新的挑戰需要靈活應變的解決方案，既要能夠處理多樣化的需求，同時(shí)也要能夠隨市場(chǎng)需求的變化而持續演進(jìn)發(fā)展。Zynq® UltraScale+™ RFSoC DFE因其架構上集成了比傳統軟邏輯更多的硬化 IP 邏輯， 使得其在保持賽靈思一貫的靈活應變價(jià)值的同時(shí)，還能媲美定制 ASIC 在成本和功耗上的競爭力，因此能輕松應對這些挑戰。

 

5G 面臨的前沿挑戰

 

日益提高的無(wú)線(xiàn)電性能和復雜性

 

無(wú)線(xiàn)電單元 (RU) 對更大帶寬的需求，不僅是為了增加數據速率。運營(yíng)商還需要為現有和新的頻段解決復雜的無(wú)線(xiàn)電配置問(wèn)題。為滿(mǎn)足這些需求，無(wú)線(xiàn)電應從設計上支持盡可能寬的瞬時(shí)帶寬 (iBW)。例如，早期 5G 無(wú)線(xiàn)電支持高達 200MHz 的帶寬，但未來(lái)的無(wú)線(xiàn)電需要支持高達 400MHz。

 

盡管 5G 現已成為默認的無(wú)線(xiàn)標準，但 4G 出貨仍將以大批量延續多年。在升級或安裝 5G 網(wǎng)絡(luò )時(shí)，運營(yíng)商必須提供 4G 覆蓋。因為信號塔空間是按單元和重量租用的，同時(shí)支持 4G 和 5G 的多模 RU 有助于降低資本支出和運營(yíng)成本。

 

5G 無(wú)線(xiàn)電的另一個(gè)復雜之處是分布式單元 (DU) 接口。典型劃分是 7.1、7.2 和 7.3；RU 必須給予全面支持。 

 

5G 多樣化用例及不斷演進(jìn)發(fā)展的標準

 

3G 主要圍繞語(yǔ)音和短信；運營(yíng)商的盈利模式是出售以分鐘計算的通話(huà)時(shí)間和短信數量。4G 有一個(gè)用例，那就是移動(dòng)數據，它促成了智能手機的興起，運營(yíng)商由此開(kāi)始按月出售按 GB 計算的數據。

 

5G 則如圖 1 所示，擁有三種主要用例：增強型移動(dòng)寬帶 (eMBB)、超高可靠低時(shí)延通信 (URLLC) 和大規模機器類(lèi)通信 (mMTC)。如果單獨優(yōu)化每一個(gè)用例，則會(huì )導致各種無(wú)線(xiàn)電解決方案大相徑庭；而 5G 將它們融合成統一的標準。 

 

圖 1：5G 用例

 

今天的 5G 全部圍繞 eMBB。運營(yíng)商爭相部署 5G，以吸引客戶(hù)使用速度最快的網(wǎng)絡(luò )。

 

因為 URLLC 和 mMTC 屬于新用例，還沒(méi)有發(fā)達市場(chǎng)或發(fā)達經(jīng)濟體實(shí)施它們。URLLC 宣傳的主要應用是自動(dòng)駕駛，但 5G 網(wǎng)絡(luò )不會(huì )在該領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。這個(gè)過(guò)程要求實(shí)時(shí)運行。一種可行的 URLLC 用例是將車(chē)輛或機器設備運行在采礦和救災等對人為操作而言過(guò)于危險的環(huán)境中。 

 

mMTC 用例適用于每平方公里存在上百萬(wàn)個(gè)互聯(lián)設備的情況。對于智能家居設備，WiFi 工作表現良好，5G 不會(huì )取代。mMTC 用例對于工業(yè)、商業(yè)和政務(wù)應用（例如智能工廠(chǎng)、智能城市）來(lái)說(shuō)將更加重要。

 

不斷演進(jìn)發(fā)展的標準

 

隨著(zhù) 2009 第 9 版的發(fā)布，4G LTE 標準最終確定，并在隨后的 8 年里，通過(guò) 5 個(gè) 3GPP 版本的推出不斷演進(jìn)，直至演進(jìn)到 4G LTE Advanced。

 

