在 5G 商業(yè)化方興未艾之際，對(duì)于 5G 能給我們這個(gè)日益互聯(lián)的世界帶來哪些影響，人們充滿憧憬。事實(shí)上，隨著 5G 技術(shù)得到更廣泛的部署，今后十年我們預(yù)計(jì)將看到消費(fèi)者、企業(yè)和經(jīng)濟(jì)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?cè)?5G 網(wǎng)絡(luò)部署和應(yīng)用之路上的絆腳石。

應(yīng)對(duì)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(dǎo)形態(tài)。雖然現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果已經(jīng)體現(xiàn)出令人振奮的改進(jìn)，特別是在下行鏈路吞吐量方面，但性能始終低于預(yù)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(duì)于處在蜂窩邊緣的 UE 來說，上行鏈路的性能一直欠佳。

運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng) OEM 廠商已從第一階段的 5G NR 部署中學(xué)習(xí)到寶貴經(jīng)驗(yàn)，正在對(duì)新一代 5G NR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行多項(xiàng)改進(jìn)，以解決這些問題。調(diào)度器（ MAC 層）和波束成型（低 PHY ）間的跨層協(xié)同優(yōu)化、為實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的波束成型管理而開展的功能劃分改進(jìn)、機(jī)器學(xué)習(xí)（ ML ）算法的大量應(yīng)用是一些主要的研究和實(shí)施領(lǐng)域。采用更高效的氮化鎵功率放大器、改進(jìn)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?nèi)匀惶幱?5G NR 商業(yè)推廣的早期階段。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶是滿足移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中快速增長(zhǎng)的帶寬需求的主要用例。立足于顛覆性服務(wù)的 5G 核心架構(gòu)并不在目前的部署范疇中。隨著 5G 部署從非獨(dú)立模式（錨定在 LTE 上以獲取控制信令）向獨(dú)立模式過渡，我們將目睹基于服務(wù)的 5G 核心網(wǎng)逐步成形。向 5G 核心網(wǎng)的轉(zhuǎn)型將加快新應(yīng)用和新用例的興起。這場(chǎng)轉(zhuǎn)型反過來也將相應(yīng)地在時(shí)延、吞吐量和可靠性方面對(duì) 5G NR 基站提出進(jìn)一步的要求。5G NR 基站的安裝基礎(chǔ)能否適應(yīng)未來 3-5 年的新興要求，對(duì)部署新服務(wù)來說至關(guān)重要。

不斷變化的運(yùn)營(yíng)商需求

毫無疑問，隨著更多的運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃部署 5G，新一代 5G 設(shè)備的要求也會(huì)隨之發(fā)展演進(jìn)。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(duì)于 6GHz 以下的無線電來說，數(shù)字前端的目標(biāo)帶寬要高得多。

新一代 5G 系統(tǒng)對(duì)于中頻段或 C 頻段的典型帶寬要求是 400MHz 瞬時(shí)帶寬，其中占用帶寬為 200MHz。這樣多家運(yùn)營(yíng)商就可以共享設(shè)備，減少系統(tǒng) SKU，從而滿足不同國(guó)家的客戶需求。對(duì)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(shù)，尤其是氮化鎵功率放大器技術(shù)，以進(jìn)一步將功耗降低 5-10%。這些系統(tǒng)的線性化或數(shù)字預(yù)失真要復(fù)雜得多，需要大量的計(jì)算。在實(shí)現(xiàn)這些改進(jìn)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(duì)于正在構(gòu)建 5G 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)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(dú)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(duì)于提供大規(guī)模、高性能、低成本的服務(wù)投放來說，由良好協(xié)調(diào)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(gòu)成的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將是一種理想組合。

為了將網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)智能化，使無線電以良好協(xié)調(diào)的方式工作，最大化每個(gè)無線電節(jié)點(diǎn)的性能，同時(shí)高效地平衡這些節(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載流量。此外，除了在低于 6GHz 的網(wǎng)絡(luò)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(xiàng)技術(shù)有望在未來幾年內(nèi)得到改進(jìn)，屆時(shí)將能夠在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)站點(diǎn)提供最低成本的數(shù)據(jù)容量。關(guān)鍵在于，由于 5G 核心網(wǎng)的部署蓄勢(shì)待發(fā)，眾多新的服務(wù)和相關(guān)要求也將在未來幾年涌現(xiàn)出來。擁有靈活應(yīng)變的無線電和基帶系統(tǒng)來適應(yīng)未來需求是至關(guān)重要的，這樣才能保持和最大化資本支出（ CAPEX ）回報(bào)，同時(shí)把握未來 5G 服務(wù)所創(chuàng)造的收益流。

推動(dòng)新一代 5G 網(wǎng)絡(luò)向前發(fā)展

隨著業(yè)界將目光投向新一代 5G 網(wǎng)絡(luò)，需要的是基于標(biāo)準(zhǔn)、高度靈活的解決方案，能夠?qū)④浖?a target="_blank">編程能力、實(shí)時(shí)處理、硬件優(yōu)化和任意連接與安全性相結(jié)合。這樣的解決方案將幫助無線系統(tǒng)廠商快速設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和差異化他們的解決方案，輕松實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)，并提供顯著的 TTM 優(yōu)勢(shì)。

對(duì)自適應(yīng)計(jì)算的迫切需求

隨著 5G 基礎(chǔ)設(shè)施的要求與行業(yè)規(guī)范仍在不斷演進(jìn)發(fā)展，業(yè)界對(duì)自適應(yīng)計(jì)算產(chǎn)生了非常迫切的需求。賽靈思 7nm Versal?自適應(yīng)計(jì)算加速平臺(tái)（ ACAP ）是一種新型異構(gòu)計(jì)算器件，專為滿足新一代 5G 設(shè)備的要求而精心設(shè)計(jì)。這是一種高度集成的多核異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)，將在 5G 部署中發(fā)揮核心作用，并負(fù)責(zé)完成復(fù)雜的實(shí)時(shí)信號(hào)處理，其中包括用于提高網(wǎng)絡(luò)容量的先進(jìn)波束成型算法。

5G 要求使用波束成型技術(shù)。這需要高計(jì)算密度與先進(jìn)的高速連接（片上和片外）才能滿足 5G 的低時(shí)延要求。不僅如此，不同的系統(tǒng)功能劃分需求和算法實(shí)現(xiàn)方案也會(huì)帶來廣泛的處理性能與計(jì)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(shí)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(jì)算密度，從而完成波束形成算法需要的實(shí)時(shí)、低時(shí)延信號(hào)處理。AI 引擎是 Versal AI Core 系列的組成部分，是實(shí)現(xiàn)所需的數(shù)學(xué)功能的理想方案，不僅提供了高計(jì)算密度、先進(jìn)連接，而且還能夠進(jìn)行重新編程與重新配置（即使在部署之后）。

未來的 5G 網(wǎng)絡(luò)

展望未來，5G 網(wǎng)絡(luò)需要更具可擴(kuò)展性、更加智能化和異構(gòu)化。分布式小蜂窩、搭載數(shù)百天線的大規(guī)模 MIMO、通過 CloudRAN 實(shí)現(xiàn)的集中式基帶處理等技術(shù)將有力地提高覆蓋和數(shù)據(jù)吞吐量。網(wǎng)絡(luò)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(shí)，為了確保 5G 能夠真正發(fā)揮自身潛力，運(yùn)營(yíng)商和無線基礎(chǔ)設(shè)施制造商需要借技術(shù)之力解決容量、連接和性能難題，靈活地支持多種標(biāo)準(zhǔn)、多個(gè)頻段和多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多樣化的 5G 用例和應(yīng)用。
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