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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(jìn)行了技術(shù)演示，這意味著 5G 離商用越來越近。業(yè)內(nèi)據(jù)預(yù)測，在 2020 年 5G 會實現(xiàn)商用。相對于 4G 網(wǎng)絡(luò)，5G 網(wǎng)絡(luò)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(shè)備數(shù)量將越來越多，網(wǎng)絡(luò)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(luò)容量？制造商正在依靠軟件、硬件和系統(tǒng)級的技術(shù)突破來實現(xiàn)目標(biāo)。
大規(guī)模 MIMO 天線陣列對滿足嚴(yán)苛的網(wǎng)絡(luò)容量目標(biāo)具有至關(guān)重要的作用，因此與這些天線陣列進(jìn)行接口連接的射頻單元必須滿足極其嚴(yán)格的功耗和封裝尺寸要求。為了助力 5G 的商用進(jìn)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(yīng)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(shù)改進(jìn)，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(jī)及基站配置的天線數(shù)量成倍增長，天線的設(shè)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(dá) 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(luò) (RAN) 通過高損耗的同軸電纜與遠(yuǎn)端射頻單元建立有線連接。但是，從天線到遠(yuǎn)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(dá) 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(kuò)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(dāng)中，實現(xiàn)對天線陣列的擴(kuò)展，包括 64×64、128×128、256×256 等。
模擬技術(shù)的突飛猛進(jìn)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(lǐng)域已經(jīng)投入很多年了。在技術(shù)方面，Xilinx 在 2012 年就組建了一個專家團(tuán)隊，這些專家來自模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)，目的就是要開發(fā)一項顛覆性技術(shù)。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(shù)不是一下子實現(xiàn)的，而是經(jīng)過了多年積累而來。在應(yīng)用方面，在應(yīng)用領(lǐng)域很多專家?guī)臀覀兌x設(shè)計，當(dāng)然定義設(shè)計方面會遇到一些挑戰(zhàn)，所以我們不僅有模擬技術(shù)方面的專家，還有無線應(yīng)用的專家，包括一些架構(gòu)師和設(shè)計師，他們測試了幾代無線電技術(shù)，給了我們樹立了信心，從而推出這樣一款功能非常強(qiáng)大的模擬產(chǎn)品。”
多方合作，5G 商用不會太遠(yuǎn)
業(yè)內(nèi)專家多方預(yù)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(shù)和眾多廠家建立合作關(guān)系。Tim Erjavec 表示，“在一線的系統(tǒng)供應(yīng)商中，六家有五家都和我們建立了合作關(guān)系；中國主要設(shè)備供應(yīng)商和很多設(shè)備供應(yīng)商也使用了 Xilinx 的技術(shù)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(shù)，不僅在半導(dǎo)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(luò)速度有望達(dá)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(shù)邁進(jìn)。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(luò)。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(luò)技術(shù)的測試。RFSoC 解決了 5G 無線電設(shè)計中的關(guān)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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