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将终端用户设备连接到中央电信网络和云的无线接入网（ RAN ）和相关的核心网络层次结构，对于构建无处不在的蜂窝网络连接至关重要，它将扩大该技术所支持的应用场景的数量和广度。在制定开发和实施 5G RAN 和核心设备战略时，要对 5G 的要求有一个深层次的理解，并了解该技术将在何处、如何以及何时发展，有助于管理预期。 本文概述了 5G 标准和推广的现状，总结了 5G RAN 需要支持的全新的应用场景，并研究了标准的演进以支持更高的带宽和更多的应用场景。最后，本文还解释了开发人员如何利用 Achronix 现场可编程逻辑门阵列（ FPGA ）技术来应对他们面临的基本挑战 —— 通过一种节省成本、功耗和面积的方式，将部分处理工作负载从 CPU 卸载到基于 FPGA 的加速器上，从而支持 5G RAN 架构的优化。 5G 部署和宏观趋势 显然，现在 5G 不仅仅是用于手机连接的下一代蜂窝网络技术。 5G 和蜂窝网络连接技术的发展可赋能多个全新的应用场景，并为那些以前没有将蜂窝网络连接作为其产品组合一部分的公司开辟了新的商业机会。 5G 不再只是提供电信连接，而是成为了赋能其他各种应用场景的连接，诸如工业物联网、汽车、智慧城市和其他应用。 5G 旨在支撑家庭、城市和工厂中的数十亿个新器件（如摄像头和其他各种传感器）的连接，为医生和患者提供远程医疗支持，支持与 IT 技术的融合，并全面取代有线连接。 从根本上说， 5G 是一种比前几代技术更具频谱效率的蜂窝移动通信网络技术实现方案，具有显著增加的空中接口容量，结合波束形成 / 定向技术，以及聚合 4G 和 5G 信道的能力，所有这些都得到了很好的利用。 5G 基础设施部署开始增加，预计 5G 的采用速度比 4G 更快，移动网络运营商（ MNO ）推出的 5G 网络已覆盖 10 亿用户，这比 4G 达到类似水平提前了两年。 下表描述了引领未来技术发展和演进的宏观趋势。 表 1 ： 影响 5G 演进的宏观趋势 推动 5G 转型的构建模块 以前的 RAN 架构（ 2G 、 3G 和 4G ）是基于单块构建模块，逻辑节点之间很少有交互发生。然而，从新无线电（ NR ）研究的最初阶段开始，人们认为将 gNodeB 基站（ gNB ，即 NR 逻辑节点）在集中式单元（ CU ）、分布式单元（ DU ）和无线电单元（ RU ）之间拆分，将带来更多的灵活性。灵活的硬件和软件实现可支持更具可扩展性和成本效益的网络部署 —— 但前提是硬件和软件组件是可互操作的，并且可以与来自不同供应商的组件进行组合和匹配。 这种拆分化 split 架构（在集中式单元和分布式单元之间）支持对性能特征、负载管理、实时性能优化进行协调，并能够适应各种应用场景。这种拆分架构还提供了各种应用（如游戏、语音和视频）所需的服务质量（ QoS ），这些应用对传输有不同的延迟容忍度和依赖性，再加上诸如农村和城市等不同的部署场景也有不同的传输方式，例如光纤与无线。下图介绍了 5G 部署所需的主要构建模块。 图 1 ： 推动 5G 转型的构建模块 5G 不再只是一种 RAN ，而是需要包含从客户端到数据中心整个网络连接的技术。从历史上看，智能位于蜂窝网络的任一端，包括客户端、基站和核心网络。随着我们向万亿台互联设备迈进， MNO 无法再增加越来越多的容量，以便将数据从无线电传输到数据中心进行应用处理，然后再返回到客户端设备。例如，联网的图像传感器数量从今天的 4 亿只增加到 10 亿只，那么网络流量将从今天的大约 150 EB 增加到 400 EB 。 解决此资本支出问题的一种方法是在整个网络中更均匀地分配智能。这种变化需要分配更多的计算能力，以便能够做出更快、更有效的决策。例如，上图中标记为“多项接入边缘计算处理（ Multi Access Edge Compute Processing ）”的方框表示支持这种智能分配的附加类型。 上图中圈出的美元值显示了过去四年内在 RAN 和网络分层结构中设备支出的估计费用。无线通信网络本身的花费非常巨大，为研发支出的费用就高达 1200 亿美元。 上图表示了构成 5G 无线电网络的不同单元。为了支持从增强型移动宽带（ eMBB ）和大规模机器类通信（ mMTC ），到超高可靠、低延迟通信（ URLLC ）等一系列不同的 5G 应用场景，需要灵活地确定这些单元在网络中的物理位置。例如，该图表示分布式单元（ DU ）如何作为靠近无线电单元（ RU ）的独立单元，以支持 5G 的低延迟、更加实时性的需求，而对于 eMBB 等非延迟密集型应用， DU 可以与 CU 在类似 vRAN 的部署中位于同一位置。 这种对灵活性的需求促使那些用于这些设计的构建模块也要具有同样的灵活性，并支持这些设计以多种方式对共同的单元进行划分。 SoC 设计的多样性以及如何实现加速器功能是应对这些挑战的重要因素。 5G RAN 需要支持哪些应用场景？ 作为定义 5G 的第一步，国际电信联盟电信标准化局（ ITU-T ）确定了消费者、企业和行业现在和将来使用蜂窝网络的方式，然后 3GPP 开始实施所需标准的制定。作为 3GPP 所推动的新服务和市场技术推动者研究项目 SMARTER 项目的一部分，其团队确定了蜂窝网络当前和未来的先进应用场景以及所需的特性和功能。 除了一个名为固定宽带的类别外，该机构还定义了三类移动应用场景： mMTC 、 eMBB 和 URLLC 。虽然这些类别的名称并不是特别吸引人，但它们已成为行业标准术语： l mMTC —— 大规模机器类通信引入了对大规模的机器对机器交互的支持，包括电池供电的物联网设备。总的来说，这些设备需要相对较低的延迟、高度可靠的连接和高能源效率。其所面临的挑战是为数十亿台物联网设备提供可扩展性和一致的连接性，这些设备的通信频率相对较低、通信时间较短。