導言

　　在過去的20年中，手機已實現了爆炸式增長，成為我們日常生活中的一個重要部分。至始至終，ARM都是手機的核心部分，在支持日益復雜功能的同時一直致力于通過行業領先的低功耗來延長電池壽命。

　　智能手機的復雜性尚未得到充分的認識，通常而言，智能手機都擁有10個以上基于ARM的處理器，負責處理觸屏、感應處理器、定位、照相、圖形、應用程序等功能以及不斷增長的大量連接功能，如Wi-Fi、藍牙和LTE。

　　隨著無線通信行業為下一代移動寬帶設備的標準化而升級，即實現所謂的“5G”， 本白皮書將探討這對于技術、挑戰和使用案例來說意味著什么。我們將重點關注基于ARM Cortex-R8的實時處理器將如何為我們帶來多兆比特（multi-Gigabit）的新產品，同時仍以低功耗作為設計核心。

　　快速移動寬帶革命

　　隨著移動寬帶的持續變革，我們看到新的使用案例正不斷涌現。5G的出現將繼續推動一直處于聯網狀態且相互連接的世界，同時反過來改變人類同世界交互的方式。同多兆比特服務一樣，5G也承諾支持低吞吐量、能量受限的設備或所謂的“Massive Machine-Type Communications” （mMTC）。我們看到如今LTE中出現了MTC，其標準包括LTE Cat-0和NB-IOT，這兩個標準都保證為5G奠定基礎。

　　談及5G，人們腦海中首先想到的就是移動設備。如今智能手機的體驗已經夠復雜的了，那么隨著5G的來臨，手機又有什么不一樣的地方呢？如今討論5G標準的一些提議大多圍繞網絡效率，主要關注如何處理移動數據的絕對值和需求。千兆位級服務將允許消費者在近乎瞬間內完成數字化內容下載，而超低延時連接可使諸如VR 和AR服務、新型的汽車應用皆成為可能。

　　在傳統手機之外，我們將5G視為一個重要技術，能夠促成更多的額外服務。5G將讓遠程醫療變成現實，允許內科醫生和醫療保健工作者通過連接5G的設備遠程管理病人，這是普及醫療保健和身心健康的真正機會。

　　低碳經濟可能是未來十年內實現發達世界的最大挑戰之一。高效可靠無線互聯網的廣泛利用將有助于實現低碳經濟，因為這可以保證效率并促成更高程度的控制和融合。從管理智能街道照明、遠程排放監控、公共交通到公共信息，5G將為我們的日常生活帶來無限可能。就連5G網絡體系結構本身也要求降低功耗，這同時可為移動運營商降低運營成本，并極大地降低碳排放。

　　5G不僅僅能夠在家里家外，還能在開車時為我們帶來全新體驗。5G被視為“超越移動互聯網”的技術。其高性能和低延遲的特點，使其能夠以傳統4G/WiFi服務難以企及的方式進行推廣。互聯汽車或自動駕駛被視為非常需要高可靠、低延遲無線連接的重要領域，用于例如安全和防碰撞。

　　使下一代設備成為可能

　　頻譜是一個寶貴的資源，而過去十年間隨著移動業務需求量的激增，對無線電頻譜的需求也隨之增長。以前我們認為無線電頻譜分為“塊”或“媒介物”，可以應用于不同領域，例如電視、Wi-Fi、藍牙或手機。監管者，例如美國的聯邦通信委員會（FCC）和英國的通信管理局（OFCOM））按區域分配頻譜以用于不同領域。

　　在手機出現的早期就相對簡單，分配幾塊頻譜（通常以拍賣的方式進行）以提供主要以語音為基礎的服務，這從其本質上而言只會消耗很少量的頻譜。在過去十年內，隨著智能手機的出現，這一情形不復存在，而且頻譜越來越多地被用于移動寬帶業務。一般而言，提供給用戶的吞吐量越高，為此服務而使用的頻譜也越多。如果你也將這一數字乘以用戶數，你很快就會發現移動數據供不應求，而傳統意義上的頻譜分配沒有跟上這一變化。

