16
在巴塞罗那移动通信展上，中国移动研究院携手合作伙伴对大规模天线阵列系统进行了技术演示，这意味着 5G 离商用越来越近。业内据预测，在 2020 年 5G 会实现商用。相对于 4G 网络，5G 网络有着诸多优势，频谱利用率大大提高，高频段被广泛利用；可靠性更加显著，时延大大缩短；能源消耗降低等。随着 5G 的商用，车联网、自动驾驶、智慧城市也将成为可能，物联网设备数量将越来越多，网络容量也不断加大，怎样以更低功耗通过频谱效率、高度致密化以及新频谱来提高网络容量？制造商正在依靠软件、硬件和系统级的技术突破来实现目标。
大规模 MIMO 天线阵列对满足严苛的网络容量目标具有至关重要的作用，因此与这些天线阵列进行接口连接的射频单元必须满足极其严格的功耗和封装尺寸要求。为了助力 5G 的商用进程，Xilinx 推出了全可编程（All Programmable） RFSoC，消除了分立数据转换器，可将 5G 大规模 MIMO 和毫米波无线回程应用的功耗和封装尺寸削减 50-75%。
Xilinx 公司平台产品营销副总裁 Tim Erjavec
立足大规模 MIMO 技术改进，减功耗缩尺寸
5G 引入高频率频段使得天线发生巨大变化，单个手机及基站配置的天线数量成倍增长，天线的设计方案将由现有的单体天线改为阵列天线，天线数量最高可达 1024 个，因此天线阵列要能够灵活部署。传统 4G 射频接入网络 (RAN) 通过高损耗的同轴电缆与远端射频单元建立有线连接。但是，从天线到远端射频单元的功耗依然非常大，而且系统体积大，无法实现密集部署，因此急需降低射频器件功耗并缩减其尺寸。
All Programmable RFSoC 将通信级 RF 采样数据转换器（配有数字处理子系统）、稳定可靠的 ARM 级处理系统以及 FPGA 架构整合到单芯片器件中。
用集成式数模转换子系统降低射频 1 数字前端功耗
传统的分立元器件搭建系统需要一个可编程器件和一组 RF ADC/DAC 组件，通过上图的对比可以发现，典型的 8X8 天线阵列，通过分立器件实现起来总功耗是 55W，而采用集成 RF 模拟实现起来总功耗是 28W，相对于前者，总功耗降低 51%。
收发器和天线数量越少，芯片尺寸越小。商用器件中，典型 RF ADC 或 DAC 每通道占位面积可高达 15x15mm。对于 4Tx4Rx 无线电架构来说，面积节省约 50%，对于如上图所示的 8Tx/8Rx 无线电架构而言，完全部署多通道系统会节省 75%以上的面积。
由于 Xilinx 本身具有全可编程的架构，灵活性和扩展性大大提高，用户可以根据需要将更多 ADC 和 DAC 集成到 Xilinx 全可编程架构当中，实现对天线阵列的扩展，包括 64×64、128×128、256×256 等。
模拟技术的突飞猛进并非“一朝一夕”之功
在这款 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。在用户的印象中，Xilinx 并没有独立的模拟 ADC 和 DAC 器件，他们如何一下子集成了性能如此之高的模拟器件？这些器件是独立研发还是有第三方合作伙伴？
Xilinx 公司平台产品营销副总裁 Tim Erjavec 解释，“其实 Xilinx 在这一领域已经投入很多年了。在技术方面，Xilinx 在 2012 年就组建了一个专家团队，这些专家来自模拟数据转换器行业的领先企业，目的就是要开发一项颠覆性技术。高性能 ADC/DAC 在 2012 年就被集成到了 7 系列 FPGA 中。经过几年的发展，我们招募了非常优秀的人才，建立了一个模拟卓越中心。因此，这个技术不是一下子实现的，而是经过了多年积累而来。在应用方面，在应用领域很多专家帮我们定义设计，当然定义设计方面会遇到一些挑战，所以我们不仅有模拟技术方面的专家，还有无线应用的专家，包括一些架构师和设计师，他们测试了几代无线电技术，给了我们树立了信心，从而推出这样一款功能非常强大的模拟产品。”
多方合作，5G 商用不会太远
业内专家多方预测，到 2020 年 5G 在中国会实现商用。Tim Erjavec 也同意这样的观点，而且 Xilinx 也针对 5G 技术和众多厂家建立合作关系。Tim Erjavec 表示，“在一线的系统供应商中，六家有五家都和我们建立了合作关系；中国主要设备供应商和很多设备供应商也使用了 Xilinx 的技术开发 5G 系统。我们和中国以及其它国家的运营商签署了合作备忘录，帮助他们开发 5G 技术，不仅在半导体层面，还在软件层面。我们有很多解决方案，包括互联互通方面，无线电和基带方面的方案等，合作非常紧密。”
5G 通信网络速度有望达到 4G 网速的 10 倍至 100 倍，因此，世界各地都在争相开发。中国移动研究院与业内很多企业签订了合作备忘录，共同研发、测试、验证 5G 系统演示平台。去年 7 月，美国联邦通讯委员会一致同意，向移动、灵活和固定使用的无线宽带开放近 11GHz 的高频频谱，包括 Verizon 电信和 AT&T 在内的企业已经开始向 5G 技术迈进。韩国和日本希望分别在 2018 年和 2020 年举行奥运会时部署这一网络。诺基亚则与加拿大运营商 Bell Canada 合作，完成加拿大首次 5G 网络技术的测试。RFSoC 解决了 5G 无线电设计中的关键问题，有助于超大尺寸的 5G 测试平台和原型向更小化和更节能过渡。
下载ECAD模型