广泛的覆盖范围和深入的室内穿透性是很重要的，同样低成本也是非常重要的。 l eMBB —— 如果 mMTC 主要是解决机器如何使用蜂窝网络，那么 eMBB 就主要解决人类如何使用蜂窝网络。此类应用场景包括 8K 视频流、沉浸式增强现实 / 虚拟现实（ AR/VR ）、互联交通信息娱乐和支持移动宽带连接的企业。该类别的关键要求是超高的频谱效率、极高的数据速率和超低的中断时间。 3GPP 的 R15 版本中定义的 5G NR 满足了所有这些要求。随着支持 5G NR 的基础设施开始扩展，这些应用场景变得更加广泛。这一类别可以被认为是发展和变革的结合，因为使用蜂窝网络进行连接的笔记本电脑并不完全是新事物，而沉浸式 AR/VR 和其他数据密集型应用在前几代蜂窝网络中并没有真正实现。 l URLLC – 作为一种服务，为超高可靠性、低延迟通信提供支持，是 5G 真正革命性的一个方面，因为它提供了在实际应用中尚未出现的性能等级。增加对 URLLC 的支持可实现智能交通等应用，包括能够在复杂的路况下导航并通过相互协作避免碰撞的车辆，以及与第四次工业革命相关的应用场景，包括时间关键型的工厂自动化等。它还包括远程医疗，其中包括测量生命体征并根据需要自动或半自动响应的设备，以及远程治疗，包括在救护车上、在灾难情况下或在偏远地区，根据远程医生的实时指导进行的手术。 在所有这些情况下，连接都需要非常稳定，并且需要以毫秒级或更低的端到端延迟速率运行。 3GPP 规范的 R16 和 R17 版本中定义了支持 URLLC 所需的主要功能。换句话说， URLLC 代表着 5G 的未来，即使这个未来只有几年的时间。 每个 3GPP 规范版本中都增加了各种功能，旨在解决这三个类别在不同方面的问题。在早期的规范版本中，已经解决了今天已经活跃或即将到来的特定应用场景，而未来的应用场景将在以后的版本中得到解决 —— 所有这些都是 5G 持续发展的一部分。 图 2 ： 5G 应用场景分类 满足 3GPP 的 R17 和 R18 版本要求的演进 5G 的演进发展带来了一系列新的标准，这些标准得到了参与 ETSI 3GPP 组织的多家公司的认同。但 5G 标准的演进可能带来哪些技术要求呢？ 下图显示了 3GPP 新标准制定过程的当前状态。当今 5G 网络中部署的设备主要由 3GPP 规范 R15 版本和 R16 版本中规定的技术组成。更先进的应用场景和由此产生的网络需求将由 3GPP 规范的未来版本（ R17 和 R18 版本）来满足。 今天， 3GPP 已经通过了 R17 版本（ Rel-17 ）工作的中点，并计划在 2022 年中期发布。与此同时，围绕 R18 版本（ Rel-18 ）目标范围的讨论正在顺利进行。 3GPP 将 Rel-18 及其后续版本称为 5G Advanced ，以确认该技术的发展。 Rel-17 的功能旨在提高现有和新应用场景的网络性能。这些新功能在下图中被分为三类： 空中接口和管理功能： l 上下拆分 L1 处理和卸载 – 用于上行和下行信道的 L1 内核加速 l 复杂的 L1 MAC 调度加速 l 频谱效率、波束管理和动态频谱共享 l 灵活的 DFE 处理 / 卸载 连接性和安全性： l eCPRI 卸载和处理（ Split 7.x DU/RU 灵活性） l 回传和安全卸载 l 网络处理和平衡，包括缓冲区和队列管理 计算和应用加速： l C 和 U 平面管理：在用户路径选择策略中的应用机器学习 / 人工智能（ ML/AI ） l 网络数据分析 l 将边缘计算托管放在更接近于无线电单元的地方 l 带机器学习的无线电和基于应用的处理 本文将在后面的章节中将对这些类别和特征进行更详细的讨论。 图 3 ： 3GPP 规范新版本时间表 Rel-18 或 5G Advanced （ 5G-A ）在 Rel-17 基础上更上一层楼，通过在无线电和网络层次结构中集成机器学习技术来提供更智能的网络解决方案，以支持新的更多的应用场景，并提高网络效率。具体到无线电方面的变化， Rel-18 （先进天线系统）是支持提高频谱效率的主要工具，进一步增强了波束形成和大规模多输入 / 多输出（ MIMO ），特别是在中频段和低于 6 GHz 的频谱中。 就 5G-A 的新应用场景而言，除了汽车和工业领域，还有国家安全和公共安全应用。在这些应用场景中，这些新功能可用于支持无人机的远程控制和恶意无人机检测等。 5G 网络分层结构和无线电 —— 下一代网络推动了对多样化解决方案的需求 有许多驱动因素影响着对平台多样性的需求。移动网络运营商一直希望将他们的网络建立在基于网络功能虚拟化（ NFV ）和软件定义网络（ SDN ）的技术上，并在商用现成（ COTS ）服务器上运行。然而， Achronix 认为单一的同质化设计无法满足 5G 发展的所有要求。不同的工作负载给网络带来了不同的压力，从而推动对不同解决方案的出现，以来满足这些需求。 新的架构将能够灵活地在集中式单元和分布式单元之间拆分和移动 5G NR 功能，这种架构带来的好处包括： l 更灵活的硬件实现方式，支持更具可扩展性、更具成本效益的解决方案。 l 能协调性能特征、负载管理、实时性能优化等功能，并根据应用场景启用 NFV/SDN 技术。 l 不同的部署场景可赋能 eMBB 、 uRLLC 和 mMTC 等不同的应用场景。反过来，这些不同的部署场景通过适应网络分层结构 / 架构（例如 ORAN ）的变化，以及通过网络切分等新功能动态分配网络资源，进而支持无线电技术的发展。 新的网络 / 功能切分可能会影响对不同设备和系统级芯片（ SoC ）选择的需求。 图 4 ： 应用场景、切分和多样性 上图显示了 3GPP 标准中规定的不同选项切分，以支持新兴的应用场景和相应的不同流量类型。该图显示了 L1 、 L2 和 L3 的不同 split ，以及在 CU 、 DU 和 RU 上相应地运行的不同功能。