Den digitala signalprocessorn är nyckelkomponenten i tredje generationens mobiltelefoni. Det gäller både för basstationer och mobiltelefoner.

Signalprocessorerna i 3G-produkter måste vara tio gånger vassare än de i dagens GSM-system


Det kommersiella genombrottet för tredje generationens mobilnät, 3G, närmar sig. Mobiltelefon- och basstationsleverantörerna arbetar nu för fullt med att ta fram färdiga produkter för nätet.

Övergången till paketbaserad bredbandig mobiltelefoni - som stödjer hög dataöverföringshastighet och multimediatjänster - innebär dock ett stort steg för hårdvaran.

Ett kritiskt problem är att hitta komponenter som klarar den nya standarden. 3G utmanar halvledartillverkarna, framför allt de som tillverkar digitala signalprocessorer.

- Digitala signalprocessorn är en nyckelkomponent i framtidens basstationer. Valet av andra processorer är mycket lättare, säger Sune Nilsson på Ericsson Radio Systems, som hjälper företaget välja processorer för olika produkter.

Faktum är att de DSP-kretsar som används i 3G-produkter måste ha tio gånger högre prestanda än de i GSM-system.

Flest digitala signalprocessorer går det åt i basbandsdelen av basstationen, där de används för att implementera algoritmer för kommunikationsstandarden. I övrigt används exempelvis DSP-kretsar för signalbehandling i digitala filter, talkodning och ekosläckning i växlarna. Huvuddelen av telefonens basband består också av digitala signalprocessorer.



Komplexa algoritmer


Att digitala signalprocessorer används i mobiltelefoni är ingen nyhet i sig. Trenden inom GSM är att implementera allt mer av basbandet i DSP-kretsar, eftersom de är programmerbara och är bra på kodning osv. Men för att implementera 3G-standarden i basbandet måste alla befintliga DSP-algoritmer nu ses över helt och hållet.

- Algoritmerna för 3G är betydligt mer komplexa än för GSM, och kräver de allra kraftfullaste DSP-kretsarna, säger Tony Ottoson på Chalmers avdelning för kommunikationssystem.

Förutom att algoritmerna måste stödja standarden för 3G, måste de vara bakåtkompatibla och stödja befintliga telefonisystem som GSM, men även så kallade 2,5G-system som Edge och GPRS. Resultatet är att DSP-kretsarna måste hantera mer programkod än någonsin och det måste gå fort att processa allt detta. Processorerna måste prestera flera tusentals, kanske även miljontals, mips.

- Dessutom skall kretsarna rymmas på en liten kiselyta och vara effektsnåla, säger Sune Nilsson.

För att klara de höga kraven har DSP-tillverkarna varit tvungna att ta fram parallella arkitekturer som klockas med höga hastigheter och som innehåller flera Macenheter, där Mac står för Multiply Accumulate. Motorola och Lucents samarbetskrets Starcore har exempelvis hela fyra Mac-enheter och klockas med 300 MHz.

Basstationen är mest krävande
De flesta arkitekturer bygger på den klassiska VLIW-arkitekturen, Very Long Instruction Word. Texas Instruments VLIW-variant C6x kan till exempel exekvera åtta instruktioner parallellt.

Infineon har tagit VLIW åt ett annat håll, med sin licensbara DSP-kärna Carmel. Kärnan är baserade på en helt ny typ av arkitektur, kallad CLIW (Configurable Long Instruction Word), som kan ses som ett mellanting mellan superskalära arkitekturer och rena VLIW-varianter.

Alla kretsar utnyttjar förstås fördelarna med krympande halvledarprocesser, som exempelvis lägre effektförbrukning. Processer med kanallängder på 0,15 μm används i flera av dagens ledande DSPer, medan 0,13 μm-processer är på väg med Starcore i spetsen.

Prestandakravet är högre för basstationer än för mobiltelefoner, eftersom basstationen skall hantera flera hundra samtal samtidigt. Telefonerna är å andra sidan kostnadskänsliga konsumentprodukter och de DSPer som används måste vara billiga. 3G-telefonerna förväntas dessutom vara lika kompakta och ha lika långa standbytider som dagens mobiltelefoner, vilket ställer höga krav på kretsarnas packningstäthet och strömförbrukning.

De komplexa 3G-algoritmerna skrivs till huvuddelen i ett högnivåspråk som C, men det ger snabbt stora kodmängder som kräver mycket minne. DSP-tillverkarna har därför försett sina skapelser med mycket inbyggt minne, uppåt 7 Mbit. Men eftersom minne är dyrt jobbar telefontillverkarna extra hårt med att göra koden mer kompakt. På basstationssidan har det däremot varit viktigare att få ut produkterna i tid. Detta trots att specifikationen för 3G-telefoni ännu inte har spikats.

Här kommer DSP-kretsens programmerbarhet till stor nytta. Många DSP-tillverkarna har tagit fram bra C-kompilatorer för att underlätta de kodändringar som kan bli aktuella när standarden stabiliserar sig.

Susan Kelly