　　認識到這一點之后，我們整個行業要如何跟上變化、提供移動寬帶體驗，而這對未來十年的手機技術挑戰又意味著什么呢？

　　外加先進無線技術的載波聚合（稱為MIMO）被用于幫助緩解壓力并提供更高效的服務。從3G系統到LTE，我們看到數據速率不斷增加，盡管這部分成果來源于更復雜的調制和MIMO技術，但是吞吐量的增加主要受益于載波聚合的進步，使得更高效利用碎片式頻譜成為現實。

　　授權頻段是頻譜的一部分，其使用也存在特定的局限性；例如：某塊頻譜可能僅限于手機業務使用并分配給某個特定的手機運營商。授權頻段的優勢在于運營商可以完全控制該部分的頻譜，這樣就可以管理服務質量并提供相應的服務。授權頻段的局限性在于其是一種始終寶貴的資源，無法滿足移動數據不斷增長的需求，無法滿足快速增長的用戶群體的要求。為了克服這個局限性，運營商越來越關注他們如何可以將未授權頻段和既有的授權頻段服務結合起來。我們越來越多地看到將未授權頻段納入到載波聚合，這樣設備可以同時使用授權頻段（通常作為一個控制通道）和未授權卸載，如：用于諸如Wi-Fi和新興的LTE未授權技術。第三代合作伙伴項目（3GPP）內許多LTE標準所剩的優勢集中關注這些未授權卸載技術的管理。

　　5G擁有良好的前景，但是其標準尚未確立。正如我們在前一節所看到的，如果處理得當，那么5G將開啟未來20年數字化服務的發展，為我們的日常生活帶來全新，并且更強大的用例。

　　5G的核心將帶來全新的調制算法和日益復雜的MIMO技術，從而最大化寶貴頻譜資源的使用效率并提供較早期LTE性能50倍的吞吐量。5G概念也包括一個很寬波段的頻帶，遠遠超出我們如今在LTE中看到的頻帶，原因在于使各頻段間的接入技術實現和諧，并且在努力增加下一代服務的容量的同時實現效率的最大化。從提供廣域服務的sub GHz頻段到如今Wi-Fi廣泛使用的區域性GHz頻段，我們將看到5G應用于范圍廣泛的部署情景。進一步來講，5G能夠支持30Hz以上的至今未充分利用的mm波段。這些波段能夠提供與5G相關的數千兆比特每秒（multi-Gbps）吞吐量。mm波段的缺點之一包括：我們只可以期待設備在“視線”和基站幾十米之內工作，這在本質上將為部署帶來挑戰。

　　所以，這一切對智能手機的未來都意味著什么呢？尤其是對調制解調器基帶加工的未來意味著什么呢？回顧這些趨勢，我們注意到，SoC設計者在滿足以下新要求時也面臨這三個主題：

　　數據速率持續上升，我們有望看到在不久的將來以LTE為基礎的多兆比特服務，5G的吞吐量可能可以高達10至20Gbps。

　　載波聚合的大量增加。吞吐量和網絡容量最終由日益復雜的載波聚合提供。該聚合讓手機調制解調器處理器具有高運算復雜度，因為其為多個并聯無線接入承載服務。該主題將持續成為LTE技術（LTE高級Pro）和5G技術進化的關鍵。

　　為持續推動功效和手機電池壽命的最大化。由于引進了新的接入技術，新的技術無法就用戶體驗做出妥協，因為這樣的手機調制解調器需要將功效作為其設計的關鍵。

　　正如我們將在本白皮書下文內容看到的一樣，ARM Cortex-R8有助于設計者能夠滿足以上需求，在兼顧上一代諸如3G和LTE等技術的反向兼容性和傳統支持的同時，繼續成為當前多模設備的必須。

　　介紹Cortex-R8，下一代移動寬帶的關鍵

　　Cortex-R8處理器是自ARM以來最高性能嵌入式實時處理器。該處理器采用成熟技術，但是將性能表現提升到新高峰。處理器流水線采用了許多ARM技術，用以開發最高性能的應用處理器，并使這些處理器提供最高性能的同時，滿足強實時（hard real-time） 的要求。