芯耀
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在巴塞羅那移動通信展上，中國移動研究院攜手合作伙伴對大規(guī)模天線陣列系統(tǒng)進行了技術演示，這意味著 5G 離商用越來越近。業(yè)內(nèi)據(jù)預測，在 2020 年 5G 會實現(xiàn)商用。相對于 4G 網(wǎng)絡，5G 網(wǎng)絡有著諸多優(yōu)勢，頻譜利用率大大提高，高頻段被廣泛利用；可靠性更加顯著，時延大大縮短；能源消耗降低等。隨著 5G 的商用，車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、智慧城市也將成為可能，物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量將越來越多，網(wǎng)絡容量也不斷加大，怎樣以更低功耗通過頻譜效率、高度致密化以及新頻譜來提高網(wǎng)絡容量？制造商正在依靠軟件、硬件和系統(tǒng)級的技術突破來實現(xiàn)目標。
大規(guī)模 MIMO 天線陣列對滿足嚴苛的網(wǎng)絡容量目標具有至關重要的作用，因此與這些天線陣列進行接口連接的射頻單元必須滿足極其嚴格的功耗和封裝尺寸要求。為了助力 5G 的商用進程，Xilinx 推出了全可編程（All Programmable） RFSoC，消除了分立數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，可將 5G 大規(guī)模 MIMO 和毫米波無線回程應用的功耗和封裝尺寸削減 50-75%。
Xilinx 公司平臺產(chǎn)品營銷副總裁 Tim Erjavec
立足大規(guī)模 MIMO 技術改進，減功耗縮尺寸
5G 引入高頻率頻段使得天線發(fā)生巨大變化，單個手機及基站配置的天線數(shù)量成倍增長，天線的設計方案將由現(xiàn)有的單體天線改為陣列天線，天線數(shù)量最高可達 1024 個，因此天線陣列要能夠靈活部署。傳統(tǒng) 4G 射頻接入網(wǎng)絡 (RAN) 通過高損耗的同軸電纜與遠端射頻單元建立有線連接。但是，從天線到遠端射頻單元的功耗依然非常大，而且系統(tǒng)體積大，無法實現(xiàn)密集部署，因此急需降低射頻器件功耗并縮減其尺寸。
All Programmable RFSoC 將通信級 RF 采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（配有數(shù)字處理子系統(tǒng)）、穩(wěn)定可靠的 ARM 級處理系統(tǒng)以及 FPGA 架構(gòu)整合到單芯片器件中。
用集成式數(shù)模轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)降低射頻 1 數(shù)字前端功耗
傳統(tǒng)的分立元器件搭建系統(tǒng)需要一個可編程器件和一組 RF ADC/DAC 組件，通過上圖的對比可以發(fā)現(xiàn)，典型的 8X8 天線陣列，通過分立器件實現(xiàn)起來總功耗是 55W，而采用集成 RF 模擬實現(xiàn)起來總功耗是 28W，相對于前者，總功耗降低 51%。
收發(fā)器和天線數(shù)量越少，芯片尺寸越小。商用器件中，典型 RF ADC 或 DAC 每通道占位面積可高達 15x15mm。對于 4Tx4Rx 無線電架構(gòu)來說，面積節(jié)省約 50%，對于如上圖所示的 8Tx/8Rx 無線電架構(gòu)而言，完全部署多通道系統(tǒng)會節(jié)省 75%以上的面積。
由于 Xilinx 本身具有全可編程的架構(gòu)，靈活性和擴展性大大提高，用戶可以根據(jù)需要將更多 ADC 和 DAC 集成到 Xilinx 全可編程架構(gòu)當中，實現(xiàn)對天線陣列的擴展，包括 64×64、128×128、256×256 等。
模擬技術的突飛猛進并非“一朝一夕”之功
在這款 All Programmable RFSoC 中集成了 12 位 ADC，最高支持 4GSPS，以及 14 位 DAC 最高支持 6.4GSPS。在用戶的印象中，Xilinx 并沒有獨立的模擬 ADC 和 DAC 器件，他們?nèi)绾我幌伦蛹闪诵阅苋绱酥叩哪M器件？這些器件是獨立研發(fā)還是有第三方合作伙伴？
Xilinx 公司平臺產(chǎn)品營銷副總裁 Tim Erjavec 解釋，“其實 Xilinx 在這一領域已經(jīng)投入很多年了。在技術方面，Xilinx 在 2012 年就組建了一個專家團隊，這些專家來自模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器行業(yè)的領先企業(yè)，目的就是要開發(fā)一項顛覆性技術。高性能 ADC/DAC 在 2012 年就被集成到了 7 系列 FPGA 中。經(jīng)過幾年的發(fā)展，我們招募了非常優(yōu)秀的人才，建立了一個模擬卓越中心。因此，這個技術不是一下子實現(xiàn)的，而是經(jīng)過了多年積累而來。在應用方面，在應用領域很多專家?guī)臀覀兌x設計，當然定義設計方面會遇到一些挑戰(zhàn)，所以我們不僅有模擬技術方面的專家，還有無線應用的專家，包括一些架構(gòu)師和設計師，他們測試了幾代無線電技術，給了我們樹立了信心，從而推出這樣一款功能非常強大的模擬產(chǎn)品。”
多方合作，5G 商用不會太遠
業(yè)內(nèi)專家多方預測，到 2020 年 5G 在中國會實現(xiàn)商用。Tim Erjavec 也同意這樣的觀點，而且 Xilinx 也針對 5G 技術和眾多廠家建立合作關系。Tim Erjavec 表示，“在一線的系統(tǒng)供應商中，六家有五家都和我們建立了合作關系；中國主要設備供應商和很多設備供應商也使用了 Xilinx 的技術開發(fā) 5G 系統(tǒng)。我們和中國以及其它國家的運營商簽署了合作備忘錄，幫助他們開發(fā) 5G 技術，不僅在半導體層面，還在軟件層面。我們有很多解決方案，包括互聯(lián)互通方面，無線電和基帶方面的方案等，合作非常緊密?！?/p>
5G 通信網(wǎng)絡速度有望達到 4G 網(wǎng)速的 10 倍至 100 倍，因此，世界各地都在爭相開發(fā)。中國移動研究院與業(yè)內(nèi)很多企業(yè)簽訂了合作備忘錄，共同研發(fā)、測試、驗證 5G 系統(tǒng)演示平臺。去年 7 月，美國聯(lián)邦通訊委員會一致同意，向移動、靈活和固定使用的無線寬帶開放近 11GHz 的高頻頻譜，包括 Verizon 電信和 AT&T 在內(nèi)的企業(yè)已經(jīng)開始向 5G 技術邁進。韓國和日本希望分別在 2018 年和 2020 年舉行奧運會時部署這一網(wǎng)絡。諾基亞則與加拿大運營商 Bell Canada 合作，完成加拿大首次 5G 網(wǎng)絡技術的測試。RFSoC 解決了 5G 無線電設計中的關鍵問題，有助于超大尺寸的 5G 測試平臺和原型向更小化和更節(jié)能過渡。
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