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借助Zynq RFSoC DFE因应5G大规模部署挑战

—— 5G已成为现实
作者:David Brubaker时间:2021-09-14来源:CTIMES收藏

 随着基础设施和装置设备的部署,已从概念转变成为现实;经济显然不会只是3G或4G的复制品。新的挑战需要能自行调适的解决方案,既要可以处理多样化的需求,同时也要能够随市场需求的变化而持续演进发展。
Zynq UltraScale+ RFSoC DFE因其架构上整合了比传统软件化逻辑(soft logic)更多的硬件化IP逻辑,使得其在保持灵活应变价值的同时,还能媲美客制化的ASIC在成本和功耗上的竞争力,因此能轻松应对这些挑战。

5G面临的前线挑战

本文引用地址:http://www.iznbh.com/article/202109/428214.htm


日益提高的无线电效能和复杂性

无线电单元(Radio Unit;RU)对更大带宽的需求,不仅是为了提高数据传输速率,营运商还需要为现有和新的频段解决复杂的无线电配置问题。为满足这些需求,无线电应从设计上支持可能的最大瞬间带宽(instantaneous bandwidth;iBW)。例如,早期5G无线电支持高达200MHz的带宽,但未来的无线电需要支持高达400MHz的带宽。
尽管5G已成为预设的无线标准,但4G大量传输仍会持续数年。即使在升级或安装5G网络时,营运商仍须提供4G网络覆盖;再者,由于基地台的空间是按照单位和重量租用的,同时支持4G和5G的多模式RU有助于降低资本支出(CAPEX)和营运成本(OPEX)。 5G无线电的另一个复杂之处是分布式单元(Distributed Unit;DU)接口,其典型划分为7.1、7.2和7.3,而RU必须对此给予全面支持。

5G的多样化应用及不断演进的标准

3G主要与语音和讯息有关,营运商的盈利模式是出售以分钟计算的通话时间和讯息数量。而4G有一项应用是行动数据,它促成了智能型手机的兴起,营运商也因此开始每月以GB为单位销售数据。
5G则如图一所示,拥有三种主要用途:增强型行动宽带(Enhanced Mobile Broadband;eMBB)、超高可靠度且低延迟通讯(Ultra-Reliable Low-Latency Communication;URLLC)和大规?;餍屯ㄑ叮∕assive Machine Type Communication;mMTC)。当分别优化其中一个用途,将会导致非常不一样的无线电解决方案;而5G将它们融合成统一的标准。

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图一 : 5G应用

现今的5G全部围绕着eMBB而发展。业者争相部署5G以吸引消费者使用速度最快的网络。
至于URLLC和mMTC则相对较为新颖,目前还没有已开发的市场或经济体实现它们。URLLC主要倡导的应用就是自动驾驶,但5G网络不会在该领域发挥重要作用。其原因在于自动驾驶的过程要求原位(in situ)运行。有一种可行的URLLC应用,是将车辆或机器设备运行在采矿和救灾这类的危险环境中。
mMTC的应用则适用于每平方公里存在上百万个互联设备的情况。目前智能家庭装置的WiFi运作状况良好,不会被5G取代。mMTC的应用对于工业、商业和政府治理(例如智慧工厂、智慧城市)来说将更加重要。

不断演进的标准

4G LTE标准在2009年的第9版中最终确定,并在随后的8年里,透过5个3GPP版本的推出不断演进,直至发展到4G LTE Advanced。
5G的第一阶段和第二阶段已经在第15版和第16版中完成定义,并涵盖eMBB、mMTC和URLLC的基础。第17版已经开始订定,而第18版也已经开始筹划。未来十年,5G标准将随着市场需求而发展。

5G市场颠覆

5G将面临的一大挑战可以概括为市场颠覆?;毓?G可以发现,其市场相当单一且固定。4G只有一项应用,市场由传统营运商所构成,他们向消费者销售数据,并向传统硬件OEM厂商购买网络基础设备。
如今,O-RAN联盟和电信基础架构项目(Telecom Infra Project)都透过供货商多元化,颠覆既有的商业模式。Dish、Rakuten和RJIO等颠覆性的5G营运商正挑战着他们的同行和既有营运商。颠覆和真正的创新将会发生在使用mMTC和URLLC功能,以提供完善的企业专网解决方案中。最终结果是有了新的营运商和供货商参与其中且富有活力的5G经济,如图三所示。

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图二 : 5G将助力实现专网中的创新

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图三 : 5G新的商业模式、市场和竞争

DFE满足当前和未来的5G需求

DFE在硬化或类ASIC的结构上实现了已知和运算密集型 DFE(Digital Front-End;数字前端)功能,能同时以4G和5G新无线电(New Radio;NR) 标准进行配置。

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图四 : DFE整合了硬化IP的完整DFE子系统

如图五所示,这些硬化单元占用更少的芯片面积,与传统FPGA软件化逻辑相比,能节省高达80%的功耗。由于每个硬化的IP核心在物理尺寸上都小于软件化逻辑,因此与Zynq UltraScale+ RFSoC第三代组件相比,添加了额外的核心就能提供2倍DFE处理能力。


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图五 : 采用硬化IP的优势

在充分利用DFE硬化??榈那榭鱿?,Zynq RFSoC DFE的功耗比相较于使用在第三代Zynq RFSoC组件上的等效执行方案降低约50%。
如图六所示,硬化??橐杂胧萘鞅3忠恢碌姆绞?,按规律布局在Zynq RFSoC DFE上。每个IP功能都由多个实例组成,使组件能根据应用进行扩展或缩减。为提供最大的灵活性,使用者可以绕过任何??椴⒃谑萋肪吨械娜我獾闾砑勇呒?。

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图六 : Zynq RFSoC DFE功能??橥?br/>
Zynq RFSoC DFE在FR1(高达 7.125GHz)中支持高达400MHz iBW的多频段和多模式无线电,并且在作为FR2的IF收发器时提供高达1600MHz iBW。

结语
总而言之,Zynq UltraScale+ RFSoC DFE延续了Zynq UltraScale+ RFSoC的成功基础,将所有关键和运算密集型数字处理??槟扇胍桓鲇不曳媳曜嫉慕峁鼓?,同时为未知的未来需求和市场需求内建自行调适逻辑,既提供可媲美ASIC的优势,又保持一贯以来的灵活应变能力和上市速度。
(本文作者David Brubaker为资深产品线经理)



关键词: Zynq RFSoC 5G 赛灵思

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