其中两个最受欢迎的选项是： l L2 Option 6 split ，这时上层功能被集中在网络中，但与无线电相关的特定流量调度和无线电链路控制被推向更靠近射频网络的位置。 l L1 Option 7.x split ，此时上层的 L1 处理被集中于 L2 和 L3 功能，只有下层 L1 Phy 功能被填充到 RU 中。 下图以图形方式展示了 5G NR 带来的挑战，即支持某些新天线配置所需的大量处理性能。图中左侧为具有 2 路发送和 2 路接收（ 2T2R ）的低频段（ 20 MHz ） MIMO 天线，右侧为具有 64 路发送和 64 路接收（ 64T64R ）的中频段（ 100 MHz ）天线。从低频段到中频段的演进支持更高的频谱通道，有可能实现频谱共享、双连接和 4G 载波聚合。这些中频段要求还需要支持低于 0.5 ms 传输间隔，以及需要大量的波束形成和定向处理。 因此，如下图所示，此时所需的计算能力，尤其是 L1 处理所需的计算能力，随着这些更高的带宽开始呈指数级增长。空中接口的第 1 层处理，以及管理中频段频谱波束形成和定向，需要比低频段部署更高的处理要求。 图 5 ： 5G 低频段和中频段频谱所需的处理负载（来源：爱立信博客） 为了满足 L1 处理负载的要求，业界必须考虑引入不同的异构解决方案，以高效地满足处理需求（从性能和功耗的角度来看）。再加上新的网络 / 功能 split ，这些新的解决方案可能会带来多样化的设备和 SoC 选项需求。因此，单一的同质化解决方案无法满足所有的 RAN 需求。 5G 设备的分布化推动了对灵活性和加速功能的需求 在 Rel-17 和 Rel-18 中提出的新要求推动了对更高灵活性，以及从单一 CPU 架构子系统中加速卸载负载的需求。下图显示了 5G 网络中的主要单元： RU 、 DU 和 CU 。对于这些单元中的每一个，都需要考虑如何利用由 CPU 、 DSP 和加速器（例如 GPU 、 FPGA 和 eFPGA ）构成的异构架构，来满足这些新设计的延迟、功耗、面积和成本目标。 网络运营商一直希望尽可能多地使用云原生、基于软件的技术来实现所有的 RAN 功能（基于 RAN 的集中式部署），并假设在基于 x86 或 Arm® 的 CPU 平台上运行的解决方案能够最大限度地提高灵活性。研究表明，对于低频段部署（大约 600-700 MHz ，服务带宽为 50-25 Mbps ），基带和控制可以在 CPU 平台上以最小量的加速卸载来提供服务。其结果是实现了集中的 DU 和 CU 功能，使用光纤连接到 RU ，在无线电中只有最少的处理功能。 在各种部署中，都可以利用一个 COTS 服务器来处理一个具有单个 CPU 内核的低频段单元的所有事务。对于这些类型的部署，将软件中的所有内容作为虚拟化或容器化工作负载运行，其性能、成本和功耗需求都是可行的。在这种情况下，从图中可以看出， DU 中的 L2+ 功能以及 L1 的大部分处理都可以与 CU 中的核心网络功能一起位于小型服务器中。 然而，随着各种部署转向 6 GHz 以下的中频段，如大约在 3.5 至 3.6 GHz 范围内，正如在前面的图中所看到的，无线电处理（包括 L1 模块中的基带功能和 L2 模块中的大部分功能）几乎呈指数级增长。在这种情况下，下行和上行处理负载会增加 20-40 倍。在没有加速功能的情况下，运行一个带有完整负载的中频段单元将需要超过 16 个 x86 内核。然而，这样一个系统的成本和功耗在商业上是不可行的，因此需要将某些 L1 层和 L2 层功能卸载到专用硬件中，其重要性在未来日益凸显 —— 硬件加速器要么位于 CU 中，要么分布在远程 DU 和 RU 中更接近于无线电接口的位置。 图 6 ： 5G 设备的分散化推动了对更高灵活性和加速功能的需求 除了 CNF/VNF 之外，这里列出的项目是从 x86 、 Arm 或 R5 CPU 子系统中卸载工作负载到硬件加速器的理想选择。一些示例如下： l 在盒子之间的接口上进行网络处理和分类管理，包括传输 / 后传 / 安全接口、 eCPRI 前传接口，或需要流量管理器、分类器等的地方 l L1 处理和波束形成是必须使用加速的另一个领域，可利用 DSP 或 eFPGA 技术或两者兼而有之来实现加速功能，这对实现吞吐量最大化和优化功耗至关重要。 此外，在 2025 年前，几乎所有 RAN SoC 的默认要求都可能是机器学习加速 —— 这一功能不仅可以应用于在 5G 上运行的应用场景中的学习和推理功能，还可以应用于 RAN L1 物理层的增强。研究表明， AI/ML 可以显著提高 L1 PHY 性能，其中第一个研究领域是 AI/ML 增强可以应用于波束管理、信道估算和预测。 5G Advanced 、 eFPGA 和 FPGA 加速 未来， FPGA 和 eFPGA 技术可用于 5G 设计的各个领域。正如前面所讨论的，在可编程性和计算效率之间总是存在着利弊权衡。虽然 CPU 提供了终极的可编程性，但基于图形处理器（ GPU ）、 FPGA 和专用集成电路（ ASIC ）的硬件解决方案总是提供更低功耗这一优势，但灵活性却大大降低。 从历史上看， FPGA 已被广泛用于前几代的蜂窝网络的设计中。在 3G 和 4G 设计中，系统的重要部分是围绕独立 FPGA 设计的。这些 FPGA 用于加速空中接口的某些功能，它们与基带单元上用于空中接口处理的 DSP 紧密结合。 FPGA 还用于 CPRI 连接的传输和安全接口、机箱接口和回传以及安全接口。 在 ASIC 中集成 FPGA 功能可使 5G 设计所面临的一些挑战得以解决。与独立 FPGA 相比，在 SoC 中集成 eFPGA 功能可以提供一种更低成本的解决方案，因为设计人员能够只选择嵌入所需的资源，同时减少了电路板面积、增加了封装和 I/O 。在与 CPU 和 DSP 资源紧密耦合的 SoC 上进行集成，可提供更高的带宽、更低的延迟和更低的功耗，同时还能随着规格的变化对已部署的设备进行实时现场升级，从而提高灵活性。 