1.导言
咱们现在处于蜂窝衔接的转型时期，未来无处不在的无线衔接正在鼓起。在全球范围内，2G、3G和4G的成功推进手机运用量达到了令人难以置信的75亿部。令人震惊的是，这使得移动设备的数量比全球人口还要多。或许更具影响力的是，蜂窝衔接对那些之前被数字化剥夺权利的人发生的影响； 例如，2016年撒哈拉以南非洲区域每100人一般有1部固定电话，但有74台移动衔接设备。
展望未来十年，跟着5G的呈现，无线基础设施将变得愈加遍及，乃至与咱们日常日子的方方面面彻底融为一体。 5G接连了从前蜂窝规范（在驱动带宽方面）的办法，但也将其扩展到更多设备和运用办法。
首要趋势包含：
1．对增强型移动宽带（eMBB）和其他运用的带宽添加需求，特别是以10倍现有吞吐量或许更高速率驱动的瞬时可用带宽。
a. 这将是5G规范化带来的首波驱动力，其间3GPP已于2017年完结非独立（即LTE辅佐）新无线电（NR），2018年可供给5G独立版，如图1所示。
b. 5G的布置也将依据频段状况分阶段进行，首要布置6GHz以下，然后是毫米波（mmWave）频率的接连频段，以便在稍后阶段支撑要害eMBB运用。
图1：5G的ITU和3GPP时刻表
2．跟着物联网(IoT)蜂窝网络衔接的到来而衔接到很多的设备。估量到2020年将有500亿台蜂窝网络衔接的设备。这些需求傍边的一部分能够经过现有规范满意，一起也要靠Release 16版别中海量机器类通讯（mMTC）的现有规范去完结了。
3. 新的运用办法也在不断涌现，这对移动设备及其蜂窝无线基础设施提出了新的要求。示例包含：
a.用于衔接多个电池供电物联网端点的低带宽、低功耗的要求，以完结mMTC相关的衔接和监控；
b.用于车辆到车辆和车辆到基础设施的衔接（C-V2X）高牢靠性、低推延蜂窝网络，以弥补现有的V2X处理计划
c.为长途手术和增强/虚拟现实等新式运用供给的高牢靠性、低推延支撑
后两类运用将经过行将推出的3GPP超牢靠、低推延衔接（URLLC）规范来处理。
4. 对边际剖析和移动边际核算（MEC）的新需求。核算重心正在从曾经估量的将数据发送到集中式核算资源进行处理，改动为移到坐落数据生成原点邻近的分布式核算资源的新典范。形成这种改动的原因是多方面的：新式运用严厉的推延要求、越来越巨大的数据量，以及优化稀缺网络资源的希望等等许多方面。
2.基带
在本文中，咱们考虑怎么经过具有高性能CPU子体系和包含FPGA可重编程加速硬件处理单元的SoC架构来成功应对5G的共同需求。
基带从网络接口（例如以太网）获取数据，并将其转换为经过前传（Fronthaul）接口传输到射频前端进行传入/传出的杂乱样本。以下高档原理图包含用于LTE下行链路的发送器（图2a），以及用于上行链路的接收器（图2b）。
（a）下行链路
（b）上行链路
图2：基带处理的高档原理图
3.基带L1处理的事例研讨
在这里，咱们举例说明怎么将基带处理（尤其是Layer-1层）映射到要害处理元器材上，如处理器子体系、CPU和DSP内核，以及固定和灵敏的硬件加速，如图3所示。
图3：要害基带处理元器材
3.1. 前传（天线接口）衔接
除了前面描绘的处理元器材之外，还有一个灵敏的天线接口功用模块：这是衔接基带和射频单元所需的元件。传统上，这是通用公共无线电接口（CPRI），有时是开放式基站架构计划（OBSAI）兼容的部分。
可是，越来越多的计划在转向指定一个更灵敏的前传接口，以答应基带和RF前端之间的不同映射（如图4所示）。IEEE对下一代前传接口NGFI（IEEE1914）进行了继续的跟进，包含用于依据分组的前传传输网络规范IEEE1914.1和以太网无线电（RoE）包封和映射规范IEEE1914.1。一起，还有其他职业项目指定了5G前传接口并可同享，例如eCPRI。
鉴于前传接口面对的各种规范、规范和要求，FPGA很合适其运用，并一般用于支撑此接口，如图3所示。