5G 的第一階段和第二階段在第 15 版和第 16 版中完成定義，覆蓋了基礎 eMBB、mMTC 和 URLLC。第 17 版的制定工作已經(jīng)啟動(dòng)，第 18 版也已經(jīng)進(jìn)入規劃。5G 標準將在今后十年里隨市場(chǎng)需求而演進(jìn)發(fā)展。

 

5G 市場(chǎng)突變

 

我們可以將 5G 面臨的又一大挑戰廣義地稱(chēng)作市場(chǎng)突變?；仡?4G 市場(chǎng)，可見(jiàn)其相當僵化。4G 只有一個(gè)用例，且市場(chǎng)由傳統運營(yíng)商構成，他們向消費者銷(xiāo)售數據，并從傳統硬件 OEM 廠(chǎng)商那里購買(mǎi)網(wǎng)絡(luò )基礎設施。  

 

如今，O-RAN 聯(lián)盟和電信基礎設施項目都在通過(guò)實(shí)現供應商多元化，顛覆既有的商業(yè)模式。顛覆性 5G 運營(yíng)商，如 Dish、Rakuten 和 RJIO 正在向他們的同行和既有運營(yíng)商發(fā)起挑戰。

 

在使用 mMTC 和 URLLC 功能提供完整的企業(yè)級解決方案的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )中，將會(huì )發(fā)生顛覆和真正的創(chuàng )新。

 

圖 2：5G 將助力實(shí)現專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )中的創(chuàng )新

 

結果是實(shí)現了有新運營(yíng)商和新供應商參與其中且富有活力的 5G 經(jīng)濟，如圖 3 所示。

 

圖 3：5G：新的商業(yè)模式、市場(chǎng)和競爭

 

Zynq RFSoC DFE 助力滿(mǎn)足當前和未來(lái)的 5G 需求

 

Zynq RFSoC DFE 在硬化的或類(lèi) ASIC 的結構上實(shí)現了已知的計算密集型 DFE 功能。這些結構經(jīng)過(guò)配置，能同時(shí)用于 4G 和 5G 新無(wú)線(xiàn)電 (NR) 標準。

 

圖 4：Zynq RFSoC DFE 集成了帶有硬化 IP 的完整 DFE 子系統

 

這些硬化單元占用的芯片面積減小，與圖 5 所示的傳統 FPGA 軟邏輯相比，能節省功耗高達 80%。因為每個(gè)硬化的 IP 核在物理尺寸上都小于軟邏輯，與 Zynq UltraScale+ RFSoC Gen 3 器件相比，增加核心就能提供 2 倍 DFE 處理能力。

 

圖 5：硬化 IP 實(shí)現方案的優(yōu)勢

 

在充分利用 DFE 硬化 IP 塊的情況下，Zynq RFSoC DFE 的功耗比實(shí)現在 第三代Zynq RFSoC 器件上的等效實(shí)現方案低 50% 左右。

 

如圖 6 所示，硬化 IP 塊以與數據流保持一致的方式，按規律布局在 Zynq RFSoC DFE 上。每個(gè) IP 功能都由多個(gè)實(shí)例組成，支持器件根據應用來(lái)縮放。為提供最大的靈活性，用戶(hù)能在數據路徑上的任何點(diǎn)繞過(guò)任意塊和添加邏輯。

 

 

圖 6：Zynq RFSoC DFE 功能原理圖

 

Zynq RFSoC DFE 支持 FR1（高達7.125GHz）下 iBW 最大 400MHz 的多頻段、多模式無(wú)線(xiàn)電。在用作 FR2 的 IF 收發(fā)器時(shí)，支持最大 1600MHz 的 iBW。

 

總之，賽靈思 Zynq UltraScale+ RFSoC DFE 延續了 Zynq UltraScale+ RFSoC 的成功基礎，將所有關(guān)鍵的計算密集型數字處理塊包含在符合標準的硬化配置內，同時(shí)為未知的未來(lái)需求和市場(chǎng)需求內置自適應邏輯，既提供了可媲美 ASIC 的優(yōu)勢，又保持了賽靈思一貫以來(lái)的靈活應變能力和市場(chǎng)投放速度。

 

 

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