图 7 ： 5G Advanced ：用于异构计算加速的 eFPGA IP 和 FPGA 在上图中，红色方框说明了如何使用 Achronix eFPGA 和 FPGA 技术将灵活性集成到全新的 RU 、 DU 和 CU 设计中，其实现方式既可以是一个独立的器件、单片 SoC ，也可以在 chiplet 设计中作为其中一颗晶粒被封装在多芯合封模块中。 对于 CU 和核心 RAN 应用，可以使用一个或多个 FPGA 来支持非常高的数据速率和计算密度，以帮助服务器卸载各种面向特定的网络和无线电的工作负载。 Achronix 正在与该领域内的许多伙伴进行合作，他们正在开发有针对性的解决方案。 Napatech 和 Accolade 等公司正在开发面向智能网卡（ SmartNIC ）的 FPGA 半导体知识产权（ IP ）。这些 SmartNIC 可用于多种不同的 5G 需求，包括用于基于 vRAN 部署的 DU 。由此产生的设计包括用于网络、 PDCP 、安全（空中接口和回传）、 OVS 和 L1 卸载的技术。未来，这些解决方案很可能还将用于多接入边缘计算的机器学习推理，特别是无线电应用。 上图中的红色单元代表了 RU 和 DU 中的 eFPGA 功能，以及如何将一个或多块嵌入式 FPGA （ eFPGA ）逻辑块与 CPU 、 DSP 和存储子系统一起集成到 SoC 设计中。 在 SoC 上集成 eFPGA eFPGA 是集成到定制 SoC 或 ASIC 中的内核。该 IP 可以通过购买授权获得并使用，这类似于半导体设计中使用的其他 IP 。与独立 FPGA 的设计过程不同， eFPGA 设计人员可以根据其客户应用的需要，选择确切数量的逻辑、 DSP 和存储资源。在进入大批量生产时， eFPGA 还可通过取代独立的 FPGA 来降低系统成本、功耗和电路板面积。 Speedcore™ eFPGA IP 架构包含了许多架构性增强功能，可显著提高性能、降低功耗并缩小芯片面积。在选择 Speedcore eFPGA 时，设计人员可以选择架构性单元的最佳组合，包括： l 逻辑 – 6 输入查找表（ LUT ）及集成广泛的 MUX 功能和快速加法器 l 逻辑 RAM – 对于 LRAM2k ，每个存储块容量为 2 kb ；对于 LRAM4k ，每个存储块容量为 4 kb l 块 RAM – 对于 BRAM72k ，每个存储块容量为 72 kb ；对于 BRAM20k ，每个存储块容量为 20 kb l DSP64 – 每个单元块上带有 18 × 27 乘法器、 64 位累加器和 27 位预加器 l 机器学习处理器（ MLP ） – 每单元块上有 32 个乘法器 / 累加器（ MAC ），支持整数和浮点格式 在基于 SoC 的设计中集成 eFPGA 功能是一种理想的方式，可以提供一个灵活的、可扩展的平台，以最大限度地提高 RAN 设计性能，同时仍能满足这些新设计严格的功耗目标。集成 eFPGA 技术可以在提供独立 FPGA 所具有的优势之外，还可以提供一些额外的优势： l 与 CPU 或 GPU 方案相比，在相同的计算能力下，这些基于 eFPGA 的设计的功耗更低，并可灵活地增加和更改功能。 l eFPGA 的可重新配置特性提供了灵活性，以满足不断演进发展的标准，并可对已部署在现场的设备进行更新 l 一个低延迟、高能效、高度灵活的 eFPGA IP 块可以在多个 SoC 设计中重复使用 将 FPGA 功能与 CPU 、 DSP 和存储子系统紧密耦合也带来了优势。独立的 FPGA 芯片是通过它自己及其他芯片上集成的高速 SerDesS/PHY 与它们相连，它们都需要消耗电能。将 eFPGA 集成到 SoC 中，就可以消除设计中两侧芯片对 SerDes 接口的需求，并且只需要部署您实际需求所需的功能，因而在芯片面积上也当然有所节省。 设计人员可以选择集成单个或多个 eFPGA 实例，它们可以被集成在一颗 SoC 中的任何地方，其大小可以从几千个 LUT 扩展到几十万个 LUT 。这些 eFPGA 实例可以与 CPU 子系统紧密耦合，以高效地利用共享缓存和存储子系统来执行高性能、低延迟的任务。例如， Arm 提供的可 CHI-E 总线作为其架构的一部分，支持一致的网状互连，从而支持一些应用程序将 CPU 上的高负载卸载到 eFPGA 单元块中进行专项处理。 图 8 ： 使用 eFPGA 来满足 ASIC/SoC 中的 5G Advanced 功能： RU 、 DU （和 CU ）实现 Speedcore eFPGA 技术已经过量产验证。我们的客户已经为这些类型的应用提供了超过 1000 万个搭载该 IP 的器件，它们已被用于各种功能，包括支持 eCPRI 连接、后传和安全接口、用于数字预失真适应的无线电数字前端（ DFE ）算法功能卸载、波束形成卸载以及带有 Split L1 （ I/FFT 、 RACH 、 LDPC 等）的基带重新分隔。 eFPGA 作为 5G NR 功能的加速器 Achronix 的目标是使用 Speedster® 独立 FPGA 芯片和 Speedcore eFPGA IP 技术来满足 5G-A 和 6G 的需求。 Achronix 与合作伙伴一道致力于开发各种解决方案，以应对影响 5G 发展所面临的当前和长期趋势。 Achronix 的技术可以提供的一些优势包括： l 用于加速各种 5G 工作负载的高性能架构 ——Achronix 为每种功耗 / 面积预算提供高性能的解决方案，并支持 FPGA 和 eFPGA 技术以卓越的能效加速工作负载。 l 多样化的解决方案和生态系统 ——Achronix 支持设计人员可以自由地紧密耦合定制加速器，并为基于 eFPGA 和 FPGA 的环境提供补充操作。 