5G基本办法和对端到端可编程性的需求

作者：Alok Sanghavi，Achronix半导体公司高级产物营销司理。

一、弁言

我们今朝处于蜂窝毗连的转型时期，将来无处不在的无线毗连正在鼓起。在环球范畴内，2G、3G和4G的乐成敦促手机行使量到达了令人难以置信的75亿部。令人震惊的是，这使得移动装备的数目比环球生齿还要多。或者更具影响力的是，蜂窝毗连对那些之前被数字化剥夺权力的人发生的影响; 譬喻，2016年撒哈拉以南非洲地域每100人凡是有1部牢靠电话，但有74台移动毗连装备。

瞻望将来十年，跟着5G的呈现，无线基本办法将变得越发广泛，乃至与我们一般糊口的方方面面完全融为一体。 5G连续了先前蜂窝尺度(在驱动带宽方面)的模式，但也将其扩展到更多装备和行使模式。

首要趋势包罗：

(1) 对加强型移动宽带(eMBB)和其他应用的带宽增进需求，出格是以10倍现有吞吐量可能更高速度驱动的瞬时可用带宽。

• 这将是5G尺度化带来的首波驱动力，个中3GPP已于2017年完成非独立(即LTE帮助)新无线电(NR)，2018年可提供5G独立版，如图1所示。
• 5G的陈设也将按照频段环境分阶段举办，起首陈设6GHz以下，然后是毫米波(mmWave)频率的持续频段，以便在稍后阶段支持要害eMBB应用。

图1：5G的ITU和3GPP时刻表

(2) 跟着物联网(IoT)蜂窝收集毗连的到来而毗连到大量的装备。估量到2020年将有500亿台蜂窝收集毗连的装备。这些需求傍边的一部门可以通过现有尺度满意，同时也要靠Release 16版本中海量呆板类通讯(mMTC)的现有类型去实现了。

(3) 新的应用模式也在不绝涌现，这对移动装备及其蜂窝无线基本办法提出了新的要求。示例包罗：

• 用于毗连多个电池供电物联网端点的低带宽、低功耗的要求，以实现mMTC相干的毗连和监控;
• 用于车辆到车辆和车辆到基本办法的毗连(C-V2X)高靠得住性、低耽误蜂窝收集，以增补现有的V2X办理方案;
• 为长途手术和加强/假造实际等新兴应用提供的高靠得住性、低耽误支持。

后两类应用将通过即将推出的3GPP超靠得住、低耽误毗连(URLLC)尺度来办理。

(4) 对边沿说明和移动边沿计较(MEC)的新需求。计较重心正在从早年预计的将数据发送到齐集式计较资源举办处理赏罚，转变为移到位于数据天生原点四面的漫衍式计较资源的新典型。造成这种转变的缘故起因是多方面的：新兴应用严酷的耽误要求、越来越复杂的数据量，以及优化稀缺收集资源的愿望等等很多方面。

二、基带

在本文中，我们思量怎样通过具有高机能CPU子体系和包罗FPGA可重编程加快硬件处理赏罚单位的SoC架构来乐成应对5G的奇异需求。

基带从收集接口(譬喻以太网)获取数据，并将其转换为通过前传(Fronthaul)接口传输到射粕习端举办传入/传出的伟大样本。以下高级道理图包罗用于LTE下行链路的发送器(图2a)，以及用于上行链路的吸取器(图2b)。

(a)下行链路

(b)上行链路

图2：基带处理赏罚的高级道理图

三、基带L1处理赏罚的案例研究

在这里，我们举例声名怎样将基带处理赏罚(尤其是Layer-1层)映射到要害处理赏罚元器件上，如处理赏罚器子体系、CPU和DSP内核，以及牢靠和机动的硬件加快，如图3所示。

图3：要害基带处理赏罚元器件

1. 前传(天线接口)毗连

除了前面描写的处理赏罚元器件之外，尚有一个机动的天线接口成果模块：这是毗连基带和射频单位所需的元件。传统上，这是通用民众无线电接口(CPRI)，偶然是开放式基站架构打算(OBSAI)兼容的部门。

然而，越来越多的方案在转向指定一个更机动的前传接口，以应承基带和RF前端之间的差异映射(如图4所示)。IEEE对下一代前传接口NGFI(IEEE1914)举办了一连的跟进，包罗用于基于分组的前传传输收集尺度IEEE1914.1和以太网无线电(RoE)包封和映射尺度IEEE1914.1。同时，尚有其他行业项目指定了5G前传接口并可共享，譬喻eCPRI。

鉴于前传接口面对的各类类型、尺度和要求，FPGA很得当其应用，并凡是用于支持此接口，如图3所示。

2. 可加快5G上市时刻的分立布局

图4将5G所需的处理赏罚元器件映射为具有独立器件的分立式架构，包罗CPU SoC、帮助FPGA加快和天线接口。此设置反应了在可以提供颠末优化的5G专用集成电路( ASIC)之前，可以在5G原型计划和早期量产中陈设的实验方案。

(1) CPU体系级芯片内里包罗：Arm处理赏罚器组合以及用于Layer-1处理赏罚和硬化加快器的DSP内核，用于牢靠的、明晰界说的成果。

在此示例中，假设现有的4G ASIC SoC可用，因此具有通用加快(譬喻MACSEC)以及LTE特定加快：前向纠错(出格是turbo编解码器)、快速傅立叶调动和离散傅里叶调动，以在上行链路上支持SC-FDMA。

(2) 机动的天线接口

如前所述，前传天线接口很是适实用FPGA来实现。这是在线设置的，数据从射频单位发出(在上行链路上)，然后是被转换为诸如以太网等具有尺度毗连的协议。

(3) 硬件加快FPGA

• 帮助加快FPGA实现了在基带SoC上不行提供的全部须要的计较麋集型成果。这可所以5G特定的成果或先前不曾筹划的成果。
• 在此处表现的示例中，行使了CCIX互连。该尺度应承基于差异指令集架构的处理赏罚器将缓存同等性、对等处理赏罚的上风扩展到包罗FPGA和定制ASIC在内的多种加快器件上。

图4：可加快5G上市时刻的分立布局

3. 基于Chiplet的5G实现

（编辑：湖南网）

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