFC、APC，这些都属于射频控制模拟量。辅助接口的作用是显示电池的电量，显示电池的温度，采集其他相应的模拟量。数字接口包含多个模块，有系统接口、SIM卡接口、测试接口、存储器接口。系统接口能用来完成相应程序的下载，也能用来完成数据通信，有效测试数字音频。测试接口能达到测试的目的，在扫描存储器的过程中，需要发挥芯片边界的作用。通过测试能得知芯片是否具备系统所要求的功能，也能得知各个功能模块以及系统整体是否能够正常工作。就存储器接口而言，要借助ROM接口的力量，实现与存储器flashROM的有效连接，通常情况下，该部分专门用来存储应用层的程序。而RAM接口则是用来连接并存储静态的RAM。

三、信号传输流程的科学设计

随着时代的发展进步，集成电路工艺正在持续发展进步，芯片朝着集成化、微型化方向发展。在一个芯片上集成处理器、存储器、数字以及模拟IP核功能设备就是片上系统芯片SOC，这一完整的系统能完成某种功能。在目前的发展阶段中，市面上出现了很多便携式的手持设备，还有一些智能仪器和消费型电子产品，大多采用的都是SOC的方式。优点是降低仪器的功耗，增强产品的性能。信号传输设计大致可以分为两部分，分别是上行链路和下行链路。就上行链路而言，能把实际语音信号分成短的时间段，要在各个分段内提取参量。按帧完成GSM系统的编码处理工作，每一帧持续的时间是20ms，其中的语音样本数量为160个。完成话音编码之后，会形成编码块，这些编码块为260bits[2]。在检测移动台的语音时，要用到GSM标准。把这些时间段分准确划分为有声段和无声段。在有声段中形成编码语音帧要用到语音编码，而在无声段，就需要估计背影噪声，之后就会产生SID帧。发射机在工作时，采用的是不连续发射，开发射机的时间仅仅局限在语音帧的时间段内。当语音段结束之后，才会发射SID帧。在接收端，根据收到的SID信息将舒适的噪音插入到无声期内。

总结：综上所述，在目前的发展阶段中，研发部门已经推出了GSM单、双频手机，未来手机的发展会对基带芯片提出更高的要求。基带芯片的研发朝着体积小、能耗小、处理速度不断加快的方向发展。要想提高手机的竞争力，就要有效增强基带芯片的性能。如今移动通信技术正在高速发展，基带芯片的研发应重视民族移动通信的进步，增加民族手机在市场环境中所占比重。

参考文献：

[1]纪虎东.手机基带芯片SoC中断系统的设计与验证[D].西安电子科技大学,2017.

[2]高峘.智能手机基带芯片的可靠性测试与失效分析[D].长春理工大学,2014.