Achronix 生态系统包括了广泛的合作伙伴，共同推动包括 eCPRI 、无线电卸载和芯片到芯片（ C2C ）互连等 5G 功能创新。 l 可从云扩展到无线电接口 ——Achronix 解决方案提供了为服务器卸载工作负载所需的性能，包括适用于 5G 应用的 FPGA SmartNIC 设计，以及通过 eFPGA 扩展性能来满足 RAN 中的吞吐量和功耗需求。此外，该架构可在其间的所有的点上进行扩展。 本文重点介绍了 5G 演进发展过程中面临的主要挑战： l 数据处理 —— 为实现更高的频谱效率并满足端到端的延迟要求， 5G RAN 需要在数据处理中执行更复杂的算法。在考虑这些算法的需求时，重要的是要在硬件和软件任务之间找到适当的平衡，以便系统达到其性能、功耗和成本的目标。对于从 CPU 子系统中卸载工作负载， eFPGA 是一种理想的选择。 l 部署场景—— 一种给定的 RAN 所支持的特定应用场景对整个系统有很大的影响，因为每个应用场景（ mMTC 、 eMBB 、 URLLC ）都有其独有的特点。一种方案可能不适用于所有场景。决定如何在不同的设备之间划分网络功能以支持给定的应用场景集可能会影响 RAN 设计。 l 无线电和频谱 —— 5G 使用更多的频谱，设备在低频段（低于 1 GHz ）、中频段（ 1 GHz 至 2.6 GHz 或 3.5 GHz 至 8 GHz ）和高频段（ 24 GHz 至 40 GHz ）运行。每个频段对边缘性能、容量、速度和延迟都有自己的一组要求。随着新的频谱资产可用，这些不同的要求需要由 RAN 系统来满足。 l 供应链和生态系统 —— 5G 正在以多种方式颠覆供应链。一些计划旨在减少对供应商的依赖，同时专有和开放软件平台的可用性也在日益增加。基础设施的支持等级也因地区而异。原始设备制造商（ OEM ）可能需要重新评估和修正他们的生态系统合作伙伴关系。 l 新兴标准 ——对 5G 标准演进的投资规模是巨大的，以支持新的应用场景和附加功能。特别是 Rel-17 和 Rel-18 将支持许多新的应用场景。除了 3GPP ，还有一些独立的行业组织，如电信基础设施项目（ TIP ）和 Open RAN 联盟（ O-RAN ），他们正在致力于 5G 运营和部署方面的工作。越来越多的人倾向于将 O-RAN 联盟作为推动接口规范发展的关键行业组织。 总结 无线接入网和 5G 网络分层结构将发生变化。将设备形态从今天的基带和无线电功能分散到单独的盒子中，将要求功能可能位于网络的多个不同部分，以支持不同的可选 split 项。未来，移动网络运营商将需要使用切分技术动态地划分网络功能。随着整个网络功能的虚拟化，使用运行在商用标准化（ COTS ）服务器上的容器化和虚拟化功能将变得非常普遍。然而， 5G 的成功取决于实现灵活的、可扩展的平台，其功耗、吞吐量和延迟是支持 L1 和天线中大规模 MIMO 的关键，尤其是在 RAN 中。在网络分层结构中，边缘计算等新功能将需要把机器学习功能推向更靠近无线电接口的位置。带有 CPU 和 DSP 功能的可扩展、异构 SoC 架构，加上其可将工作负载卸载到 FPGA 和基于 ASIC 、 SoC 、 ASSP 的 eFPGA 上的加速能力，将因为可满足近期和中期的 5G 规范变化而被广泛采用。 总之， eFPGA IP 是应对这些新设计挑战的关键要素，这是因为它具有可扩展功能，用以满足 3GPP R17 和 R18 即 5G Advanced 和 6G 中的新规范，以及实现 一些尚未可知的功能。

又是一年 5 月 17 日“世界电信与信息社会日”，从 1844 年电报开始用于公众通信，到 1969 年 5 月 17 日，国际电信联盟（ ITU ）在其第二十四届行政理事会上正式通过决议，把 ITU 的成立日—— 5 月 17 日定为世界电信与信息社会日（最初为世界电信日），直到今天 5G 在全球各地得到广泛应用，业内持续不断的创新推动了通信技术的发展，并给我们工作和生活的方方面面带来了巨大的变化。 致力于以创新驱动发展的比科奇（ Picocom ），很高兴能够在今天与电信运营商、设备制造商、终端制造商、增值服务提供商和我们的产业生态伙伴一起，以我们实实在在的技术创新共同庆祝今年的世界电信与信息社会日。在去年年底， 5G 小基站基带芯片 PC802 一次流片成功，今年又发布了其配套的物理层软件，我们及生态伙伴们正在加速研发和生产可带来更高性价比和高能效的 5G 小基站产品。 今年 ITU 世界电信与信息社会日的主题是：数字技术关爱老龄人士及其健康， 5G 技术正在其中扮演重要的角色 和前几代移动通信技术演进给社会发展带来的推动效应一样， 5G 作为新一代备受瞩目的移动通信技术，不仅仅给人们带来了更高的网速或者更大的带宽，而且是满足万物互联和泛在智能的一代技术，其具有跨时代意义的增强移动宽带、超高可靠低时延通信和支持海量机器通信的特性，给人们的生活带来更多美好，也将通过对智能物联应用的支持而孵化出许多创新的商业模式。 但是和前几代移动通信技术演进不同的是，小基站将在 5G 部署中发挥更大的作用并占有更高的部署比例，其原因或者说推动变革的动因是多样的。从市场需求上看，无论是自动驾驶中车到基础设施（ V2X ）体系，还是智能制造或者智慧矿山等工业场景，亦或是办公楼宇或者高密度住宅等热点地区中的元宇宙似的办公和娱乐，都在拉动 5G 小基站进入市场并高效、便捷和灵活地支持相关场景中的应用。 比科奇（ Picocom ）推出的用于 5G 小基站的 PC802 基带芯片 另一方面，通过厚积薄发的创新和半导体技术的演进，也为开发出具有更高集成度、更高性价比、更高灵活性和更高能效的 5G 小基站提供了支撑。以比科奇的 PC802 基带芯片为例，它通过架构创新和采用先进的工艺，用一颗芯片就实现了以往需要多块 FPGA+CPU 芯片才能完成的物理层功能，极大降低 5G 小基站复杂度、成本和功耗，并无缝支持一体化小基站和分布式小站，同时支持 4G 、 5G 双模工作，还支持 3GPP R15 和 R16 并为后续演进预留了空间。 