5G是未來(lái)的無(wú)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(gè)蜂窩站連接更多的設(shè)備。簡(jiǎn)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(lái)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(dòng)這種技術(shù)發(fā)展的是一種新的無(wú)線電空中接口，它將使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)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(dòng)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(shuō)：“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(gè)好處是，由于是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，所以它可以讓我不必占用整個(gè)頻道或多個(gè)頻道的帶寬。這有點(diǎn)像帶寬點(diǎn)播，取決于應(yīng)用對(duì)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。“

這為家庭、體育賽事以及工業(yè)和交通領(lǐng)域開(kāi)辟了新的應(yīng)用。 Thompson said.說(shuō)：“如果在飛機(jī)上有足夠的傳感器，我就可以監(jiān)控它，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序，我們就知道什么時(shí)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(gè)國(guó)家，將在拉瓜迪亞機(jī)場(chǎng)降落，在到達(dá)那里之前，會(huì)有信息顯示某個(gè)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(huì)進(jìn)行替換。這套對(duì)系統(tǒng)實(shí)施自監(jiān)控的系統(tǒng)對(duì)于非常大型的土方設(shè)備和采礦設(shè)備也是很有價(jià)值的，。我們通常需要要防止這些價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)坐等零件而延遲了維修時(shí)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(gè)術(shù)語(yǔ)的使用方式有很多種。Arm基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)部門無(wú)線營(yíng)銷總監(jiān)Colin Alexander解釋說(shuō)：“它的最通用形式是蜂窩無(wú)線技術(shù)，它允許通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)的無(wú)線接口管理新業(yè)務(wù)。多個(gè)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(zhǎng)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(NGMN)和其他組織設(shè)計(jì)了一個(gè)模型，將應(yīng)用實(shí)例映射到三角形的三個(gè)點(diǎn)上—— 一個(gè)角代表增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶，一個(gè)代表超可靠、低延遲通信(URLLC)，第三個(gè)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(lái)滿足他們的需求。

“這導(dǎo)致了在定義5G的核心網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要考慮其他各種需求 -，”Alexander說(shuō)，“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。”

他指出，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商正試圖確保他們能夠盡可能靈活地升級(jí)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(jì)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(guò)云來(lái)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(dòng)到更靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的地方，靠近無(wú)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(jì)算機(jī)，每個(gè)計(jì)算機(jī)都具有計(jì)算、存儲(chǔ)、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(huì)有類似的需求。

“在要求低延遲的情況下，再次處理可能會(huì)被推到邊緣，以便允許計(jì)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(jì)算可能發(fā)生在云中的計(jì)算設(shè)備上，“Alexander說(shuō)。

針對(duì)5G的設(shè)計(jì)

對(duì)于負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)5G芯片的工程師來(lái)說(shuō)，他們需要處理很多難題。這些問(wèn)題都有很強(qiáng)的不確定性較，每個(gè)問(wèn)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(wèn)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(jì)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(lái)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。”

對(duì)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(gè)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(kāi)放平臺(tái))。通過(guò)協(xié)調(diào)服務(wù)來(lái)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(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化平臺(tái))就是一個(gè)例子。功耗和設(shè)備效率也是設(shè)計(jì)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(shuō)：“我們需要能夠輕松支持多種加速器來(lái)應(yīng)對(duì)不同計(jì)算需求，因?yàn)檫@些需求不一定能在通用CPU中高效處理。通過(guò)多個(gè)芯片或機(jī)箱安裝設(shè)備來(lái)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(jì)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?jì)算可能被設(shè)計(jì)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。“