电子产品世界

 随着5G基础设施和装置设备的部署，5G已从概念转变成为现实；5G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

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）和大规模机器型通讯（Massive 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。

 
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。回顾4G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。

图二 : 5G将助力实现专网中的创新


 
图三 : 5G新的商业模式、市场和竞争

Zynq RFSoC DFE满足当前和未来的5G需求

Zynq RFSoC 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。


 
图四 : Zynq RFSoC 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。


 
图五 : 采用硬化IP的优势

在充分利用DFE硬化模块的情况下，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，硬化模块以与数据流保持一致的方式，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模块并在数据路径中的任意点添加逻辑。


图六 : Zynq RFSoC DFE功能模块图

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，赛灵思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模块纳入一个硬化且符合标准的结构内，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为赛灵思资深产品线经理）

关键词： Zynq RFSoC 5G 赛灵思

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