更具意义的是，这种基于场景的市场需求与比科奇等公司推动的技术创新相结合，正在催化新的化合反应，从而给整个移动通信产业链带来机会，并最终使消费者受益良多。对于运营商而言，高性价比和高灵活性小基站的出现与宏基站部署配合，将使他们第一次拥有了根据应用场景为客户提供定制服务（基站组合）的能力。而更多的通信设备制造商也可以利用自己对特定场景的理解，为运营商及各类应用需求量身打造通信系统。 1969 年 5 月 17 日， ITU 与会员庆祝首个世界电信日发行的海报 正是因为这些令人兴奋的进展，以及运营商和设备制造商正在如火如荼进行的 5G 小基站首轮招标测试，使得今年的世界电信与信息社会日更有意义。在今年 2 月末我国部署的 5G 基站总数超过 150 万个以后，运营商正将更多的精力转移到细分场景的覆盖上。小基站一方面作为宏基站的补充，有效增强室内深度覆盖，另一方面深入垂直行业的应用场景，发挥 5G 小基站对社会经济发展的促进作用。 深入应用、执着创新和建设生态是比科奇发展的支柱，创建四年以来，通过秉承这样的发展理念，比科奇的 PC802 芯片一经推出就迅速得到国内外数十家小基站开发企业的青睐。比科奇也与多家客户签署了授权协议，利用 PC802 开展 5G 小基站研发活动。在上周，我们获知 PC802 芯片入选了全球小基站论坛（ SCF ）的 2022 年度 “ 小基站网络芯片及组件杰出创新金奖 ” 候选名单，这是业界对比科奇和 PC802 芯片的极大肯定。 2019 年 5 月 17 日， ITU 及会员庆祝世界电信与信息社会日 50 周年发行的海报 比科奇专注于移动通信小基站基带芯片及相关物理层软件的设计和研发，其设计团队在 3G 、 4G 、 5G 小基站芯片和基带（物理层）软件开发方面有着近 20 年的开发经验，并在全球范围内为其客户提供了完善的解决方案和技术支持。今天，海内外的 5G 小基站厂商正在基于我们已经量产的 PC802 芯片和解决方案，在运营商的指引下只争朝夕地开发端到端的 5G NR 开放式小基站系统，在此感谢他们为我们比科奇团队带来了一个极富意义的世界电信与信息社会日。

随着移动通信技术的发展，在传统“短距离”物联网技术的基础上，涌现了很多“长距离”物联网技术，给行业带来了一阵春风。这些新兴物联网技术中，我们介绍最多的，就是NB-IoT和LoRa。作为最受追捧的物联网技术，NB-IoT的火热程度毋庸置疑。其实，除了它俩之外，还有一项技术，应用也很广泛，曾经一度被认为会三分天下有其一。“万物互联”是一块巨大无比的蛋糕。为了瓜分这块蛋糕，很多企业都迫不及待的参与物联网技术的研发中。行业里也陆续出现了各种各样的物联网技术标准，令人眼花缭乱。 从总体上来看，物联网技术被分为两个大类：WLAN物联网和蜂窝物联网。 WLAN物联网 ，以Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、Z-wave为代表。 蜂窝物联网 ，以NB-IoT、eMTC、LoRa、Sigfox为代表。 它们之间的区别，主要在于功耗和距离。有点类似于手机上网，用Wi-Fi，还是用数据业务。以前的物联网，是WLAN物联网技术的天下，但是，这几年，蜂窝物联网技术崛起，抢尽了风头。 蜂窝物联网技术，也属于LPWA技术（Low Power Wide Area，低功耗广域网）。 LPWA技术，覆盖距离更远，功耗更低，安全性和可靠性更高，更能满足行业需求。 LPWA的定位：远覆盖、低速率 在蜂窝物联网里面，又分为若干个阵营。 目前通信行业最大的派系——3GPP组织（3GPP是什么？），就是其中的阵营之一。 eMTC和NB-IoT，都是3GPP推出的技术标准（互怼技术：QQ群：123242102） 确切地说，在3GPP规范中，有三种关于物联网的无线连接技术，分别是NB-IoT、eMTC、EC-GSM。EC-GSM是基于GSM（2G）技术的，现在基本上不关注了。所以，重点就是NB-IoT和eMTC。 NB-IoT和eMTC又是怎么来的呢？ 话说，作为LTE的缔造者，3GPP组织一直将物联网作为LTE的重要演进方向。 早在2008年，LTE的第一个版本R8（Release 8）中，除了有满足宽带多媒体应用的Cat.3、Cat.4、Cat.5等终端等级外，也有上行峰值速率仅有5Mbit/s的终端等级Cat.1，可用于物联网等“低速率”应用。 注意！这里的Cat并不是猫的意思，是Category的缩写，“种类，分类”的意思。Cat.X说的就是UE-Category，UE是用户设备（User Equipment ）。Cat.X这个值就是用来衡量用户终端设备无线性能的，说白了就是用来划分终端速率（等级）的。 在LTE发展初期，Cat.1并没有被业界所关注。随着可穿戴设备的逐渐普及，Cat.1才逐渐被业界重视。但是，Cat.1终端需要使用2根天线，对体积敏感度极高的可穿戴设备来说仍然“要求过高”（一般只配备1根天线）。所以，在R12/R13中，3GPP多次针对物联网进行优化。 首先是在R12中增加了新终端等级Cat.0，放弃了对MIMO（多天线）的支持，简化为半双工，峰值速率降低为1Mbit/s，终端复杂度降低为普通LTE终端的40%。这样一来，初步达到了物联网的成本要求。但是，虽然Cat.0终端的信道带宽降至1.4MHz，但射频的接收带宽仍为20MHz（太大）。于是，3GPP在R13中又新增Cat.M1等级的终端，信道带宽和射频接收带宽均为1.4MHz，终端复杂度进一步降低。而Cat.M1，也就是我们的eMTC，这就是eMTC的来源。 此外，3GPP在R13中同时新增了一个Cat.NB-1，它的接收带宽仅180kHz。 这个 Cat.NB-1，就是我们的NB-IoT。 说了半天，还没介绍eMTC的全名呢。 