在 5G 商業(yè)化方興未艾之際，對于 5G 能給我們這個日益互聯(lián)的世界帶來哪些影響，人們充滿憧憬。事實上，隨著 5G 技術得到更廣泛的部署，今后十年我們預計將看到消費者、企業(yè)和經濟的面貌被 5G 功能重塑一新。盡管擁有這樣的變革潛力，但性能、功耗、覆蓋、成本等問題仍然是橫亙在 5G 網絡部署和應用之路上的絆腳石。

應對重重挑戰(zhàn)

著眼于性能，中頻段上低于 6GHz 的大規(guī)模 MIMO 無線電（32T32R 和 64T64R）是全球各地的波束中心 5G NR 部署的主導形態(tài)。雖然現(xiàn)場結果已經體現(xiàn)出令人振奮的改進，特別是在下行鏈路吞吐量方面，但性能始終低于預期。此外，功耗、覆蓋和成本等其他問題也亟需解決。除此之外，對于處在蜂窩邊緣的 UE 來說，上行鏈路的性能一直欠佳。

運營商和系統(tǒng) OEM 廠商已從第一階段的 5G NR 部署中學習到寶貴經驗，正在對新一代 5G NR 系統(tǒng)設計進行多項改進，以解決這些問題。調度器（ MAC 層）和波束成型（低 PHY ）間的跨層協(xié)同優(yōu)化、為實現(xiàn)更優(yōu)異的波束成型管理而開展的功能劃分改進、機器學習（ ML ）算法的大量應用是一些主要的研究和實施領域。采用更高效的氮化鎵功率放大器、改進功率放大器線性化算法、集成數(shù)字和 ADC/DAC 功能，是降低 5G NR 大規(guī)模 MIMO 天線板功耗與成本的主要發(fā)展方向。

必須明確的是，我們仍然處于 5G NR 商業(yè)推廣的早期階段。增強型移動寬帶是滿足移動網絡中快速增長的帶寬需求的主要用例。立足于顛覆性服務的 5G 核心架構并不在目前的部署范疇中。隨著 5G 部署從非獨立模式（錨定在 LTE 上以獲取控制信令）向獨立模式過渡，我們將目睹基于服務的 5G 核心網逐步成形。向 5G 核心網的轉型將加快新應用和新用例的興起。這場轉型反過來也將相應地在時延、吞吐量和可靠性方面對 5G NR 基站提出進一步的要求。5G NR 基站的安裝基礎能否適應未來 3-5 年的新興要求，對部署新服務來說至關重要。

不斷變化的運營商需求

毫無疑問，隨著更多的運營商計劃部署 5G，新一代 5G 設備的要求也會隨之發(fā)展演進。占用帶寬將從 100MHz 的典型系統(tǒng)帶寬倍增至 200MHz。此外，載頻數(shù)和載頻組合數(shù)也在增加。而且對于 6GHz 以下的無線電來說，數(shù)字前端的目標帶寬要高得多。

新一代 5G 系統(tǒng)對于中頻段或 C 頻段的典型帶寬要求是 400MHz 瞬時帶寬，其中占用帶寬為 200MHz。這樣多家運營商就可以共享設備，減少系統(tǒng) SKU，從而滿足不同國家的客戶需求。對于寬帶無線電，業(yè)界也正在考慮使用新型功率放大器技術，尤其是氮化鎵功率放大器技術，以進一步將功耗降低 5-10%。這些系統(tǒng)的線性化或數(shù)字預失真要復雜得多，需要大量的計算。在實現(xiàn)這些改進的過程中，保持每 MHz 頻譜功耗水平不變是必備要求。

將 5G 潛力發(fā)揮到極致水平

對于正在構建 5G 網絡的運營商而言，低于 6GHz 的中頻段波束中心 5G NR 大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)提供了更高的蜂窩容量，并具備獨特能力將容量指向最需要的地方。低頻段的宏無線電擁有優(yōu)異的覆蓋特性。對于提供大規(guī)模、高性能、低成本的服務投放來說，由良好協(xié)調的低于 6GHz 的高容量大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)和大覆蓋面積低頻段宏無線電共同構成的移動網絡將是一種理想組合。

