非线性发展的3G手机整合趋势

结合蓝芽、Wi-Fi和辅助GPS技术的智慧型手机与多媒体行动装置正如雨后春笋般纷纷出现，而3G手机也正蓄势待发准备提供各种新型连结技术与应用，包括FM调频收音机、数位电视和超宽频技术（UWB）等。

若以基础数学比拟这些新型连结技术的整合，我们可能认为其过程就是简单的加法。但是，这些新颖的连结技术并不如我们想像中那么简单或只要组合在一起即可，它们反而更像是微积分或微分方程组的求解过程，而且未来的使用行为模式还会让此问题难上加难。并行处理能力决定3G手机架构
关键正在于许多工作和应用需要同时运行。然而要在3G手机上提供并行处理能力却会带来多项艰巨挑战，因为手机必须同时执行许多不同的技术和应用。并行处理将会带来其他问题，譬如软体定义收音机或感知无线电 (cognitive radio) 能否提供3G手机、多媒体手机或其他产品所要求的多功能DSP和射频处理能力。并在满足并行作业要求的关键是系统在处理其他应用密集工作的同时，还要能继续执行语音和资料通讯作业。

为达到这些要求，3G平台的基本架构与2G和2.5G手机的主流架构将有很大差异。2G和2.5G的架构大都使用单颗处理器，有时也会採用双处理器晶片组，它们通常只能有限度支援处理密集的应用和多工作业，因此也只能有限地/或根本无法支援并行处理。随着採用多功能架构和多处理元件的3G手机出现，消费者的使用行为将随着3G手机新增的许多功能有所转变。在更多应用加入3G手机后，消费者也将很快习惯同时执行多个应用，并要求手机在不影响操作简单性和服务品质的前题下提供并行处理能力。

3G架构会採用多个独立处理引擎，它们能够同时运作，并随着实际应用的不同处理要求来决定所需提供的效能。在这类多功能架构中，会有一个处理元件做为主要处理单元并管理多个并行作业的执行，包括语音和资料的同时处理以及高画质视讯、串流视讯和串流音讯等多媒体功能。
　

图一：以多个独立处理引擎架构达到并行处理能力。
　

SDR促成典范移转？
或许五年后，您也将在您的手机上同时执行许多应用，这些应用可能是蓝芽提供的语音 (两位用户交谈) 和音讯通道 (背景MP3或收音机) 以及影像 (为协调会议地点而检索和传送GPS地图) 以及资料 (上网和曲目分享)。这至少需要五种无线电和调频广播接收器、蓝芽和超宽频技术、Wi-Fi、3G行动通讯以及辅助GPS – 它们都需要无线传输界面，还要有一颗做为协调的中央控制器把它们组合在一起。

手机内建多种无线电将带来困难的射频问题，像是天线设计和相互干扰。从Wi-Fi基地台或膝上型电脑等其他系统的经验可知使用两组天线虽会增加复杂性和成本，却可大幅提高射频效能。3G手机可能包含5种以上射频子系统，因此可能需要使用多组天线，而且多种无线电会共用一组天线，这显示3G手机或许会採用DSP技术和某种智慧型天线技术，例如天线干扰相互抵消技术或是多进多出 (MIMO) 天线。
　

图二：Bluetooth、UWB、Wi-Fi、GPS等无线应用将陆续被整合于手机中。

藉由谨慎管理射频设计和功能整合方式，同时导入主控处理单元来协调各个射频子系统的操作，设计人员已在相互干扰的问题上有了相当的突破。但另一方面，3G手机所含的多组无线电和天线却也大幅增加设计复杂性，迫使工程人员必须着手解决这些问题。就长期而言，提高晶片层级的射频功能整合度会让部份问题转移到晶片设计人员身上，系统设计人员所面对的困难则会减少。由于天线设计和射频管理的关系极为密切，未来的智慧型射频解决方案将会同时处理这两个问题。

无线产业长久以来都认为发展先进的软体定义无线电、并为其提供某种程度的感知无线电能力就是无线技术所要追求的极致成就，有些人相信软体定义无线电（SDR；software-defined radio）会在3G出现前问世。这种典范大都认为採用可重规划式架构的超级无线电将能感测手机四週的各种无线电讯号界面，然后自动切换到当时所需的最佳界面，这就是俗称的「最佳固接」(always best connected) 界面。

无线技术人员和系统开发厂商不停在追寻软体定义无线电的愿景，他们相信软体定义无线电能简化系统架构，还能让架构支援各种无线传输界面以降低手机成本。但是，软体定义无线电的支持者发现为产生所要求的最佳固接界面，他们首先必须费力统一各种无线传输界面，然而就在此梦想尚未实现时，无线产业却因3G手机需要让多种无线电并行操作而出现典范转移现象，这表示只靠一个最佳固接无线传输界面再也不能满足手机要求。当然，我们可以修改软体定义无线电让它并行支援多种无线传输界面，但这会使得原本就很复杂的设计雪上加霜。

顺着这个思路，我们或许忍不住要把软体定义无线电的想法应用到新世代3G手机，并藉由可重新配置组态的高度弹性架构让3G手机变成某种软体定义手机。然而就像软体定义无线电会支援所有无线传输界面一样，软体定义手机也要支援软体定义无线电以及未来多无线电和多应用3G环境所需的全部处理元件。这是个有趣的想法，但显然也会遇到并行处理所带来的同样复杂问题，且其实现可能性或许比软体定义无线电还更难以确定。（本文作者为TI德州仪器行动电话系统连线技术首席科学家）