一文详解移动终端基带芯片

一文详解移动终端基带芯片

盼望着，盼望着，5G来了，5G手机的脚步临近了……

据钛媒体报道，中国移动近日在杭州外场进行5G网络测试，从芯片到核心网端到端使用华为5G解决方案。网络测试用华为2.6GHz NR支持160MHz大带宽和64T64R Massive MIMO的无线设备，对接集中化部署于北京支持5G SA架构的核心网。

日前，华为宣布将在2019年MWC上（2月24日）首发第一款5G手机。眼看华为就要成为第一个“吃螃蟹”的企业。岂料，三星手机决定抢先华为4天发表全球首款5G网络折叠式智能手机，和Galaxy十周年S10系列一同于20日（当地时间）发布。

而作为5G手机的重要组成部分，射频芯片和基带芯片却一直不为大众所熟知。此前，芯师爷已经梳理过一篇射频芯片的文章《关于射频芯片，没有比这篇更全了！》。在此，本文将再向各位读者详细解说移动终端基带芯片。

什么是基带芯片？

基带芯片是用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码。具体地说，就是发射时，把音频信号编译成用来发射的基带码；接收时，把收到的基带码解译为音频信号。同时，也负责地址信息（手机号、网站地址）、文字信息（短讯文字、网站文字）、图片信息的编译。

基带芯片结构图

基带芯片可分为五个子块：CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块。

CPU处理器：对整个移动台进行控制和管理，包括定时控制、数字系统控制、射频控制、省电控制和人机接口控制等。若采用跳频，还应包括对跳频的控制。同时，CPU处理器完成GSM终端所有的软件功能，即GSM 通信协议的layer1（物理层）、layer2（数据链路层）、layer3（网络层）、MMI（人-机接口）和应用层软件。

信道编码器：主要完成业务信息和控制信息的信道编码、加密等，其中信道编码包括卷积编码、FIRE码、奇偶校验码、交织、突发脉冲格式化。

数字信号处理器：主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于规则脉冲激励-长期预测技术（RPE-LPC）的语音编码/解码。

调制解调器：主要完成GSM系统所要求的高斯最小移频键控（GMSK）调制/解调方式。

接口模块：包括模拟接口、数字接口以及人机接口三个子块；

移动终端支持何种网络制式是由基带芯片模式所决定，而支持何种频段则由天线和射频模块所决定，基带芯片完成移动终端的接入功能，目前基带处理器是一种高度复杂系统芯片（SoC），它不仅支持几种通信标准（包括GSM、CDMA 1x、CDMA2000、WCDMA、

HSPA、LTE等），而且提供多媒体功能以及用于多媒体显示器、图像传感器和音频设备相关的接口、为了进一步简化设计，这些编译电路所需要的电源管理电路也日益集成于其中。

基带数字处理功能以及手机基本外围功能都集中到单片片上系统(SOC)中，其基本构架都采用了微处理器+数字信号处理器(DSP)的结构，且微处理器和DSP的处理能力一直在增强。

1.微处理器是整颗芯片的控制中心，会运行一个实时嵌入式操作系统（如Nucleus PLUS）。

2.DSP 子系统是基带处理的重点，其中包含了许多硬件加速器和基带专用处理模块，完成所有物理层功能。

随着实时数字信号处理技术的发展，ARM微处理器（会采用不同的微系列，如3G芯片多采用ARM9）、DSP 和 FPGA 体系结构成为移动终端基带芯片的主要方式。

在芯片架构领域，X86和ARM可谓是经过数十年锤炼，已经在各自领域占据不可动摇的地位。其中，X86主导了PC芯片市场，而ARM则主导了移动终端芯片市场。因主打低成本、低功耗和高效率这三手好牌，ARM 架构恰好迎合了包括智能手机在内的诸多移动终端设备的发展潮流。

下图是典型的基于ARM架构的基带芯片的逻辑架构，其中3G/4G Baseband Logic指的是DSP运算子系统。

典型ARM架构上的基带芯片框架

1.微处理器通过实时操作系统RTOS（如Nucleus PLUS）完成多任务的调度、任务间通信、外设驱动以及

微处理器与DSP子系统及其他模块的通信等等。功能还包括：（1）对整个移动台进行控制和管理，包括定时控制、数字系统控制、射频控制、省电控制等；（2）完成所有的软件功能，即无线通信协议的物理层与协议栈的通信、高层协议栈（TCP/IP等），若用于功能机则还会包括MMI(人-机交互接口)和应用软件。

2.DSP 子系统则用于物理层所有算法的处理，包括信息的信道编码、加密、信道均衡、语音编码/解码、调制解调等。DSP 子系统和微处理器子系统之间的数据通信手段包括双端口随机读取存储器(RAM)、多总线共享资源（一些厂商采用了AMBA公司的多层总线协议）等。多模多频基带芯片中可能包含多颗DSP。

3.在存储器组织方面，微处理器和DSP子系统可能都有各自独立的高速缓冲存储器(Cache)，有共享的片内SRAM和共享的外扩存储器。扩展存储器普遍支持同步动态随机存储器(SDRAM)和NAND型Flash RAM 等。

FLASH ROM可用于存储Boot Rom、链接操作系统和用户应用程序的CP Rom。ROM接口主要用来连接存储程序的存储器FLASH ROM，RAM接口主要用来连接存贮暂存数据的静态RAM(SRAM)。片内嵌入大容量静态随机读取存储器(SRAM)已非常普遍，有利于降低功耗，减少系统成本。

4.外设和接口方面，基带芯片往往支持多种接口以方便和应用处理器的通信以及增加其他模块如Wifi、GPS。接口包括UART、多媒体接口(MMI)、通用串行总线(USB）、SPI等。

MCU与外部接口的通信可通过DMA进行，若基带芯片没有集成RF，则还有RF专用接口。

随着通信技术的发展，运营商会推出越来越多的通信模式以适应通信的需要，比如移动推出的4G-TD-LTE、电信/联通推出的4G-LTE FDD、移动3G-TD-SCDMA，包括即将推出的5G网络，都是不同的通信模式。

为适应不同通信的技术，满足通信运营商的不同通信模式，基带芯片从单模往多模方向发展也就成了必然，本小节将着重介绍多模基带芯片。

单模基带芯片采用双核架构，一个ARM处理器和一个DSP，两者之间的通信通过双端口静态存储器（Dual port SRAM）进行。同时，ARM还会对DSP子系统做一些直接的控制，通过直接操作寄存器（地址/控制/数据寄存器）完成。当然，对于一些运算能力比较强的