為了將網絡潛力發(fā)揮到極致水平，5G 基帶系統(tǒng)需要借助 AI/ML 算法實現(xiàn)智能化，使無線電以良好協(xié)調的方式工作，最大化每個無線電節(jié)點的性能，同時高效地平衡這些節(jié)點之間的負載流量。此外，除了在低于 6GHz 的網絡上部署以外，5G 毫米波無線電還可以部署在需要高容量且無線電環(huán)境非常適合毫米波傳輸?shù)奈恢蒙稀?G 毫米波無線電處于早期試用階段，在世界上某些地方已有部署。這項技術有望在未來幾年內得到改進，屆時將能夠在移動網絡中的多個站點提供最低成本的數(shù)據容量。關鍵在于，由于 5G 核心網的部署蓄勢待發(fā)，眾多新的服務和相關要求也將在未來幾年涌現(xiàn)出來。擁有靈活應變的無線電和基帶系統(tǒng)來適應未來需求是至關重要的，這樣才能保持和最大化資本支出（ CAPEX ）回報，同時把握未來 5G 服務所創(chuàng)造的收益流。

推動新一代5G網絡向前發(fā)展

隨著業(yè)界將目光投向新一代 5G 網絡，需要的是基于標準、高度靈活的解決方案，能夠將軟件可編程能力、實時處理、硬件優(yōu)化和任意連接與安全性相結合。這樣的解決方案將幫助無線系統(tǒng)廠商快速設計、創(chuàng)新和差異化他們的解決方案，輕松實現(xiàn)現(xiàn)場升級，并提供顯著的 TTM 優(yōu)勢。

對自適應計算的迫切需求

隨著 5G 基礎設施的要求與行業(yè)規(guī)范仍在不斷演進發(fā)展，業(yè)界對自適應計算產生了非常迫切的需求。賽靈思 7nm Versal?自適應計算加速平臺（ ACAP ）是一種新型異構計算器件，專為滿足新一代 5G 設備的要求而精心設計。這是一種高度集成的多核異構計算平臺，將在 5G 部署中發(fā)揮核心作用，并負責完成復雜的實時信號處理，其中包括用于提高網絡容量的先進波束成型算法。

5G 要求使用波束成型技術。這需要高計算密度與先進的高速連接（片上和片外）才能滿足 5G 的低時延要求。不僅如此，不同的系統(tǒng)功能劃分需求和算法實現(xiàn)方案也會帶來廣泛的處理性能與計算精度。傳統(tǒng) FPGA 面臨的最大挑戰(zhàn)在于，如何良好地滿足這一需求，同時又能解決散熱問題并克服系統(tǒng)占用空間約束。Versal ACAP 能夠在低功耗下提供優(yōu)異的計算密度，從而完成波束形成算法需要的實時、低時延信號處理。AI 引擎是 Versal AI Core 系列的組成部分，是實現(xiàn)所需的數(shù)學功能的理想方案，不僅提供了高計算密度、先進連接，而且還能夠進行重新編程與重新配置（即使在部署之后）。

未來的 5G 網絡

展望未來，5G 網絡需要更具可擴展性、更加智能化和異構化。分布式小蜂窩、搭載數(shù)百天線的大規(guī)模 MIMO、通過 CloudRAN 實現(xiàn)的集中式基帶處理等技術將有力地提高覆蓋和數(shù)據吞吐量。網絡將需要通過回程和光通信前傳安全地連接以執(zhí)行處理。與此同時，為了確保 5G 能夠真正發(fā)揮自身潛力，運營商和無線基礎設施制造商需要借技術之力解決容量、連接和性能難題，靈活地支持多種標準、多個頻段和多個子網絡，實現(xiàn)多樣化的 5G 用例和應用。

責任編輯：gt