作者：David Brubaker，賽靈思高級產(chǎn)品線經(jīng)理
隨著 5G 基礎設施和實現(xiàn)設備不斷進入實際部署，5G 已從概念變?yōu)楝F(xiàn)實；很顯然，5G 經(jīng)濟不會只是3G 或 4G 的復制品。
新的挑戰(zhàn)需要靈活應變的解決方案，既要能夠處理多樣化的需求，同時也要能夠隨市場需求的變化而持續(xù)演進發(fā)展。Zynq? UltraScale+? RFSoC DFE因其架構(gòu)上集成了比傳統(tǒng)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值的同時，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(zhàn)。
日益提高的無線電性能和復雜性
無線電單元 (RU) 對更大帶寬的需求，不僅是為了增加數(shù)據(jù)速率。運營商還需要為現(xiàn)有和新的頻段解決復雜的無線電配置問題。為滿足這些需求，無線電應從設計上支持盡可能寬的瞬時帶寬 (iBW)。例如，早期 5G 無線電支持高達 200MHz 的帶寬，但未來的無線電需要支持高達 400MHz。
盡管 5G 現(xiàn)已成為默認的無線標準，但 4G 出貨仍將以大批量延續(xù)多年。在升級或安裝 5G 網(wǎng)絡時，運營商必須提供 4G 覆蓋。因為信號塔空間是按單元和重量租用的，同時支持 4G 和 5G 的多模 RU 有助于降低資本支出和運營成本。
5G 無線電的另一個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發(fā)展的標準
3G 主要圍繞語音和短信；運營商的盈利模式是出售以分鐘計算的通話時間和短信數(shù)量。4G 有一個用例，那就是移動數(shù)據(jù)，它促成了智能手機的興起，運營商由此開始按月出售按 GB 計算的數(shù)據(jù)。
5G 則如圖 1 所示，擁有三種主要用例：增強型移動寬帶 (eMBB)、超高可靠低時延通信 (URLLC) 和大規(guī)模機器類通信 (mMTC)。如果單獨優(yōu)化每一個用例，則會導致各種無線電解決方案大相徑庭；而 5G 將它們?nèi)诤铣山y(tǒng)一的標準。
圖 1：5G 用例
今天的 5G 全部圍繞 eMBB。運營商爭相部署 5G，以吸引客戶使用速度最快的網(wǎng)絡。
因為 URLLC 和 mMTC 屬于新用例，還沒有發(fā)達市場或發(fā)達經(jīng)濟體實施它們。URLLC 宣傳的主要應用是自動駕駛，但 5G 網(wǎng)絡不會在該領域發(fā)揮重要作用。這個過程要求實時運行。一種可行的 URLLC 用例是將車輛或機器設備運行在采礦和救災等對人為操作而言過于危險的環(huán)境中。
mMTC 用例適用于每平方公里存在上百萬個互聯(lián)設備的情況。對于智能家居設備，WiFi 工作表現(xiàn)良好，5G 不會取代。mMTC 用例對于工業(yè)、商業(yè)和政務應用（例如智能工廠、智能城市）來說將更加重要。
不斷演進發(fā)展的標準
隨著 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 5 個 3GPP 版本的推出不斷演進，直至演進到 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，第 18 版也已經(jīng)進入規(guī)劃。5G 標準將在今后十年里隨市場需求而演進發(fā)展。
5G 市場突變
我們可以將 5G 面臨的又一大挑戰(zhàn)廣義地稱作市場突變。回顧 4G 市場，可見其相當僵化。4G 只有一個用例，且市場由傳統(tǒng)運營商構(gòu)成，他們向消費者銷售數(shù)據(jù)，并從傳統(tǒng)硬件 OEM 廠商那里購買網(wǎng)絡基礎設施。
如今，O-RAN 聯(lián)盟和電信基礎設施項目都在通過實現(xiàn)供應商多元化，顛覆既有的商業(yè)模式。顛覆性 5G 運營商，如 Dish、Rakuten 和 RJIO 正在向他們的同行和既有運營商發(fā)起挑戰(zhàn)。
在使用 mMTC 和 URLLC 功能提供完整的企業(yè)級解決方案的專用網(wǎng)絡中，將會發(fā)生顛覆和真正的創(chuàng)新。
圖 2：5G 將助力實現(xiàn)專用網(wǎng)絡中的創(chuàng)新
結(jié)果是實現(xiàn)了有新運營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、市場和競爭
Zynq RFSoC DFE 在硬化的或類 ASIC 的結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了已知的計算密集型 DFE 功能。這些結(jié)構(gòu)經(jīng)過配置，能同時用于 4G 和 5G 新無線電 (NR) 標準。
圖 4：Zynq RFSoC DFE 集成了帶有硬化 IP 的完整 DFE 子系統(tǒng)
這些硬化單元占用的芯片面積減小，與圖 5 所示的傳統(tǒng) FPGA 軟邏輯相比，能節(jié)省功耗高達 80%。因為每個硬化的 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 實現(xiàn)方案的優(yōu)勢
在充分利用 DFE 硬化 IP 塊的情況下，Zynq RFSoC DFE 的功耗比實現(xiàn)在 第三代Zynq RFSoC 器件上的等效實現(xiàn)方案低 50% 左右。
如圖 6 所示，硬化 IP 塊以與數(shù)據(jù)流保持一致的方式，按規(guī)律布局在 Zynq RFSoC DFE 上。每個 IP 功能都由多個實例組成，支持器件根據(jù)應用來縮放。為提供最大的靈活性，用戶能在數(shù)據(jù)路徑上的任何點繞過任意塊和添加邏輯。
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、多模式無線電。在用作 FR2 的 IF 收發(fā)器時，支持最大 1600MHz 的 iBW。
總之，賽靈思 Zynq UltraScale+ RFSoC DFE 延續(xù)了 Zynq UltraScale+ RFSoC 的成功基礎，將所有關鍵的計算密集型數(shù)字處理塊包含在符合標準的硬化配置內(nèi)，同時為未知的未來需求和市場需求內(nèi)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的靈活應變能力和市場投放速度。
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