5G是未來的無線通信技術(shù)，它正在快速發(fā)展。
該技術(shù)擁有非常高的數(shù)據(jù)傳輸速率，比4G LTE低得多的延遲，并且能夠讓每個蜂窩站連接更多的設(shè)備。簡而言之，5G是承載汽車，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的傳感器以及越來越多的下一代電子產(chǎn)品所產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)的最佳通信技術(shù)。
推動這種技術(shù)發(fā)展的是一種新的無線電空中接口，它將使移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商能夠在同樣的頻譜分配中實(shí)現(xiàn)更高的效率。新的網(wǎng)絡(luò)層次將有助于實(shí)現(xiàn)5G的分片化網(wǎng)絡(luò)，允許根據(jù)特定流量需求動態(tài)分配多種流量。
“這關(guān)乎容量和延遲，” Cadence的定制IC和PCB組的RF解決方案架構(gòu)師Michael Thompson說：“這關(guān)乎我能以多快的速度獲取大量數(shù)據(jù)。它的另一個好處是，由于是一個動態(tài)系統(tǒng)，所以它可以讓我不必占用整個頻道或多個頻道的帶寬。這有點(diǎn)像帶寬點(diǎn)播，取決于應(yīng)用對帶寬的需求。這樣，它比上一代標(biāo)準(zhǔn)更加靈活，容量也”高得多?！?/p>
這為家庭、體育賽事以及工業(yè)和交通領(lǐng)域開辟了新的應(yīng)用。 Thompson said.說：“如果在飛機(jī)上有足夠的傳感器，我就可以監(jiān)控它，通過機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序，我們就知道什么時候需要維修或更換部件或系統(tǒng)。所以，當(dāng)飛機(jī)飛越了整個國家，將在拉瓜迪亞機(jī)場降落，在到達(dá)那里之前，會有信息顯示某個部件的磨損跡象。當(dāng)飛機(jī)著陸的那一刻，備用零件已經(jīng)就緒了，且有人會進(jìn)行替換。這套對系統(tǒng)實(shí)施自監(jiān)控的系統(tǒng)對于非常大型的土方設(shè)備和采礦設(shè)備也是很有價值的，。我們通常需要要防止這些價值數(shù)百萬美元的設(shè)備出現(xiàn)故障時不會坐等零件而延遲了維修時間?！绻绻绻枰焖俚慕邮盏竭@些由傳感器產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，那就需要大帶寬和低延遲的支持?！?/p>
一種技術(shù)，多種實(shí)現(xiàn)方式
目前，‘5G’這個術(shù)語的使用方式有很多種。Arm基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)部門無線營銷總監(jiān)Colin Alexander解釋說：“它的最通用形式是蜂窩無線技術(shù)，它允許通過標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動的無線接口管理新業(yè)務(wù)。多個現(xiàn)有的和新的頻譜將被分配用于承載1GHz以下用于城市郊區(qū)有較長距離、較大覆蓋范圍的頻段，，以及從26到60GHz面向高容量、低延遲應(yīng)用的毫米波頻段”。
下一代移動網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(NGMN)和其他組織設(shè)計了一個模型，將應(yīng)用實(shí)例映射到三角形的三個點(diǎn)上—— 一個角代表增強(qiáng)的移動寬帶，一個代表超可靠、低延遲通信(URLLC)，第三個為大規(guī)模的機(jī)器間通信。每一種都需要不同的網(wǎng)絡(luò)來滿足他們的需求。
“這導(dǎo)致了在定義5G的核心網(wǎng)絡(luò)時需要考慮其他各種需求 -，”Alexander說，“核心網(wǎng)將具備可擴(kuò)展的能力，用以有效承載所有不同的流量類型?！?/p>
他指出，移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商正試圖確保他們能夠盡可能靈活地升級和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，這一目標(biāo)可以利用運(yùn)行在云上的商用計算硬件上的虛擬化軟件實(shí)現(xiàn)。
涉及URLLC流量類型的應(yīng)用，現(xiàn)在可以通過云來管理這些應(yīng)用程序，但這要求將一些控制和用戶功能移動到更靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的地方，靠近無線空中接口。例如，工廠中的智能機(jī)器人，出于安全性和效率的原因，需要低延遲網(wǎng)絡(luò)。Alexander表示，這就需要邊緣計算機(jī)，每個計算機(jī)都具有計算、存儲、加速和機(jī)器學(xué)習(xí)功能，用以在網(wǎng)絡(luò)邊緣實(shí)現(xiàn)通信與信息處理。有一些但不是所有的V2X和汽車應(yīng)用服務(wù)都會有類似的需求。
“在要求低延遲的情況下，再次處理可能會被推到邊緣，以便允許計算和中繼V2X決策。如果應(yīng)用與停車或制造商跟蹤等資源管理更相關(guān)，那么計算可能發(fā)生在云中的計算設(shè)備上，“Alexander說。
針對5G的設(shè)計
對于負(fù)責(zé)設(shè)計5G芯片的工程師來說，他們需要處理很多難題。這些問題都有很強(qiáng)的不確定性較，每個問題都有自己的一套限制條件。例如，在基站端需要解決的主要問題之一是功耗。
Flex Logix公司首席執(zhí)行官Geoff Tate表示：”大多數(shù)基站正在使用基于先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)設(shè)計的ASIC和FPGA，還有SerDes，它消耗了大量的功率并占用了不少面積。如果可以將可編程性集成到ASIC中，就能夠降低功耗和所占用的面積，因?yàn)椴恍枰谛酒饪焖龠\(yùn)行SerDes來實(shí)現(xiàn)片間通信，并且可編程邏輯和ASIC之間提供更大的帶寬。英特爾已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了至強(qiáng)系列處理器和Altera FPGA在同一封裝內(nèi)部的集成化。采用這種方式可以提升100倍的帶寬?！?/p>
對于要部署在核心網(wǎng)絡(luò)或云中的設(shè)備，要求是不同的。其中一個關(guān)鍵考慮因素是架構(gòu)允許輕松部署管理軟件，且應(yīng)用可輕松移植到設(shè)備上。
Arm公司的 Alexander表示：“處理虛擬化服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)系統(tǒng)非常重要，例如OPNFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化開放平臺)。通過協(xié)調(diào)服務(wù)來管理網(wǎng)絡(luò)元素之間的交互和流量流也將是關(guān)鍵。ONAP(開放式網(wǎng)絡(luò)自動化平臺)就是一個例子。功耗和設(shè)備效率也是設(shè)計的關(guān)鍵考量因素?！?/p>
在網(wǎng)絡(luò)邊緣，要求低延遲、高用戶吞吐量和低功耗。
Alexander說：“我們需要能夠輕松支持多種加速器來應(yīng)對不同計算需求，因?yàn)檫@些需求不一定能在通用CPU中高效處理。通過多個芯片或機(jī)箱安裝設(shè)備來實(shí)現(xiàn)SoC器件之間的擴(kuò)展非常重要。研究一種可以支持基于ASIC、ASSP和FPGA的不同設(shè)計之間實(shí)現(xiàn)輕松擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)也很重要，因?yàn)檫吘売嬎憧赡鼙辉O(shè)計成各種尺寸或形式的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行部署。此外，軟件可擴(kuò)展性也很重要。“