eMTC的全名有点长，是enhanced Machine-Type Communication，增强型机器类型通信。（在之前的3GPP R12版本，叫做Low-Cost MTC） 它还有一个名字，叫做LTE-M，LTE-Machine-to-Machine，LTE-机器到机器。也就是说，是机器之间用LTE通信，非常直白了，适用于物联的LTE网络。搭车说一下，Machine-to-Machine通常简写为M2M，大家可能也听说过。eMTC和NB-IoT都是3GPP这一个妈生的，所以算是兄弟俩。这兄弟俩也确实很像，到底有多像？可以看下面这个图： 看得出来，大部分都是一样的，只有若干处区别（见黄色部分）。相同点我们就不说了，广覆盖、低功耗、低成本、大连接，之前介绍NB-IoT已经说过很多了。 重点说说eMTC的差异化特色。 概括起来说， eMTC相比NB-IoT，有五个优势：（骚扰领样品，公众号： OneMO2019 ） 一是速率高 之前我们说NB-IoT，总是会说，为了保证低功耗，所以速率很慢。但是eMTC不一样，它支持上下行最大1Mbps的峰值速率。请不要小看这个速率，在保证覆盖和功耗的基础上，能达到这个速率已经很不错了。这个速率，足以支撑更丰富的物联应用，如低速视频、语音等。 二是移动性 NB-IoT的移动性差，只支持重选，不支持切换。所以，它一般都用于不怎么需要动的领域，例如水表电表及路灯井盖。但eMTC不同，它支持连接态的移动性，物联网用户可以无缝切换，保障用户体验。因此，eMTC更适用于智能手表这样的可穿戴设备。 三是可定位 基于TDD的eMTC，利用基站侧的PRS测量，在无需新增GPS芯片的情况下就可以进行位置定位。这样一来，更有利于eMTC在物流跟踪、货物跟踪等场景的普及。 四是支持语音 没错，这货竟然支持语音，而且支持VoLTE。因此，eMTC可被广泛应用到紧急呼救相关的物联设备中。 五是支持LTE网络复用 eMTC可以基于现有LTE网络直接升级部署，和现有的LTE基站共站址共天馈。省钱才是硬道理。eMTC利用这个优势，可以实现低成本的快速部署，有利于运营商抢占市场先机。 当然，eMTC也不是每个方面都强于NB-IoT，在覆盖能力和模组成本方面，eMTC是不如NB-IoT的。所以，在具体的应用方向上，如果对语音、移动性、速率等有较高要求，则选择eMTC技术。相反，如果对这些方面要求不高，而对成本、覆盖等有更高要求，则可选择NB-IoT。具体来说，像智能物流、楼宇安防、可穿戴通话等设备，就适合采用eMTC技术。 其实，在两者诞生之初，竞争关系更为激烈。对于选择哪种网络制式，业内一直争执不休。这种争论一直持续到2017年6月。在3GPP第76次全会上，业界就移动物联网技术（包括NB-IoT和eMTC）Rel.15演进方向达成了相关共识：不再新增系统带宽低于1.4MHz的eMTC终端类型；不再新增系统带宽高于200KHz的NB-IoT终端类型。说白了，就是彻底划分开了NB-IoT和eMTC的应用界限，术业有专攻。在那之后，两者才转为了混合组网、差异化互补的合作关系。 那eMTC在实际市场应用中，又是怎样的进展呢？ 在具体的商用市场上，相比于NB-IoT的高调而火热的发展，eMTC是非常低调的，至少国内市场如此。国内三大运营商，电信和联通早早地确定了在NB-IoT上的决心，并行动迅速，取得了很大的进展。但是在eMTC方面，两家就比较“淡定”了。中国联通表示会适时部署，实际上并没有明确的发展时间点，有点打太极的味道。中国电信方面，也是观望的态度，官方口径是“根据标准、产业成熟情况，适时引入”。中国移动方面其实应该对eMTC更为敏感，因为eMTC支持TDD网络（移动没有FDD牌照），但实际上，移动也是举棋不定。 中国移动虽然已在多个城市进行eMTC网络的小范围部署和验证，但没有在公开场合公布它的eMTC计划，非常低调。说白了，还是因为牌照的原因，所以中国移动采取了脚踩两只船的策略，以发展NB-IoT为主、同时顺顾eMTC技术。相比之下，以欧美日运营商为代表的海外市场，对eMTC就热情多了。 早在2017年年初，AT&T (美国和墨西哥)、KPN (荷兰)、 KDDI (日本)、NTT DOCOMO (日本)、Orange (欧洲、中东和非洲)、Telefonica (欧洲)、Telstra (澳大利亚)、TELUS (加拿大) 和Verizon (美国) 就联合宣布支持eMTC的全球部署。尤其是美国的AT&T和Verizon，都在2017年宣称部署了国家级的eMTC网络。 总而言之，虽然 解读eMTC物联网，和NB-IoT有什么关系？ 目前在国内的发展并没有像NB-IoT一样风风火火，但是，作为一项有自己独特优点的物联网技术，我们应该对它有更多的关注和重视。占据了标准优势的eMTC，在未来的市场竞争中，肯定会有更大的作为。 感谢本文作者：小枣君 对eMTC物联网，和NB-IoT关系的解读

  【搜狐IT消息】9月4日消息，在中移动高层提出“五大希望”，呼吁业界共建TD-LTE之际，搜狐IT从相关渠道获悉，TD-LTE标准化工作提速，标准化组织3GPP 即将结束LTE-Advanced Release 11(R11)标准编制工作，并将于今年9月份启动Release 12(R12)的标准化工作。据3GPP标准化专家称，“R12将是LTE-Advanced的里程碑版本，以应对移动互联网时代严峻的容量和覆盖问题。” 　 　TD-LTE提升网络整体利用效率 　　随着世界各地的移动运营商如火如荼地建设LTE网络，LTE新技术演进的标准化工作也快马加鞭、一路高歌。 　　据介绍，相比此前的R11版本，R12最大的亮点是提出了针对热点/室内覆盖的LTE-Hi(LTE Hotspot/indoor)。随着各种智能终端的普及，数据流量将发生井喷式的增长，而统计数据表明，由于人们的使用习惯等因素，80%以上的数据流量发生在热点地区和室内地区。