3.2. 可加速5G上市时刻的分立结构
图4将5G所需的处理元器材映射为具有独立器材的分立式架构，包含CPU SoC、辅佐FPGA加速和天线接口。此装备反映了在能够供给经过优化的5G专用集成电路（ ASIC）之前，能够在5G原型规划和前期量产中布置的实施计划。
·CPU体系级芯片里边包含：Arm处理器组合以及用于Layer-1处理和硬化加速器的DSP内核，用于固定的、清晰界说的功用。
o在此示例中，假定现有的4G ASIC SoC可用，因而具有通用加速（例如MACSEC）以及LTE特定加速：前向纠错（特别是turbo编解码器）、快速傅立叶改换和离散傅里叶改换，以在上行链路上支撑SC-FDMA。
·灵敏的天线接口
o如前所述，前传天线接口十分合适用FPGA来完结。这是在线装备的，数据从射频单元宣布（在上行链路上），然后是被转换为比如以太网等具有规范衔接的协议。
·硬件加速FPGA
o辅佐加速FPGA完结了在基带SoC上不行供给的一切必要的核算密集型功用。这能够是5G特定的功用或从前未曾规划的功用。
o在此处显现的示例中，运用了CCIX互连。该规范答应依据不同指令集架构的处理器将缓存一致性、对等处理的优势扩展到包含FPGA和定制ASIC在内的多种加速器材上。
图4：可加速5G上市时刻的分立结构
3.3. 依据Chiplet的5G完结
图5显现了与图4所示相似的架构，可是运用了依据体系级封装芯片（chiplet）的办法进行了从头装备。 在这种状况下，一个选用了更高带宽、更低推延和更低功耗的接口将CPU SoC片芯晶粒与辅佐硬件加速chiplet芯片衔接起来。 支撑前传衔接到射频单元的FPGA器材在该示例中能够但并不是封装集成在其间的；但实际上，如果有满足的资源，它能够是与硬件加速chiplet芯片相同的chiplet器材。
图5：依据Chiplet的办法可完结更高的集成度
用于封装集成的两种首要技能是运用硅中介层或有机基板，以及某种办法的超短间隔（USR）收发器。
3.4.彻底集成的5G完结办法
终究，图6展现了本文考虑的终究、最高集成度的基带架构。该办法包含与从前相同的处理元件，具有相同的功用，但嵌入式FPGA（eFPGA）集成在了芯片内。
图6：选用单片集成的、运用于5G基带的异构多核体系级芯片
这种严密集成的单片集成办法具有许多长处。与依据chiplet的办法比较，该接口具有更高的带宽、更低的推延和更低的每比特能耗。此外，资源组合能够依据所考虑的特定运用进行定制，因而避免了不需求的接口、存储器和中心逻辑单元。这样能够完结以上所考虑的三种架构中最低单位成本。
如前所述，现在的首要方针是供给更快的上市时刻、更高灵敏性和未来可用性。之所以能加速了上市时刻，是由于SoC能够提早流片，由于能够针对eFPGA进行后期修正（例如5G规范中Polar码的呈现）而不是完结即固定的ASIC。来自新算法或许未估核算法（例如新的加密规范）的灵敏性能够经过嵌入式可编程逻辑而不是软件或外部FPGA来处理。终究，未来可用性能够延伸SoC的生命周期，由于比如URLLC和mMTC等新规范等大批量新式需求能够经过现有产品处理，而不需求进行新的开发。
总结
CPU和可编程加速（嵌入式或独立FPGA）的严密耦合，使开发人员能够去创立能够一个运用于多个不同商场的渠道产品。 这添加了特定产品的商场适用性并提高了开发出资报答。 这乃至能够在流片后再对商场进行定位（或从头定位），即最大化的可编程性所供给的内涵灵敏性可支撑相当大的立异空间。
或许从5G的视点来看更为重要的是，高度可编程的处理计划能够加速产品上市速度。例如，在规范终究确认之前，不再需求推延SoC的流片时刻，后续改动的需求能够在软件或可编程硬件中完结。这关于前期5G布置所面对并在不断添加的压力，以及应对新规范的不断涌现，这是一个杰出优势。