因此，如何解决热点/室内覆盖，是运营商在移动互联网时代面临的重要挑战。中国移动联合合作伙伴适时提出TD-LTE-Hi，将致力于解决这一问题。TD-LTE-Hi通过采用新频段类型、高阶星座调制、增强MIMO等技术，大幅提高系统容量，以满足热点/室内覆盖的流量需求。 　　专家称，“针对移动互联网业务类型多样化、用户需求多、流量变化快等特点，TD-LTE-Advanced R12将深入研究TDD制式下的动态上下行时隙配比，实现上下行时隙比例根据实际业务需求实时地灵活配置，从而满足不同时刻的网络流量需求，提高网络整体利用效率，这是LTE FDD制式难以实现的。” 　　 中国移动推动TD-LTE提速 　　据了解，基于波束赋型的智能天线技术是中国自主创新的3G标准TD-SCDMA及其演进技术TD-LTE的重要技术特征，其优越性能在实际应用中已经得到充分验证。在TD-LTE-Advanced R12中，将原来的二维(2D)天线阵列拓展成为三维(3D)天线阵列，形成新颖的3D-MIMO技术，支持多用户波束智能赋型，提高信号强度，减少用户间干扰，进一步改善无线信号覆盖性能。 　　多点协作通信(CoMP)经过R10、R11阶段性的讨论，将在R12中继续增强。随着无线基站部署越来越密集，宏基站、微站、Femto、中继等各种站型组成分层网络，基站间的干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素。通过引入协作技术，化干扰为有用信号，将极大改善小区边缘地区的覆盖性能，特别是TD-LTE系统特有的上下行信道互易性，可以更有效地发挥CoMP技术优势，确保TD-LTE技术的领先性。 　　早在今年5月上旬，在中国移动倡导下，全球数十家运营商、网络设备供应商、终端厂商齐聚北京，就TD-LTE-Advanced R12发展和演进进行探讨和展望，各方在多项关键技术上达成共识，为后续标准化工作奠定了坚实的基础。 　　从3G时代三分天下有其一，到TD-LTE的三分天下有其二，中国移动将继续引领TD-LTE发展，在TD-LTE-Advanced的标准化工作中充分发挥自主创新的作用。中国移动有关人士在接受搜狐IT采访表示， TD-LTE作为自主创新，中国移动已经迈出了第一步。完成了2万个基站，到明年年底就将达20万个TD-LTE基站。预期未来三年TD-LTE部署速度将逐步加快，初步估计“2014年，全球TD-LTE基站达到50万个，覆盖人口超过20亿”。(毛启盈)     也可进入我们的官方网站或博客查看更多。 如果您对WIZnet的产品或是技术感兴趣，请随时与我们联系。 可以直接留言或登录WIZnet官方网站：http://www.iwiznet.cn 公司微博是： http://weibo.com/wiznet2012 公司博客是：http://blog.iwiznet.cn/

高级无线调制解调器解决方案与平台供应商 瑞萨通信技术公司（Renesas Mobile Corporation，以下简称“瑞萨通信技术”）和台湾安立知股份有限公司（Anritsu，以下简称“安立知”）共同宣布，双方通过在认证方面的业界领先合作开发并验证了多输入多输出（MIMO）测试案例，这些测试案例已经获得3GPP（RAN5）认可。尽管MIMO已被用于网络，一些初期产品也已推出，但目前并没有官方认证要求来确保MIMO技术的互操作性和一致性优势。这项MIMO测试案例以增加信息传输量为目的，有助于使用者缩短MIMO认证系统的开发周期。 测试案例的验证一直以来都是瑞萨通信技术调制解调器团队的长期关键竞争优势，而瑞萨在收购诺基亚(Nokia)无线调制解调器事业前，诺基亚(Nokia)也已经与测试系统制造领导厂商安立知以及其他相关公司密切合作，建立了不少3GPP测试案例。安立知也是第一家使用MIMO测试案件，并且通过资料与讯号发送认证的测试系统制造商。使用测试案例是瑞萨通信技术开发流程的一项主要特点，它可通过确保客户从相关测试案例的行业投资中获得最大好处来加快产品审批速度，从而让我们的客户能够更加快速地向市场推出产品。瑞萨通信技术的产品支持MIMO和DC-HSPA+。 瑞萨通信技术公司高级副总裁Heikki Tenhunen说：“自投身诺基亚无线调制解调器业务之日起，我们在认证方面的业界领先合作一直就是我们产品开发方法的核心。我们的用户可以从更快的审批速度中受益，还能够为运营商保证手持式器件的质量和成熟度。” 安立知公司RD总监Mike Lee 说：“与领先调制解调器团队合作意味着，我们已经能够率先推出先进且复杂的测试案例。安立知灵活且特性齐全的系统向业界证明了新特性（如MIMO）的合规性，加快了芯片集制造商的供货速度。”     关于台湾安立知股份有限公司 台湾安立知股份有限公司（Anritsu，以下简称“安立知”，www.anritsu.com）是创新型通信解决方案供应商，拥有110多年的历史。本公司的测试与测量解决方案包括在RD、生产、安装和维护过程中可以使用的无线、光学、微波/RF和数字仪表、运营支持系统与解决方案。安立知还提供面向通信产品与系统的精密微波/RF元件、光学器件和高速器件。通过推出OSS监控解决方案，扩展了产品范围，从而为现有的和新一代有线与无线通信系统及服务提供商提供全面的解决方案。安立知的产品销往90多个国家，拥有近4000名员工。 关于瑞萨电子株式会社   瑞萨电子株式会社（TSE：6723），是全球首屈一指的微控制器供应商和高级半导体解决方案的首选供应商，产品包括微控制器、SoC解决方案和各种模拟与功率器件。2010年4月，NEC电子公司（TSE：6723）和株式会社瑞萨科技合并成立了瑞萨电子株式会社，公司业务覆盖了面向各种应用的研究、开发、设计与制造。瑞萨电子株式会社总部设在日本，在全球20多个国家均设有分公司。欲了解更多信息，敬请访问网站：www.cn.renesas.com。