隨著開(kāi)放式無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)（ORAN）架構(gòu)的采用，電信行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)重大變革。這種創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法帶來(lái)了解聚合和互操作性，便于自不同供應(yīng)商組件之間的無(wú)縫協(xié)作。隨著5G網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)展和發(fā)展，以支持非地面網(wǎng)絡(luò)（5G-NTN）、聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)（5G C-V2X）、鐵路（5G FRMCS）和工業(yè)應(yīng)用（5G URLLC）等各種用例，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）已成為實(shí)施ORAN的理想技術(shù)推動(dòng)者。

　　FPGA在定制芯片性能與軟件定義的靈活性和可重新配置性之間實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的平衡；提供了支持現(xiàn)代電信領(lǐng)域各種用例所需的適應(yīng)性，并支持不同的3GPP系統(tǒng)版本，包括5G、5G-A和最終的6G。它們能夠動(dòng)態(tài)地重新編程以處理不同的工作負(fù)載，這使它們?cè)诳焖侔l(fā)展的ORAN網(wǎng)絡(luò)中顯得尤為重要，因?yàn)樵谶@種網(wǎng)絡(luò)中，適應(yīng)性和性能必須齊頭并進(jìn)。

　　在萊迪思，我們致力于與電信供應(yīng)商合作，打造一個(gè)更加靈活、安全和可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)。最近，我們?cè)陂_(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目2024年全球峰會(huì)上討論了這一話(huà)題。以下是我們?cè)谘葜v中的一些關(guān)鍵見(jiàn)解，也代表了萊迪思ORAN?解決方案集合的功能優(yōu)勢(shì)。

　　增強(qiáng)安全性和零信任架構(gòu)

　　隨著ORAN網(wǎng)絡(luò)的興起，網(wǎng)絡(luò)彈性已成為電信基礎(chǔ)設(shè)施的重中之重。反過(guò)來(lái)，企業(yè)也面臨著ETSI、ENISA、CISA和ORAN聯(lián)盟等監(jiān)管機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格審查，這些機(jī)構(gòu)要求實(shí)施零信任原則，對(duì)關(guān)鍵通信進(jìn)行嚴(yán)格的身份驗(yàn)證和持續(xù)監(jiān)控。

　　具有可信根（RoT）功能的FPGA通過(guò)加密敏捷安全特性，在確保ORAN部署安全方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們可執(zhí)行基本的加密操作，包括加密、解密、安全密鑰分配和管理，同時(shí)還可充當(dāng)傳統(tǒng)系統(tǒng)的加密橋接器。此外，它們?cè)趯?shí)施新興安全標(biāo)準(zhǔn)（如用于3GPP協(xié)議的NIST AES-256）和解決5G RRC（無(wú)線(xiàn)資源控制）密鑰交換中可能受到量子計(jì)算威脅的漏洞方面尤為重要。

　　FPGA的一個(gè)關(guān)鍵安全功能是在控制平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)Secure the Wire?，通過(guò)實(shí)施MACSEC/IPSec和安全定時(shí)協(xié)議確保信號(hào)的完整性和保密性。這種全面的安全方法與其加密靈活性相結(jié)合，使FPGA成為實(shí)施不斷發(fā)展的后量子加密（PQC）算法的理想選擇，從而確保ORAN網(wǎng)絡(luò)安全，抵御未來(lái)威脅。

　　成功實(shí)施案例和先進(jìn)的同步

　　全球領(lǐng)先的電信供應(yīng)商已在其ORAN部署中展示了集成FPGA的實(shí)際優(yōu)勢(shì)。他們利用FPGA完成了基帶功能和射頻前端（RFFE）之間的數(shù)據(jù)和控制接口，以及管理無(wú)線(xiàn)單元（RU）和分布式單元（DU）的控制和定時(shí)平面等重要任務(wù)。在RU中，F(xiàn)PGA處理濾波和波峰因數(shù)降低等要求苛刻的數(shù)字前端處理任務(wù)，確保高效率和低延遲。此外，F(xiàn)PGA還用于新的前端接口，這對(duì)于大規(guī)模MIMO網(wǎng)絡(luò)等密集部署至關(guān)重要，可確保高互操作性并降低前端成本。在DU中，F(xiàn)PGA可促進(jìn)實(shí)時(shí)信號(hào)處理和動(dòng)態(tài)波束成形，無(wú)需修改硬件即可適應(yīng)不同的無(wú)線(xiàn)環(huán)境。

　　ORAN實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)關(guān)鍵方面是精確的時(shí)間同步，特別是在5G環(huán)境中，精確的定時(shí)、頻率和相位對(duì)準(zhǔn)對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸、切換以及無(wú)線(xiàn)單元和分布式單元之間的協(xié)調(diào)至關(guān)重要。通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)安全的IEEE 1588v2是這一領(lǐng)域的重大進(jìn)展。

　　現(xiàn)代FPGA解決方案（如萊迪思CertusPro?-NX FPGA）通過(guò)復(fù)雜的硬件配置提供全面的定時(shí)支持，包括PCIe x4 Gen 2支持、多個(gè)SFP以太網(wǎng)端口、高級(jí)定時(shí)功能以及對(duì)IEEE 1588-2019技術(shù)規(guī)范和ITU-T配置文件（G.8265.1、G8275.1、G.8275.2）的兼容支持?；贔PGA的定時(shí)解決方案集成了網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步器（DPLL）、Stratum 3E OCXO和GNSS定時(shí)模塊等關(guān)鍵組件，確保了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的精確同步。

　　該實(shí)施方案通過(guò)HMAC-SHA256-128算法提供了源驗(yàn)證、信息完整性和重放攻擊保護(hù)，并采用了強(qiáng)大的密鑰管理和分發(fā)程序，確保了共享機(jī)密在所有PTP節(jié)點(diǎn)的安全分發(fā)和可用性。

　　通過(guò)低功耗解決方案推進(jìn)綠色電信

　　功耗已成為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要考慮因素。FPGA有助于創(chuàng)建更綠色的ORAN網(wǎng)絡(luò)，特別是在小基站部署中。FPGA可在L1/L2/L3和天線(xiàn)系統(tǒng)之間提供高效橋接。例如，低功耗和小尺寸FPGA可降低總體功耗和設(shè)計(jì)占用面積，并在使用PCIe和JESD接口時(shí)簡(jiǎn)化熱管理要求。

　　小蜂窩是5G ORAN網(wǎng)絡(luò)不可或缺的組成部分，其部署成功與否在很大程度上取決于靈活、可重構(gòu)和低功耗的解決方案。在小蜂窩設(shè)計(jì)中集成FPGA可在保持低功耗的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。這一點(diǎn)在現(xiàn)代小型蜂窩開(kāi)發(fā)板中尤為明顯，這些開(kāi)發(fā)板結(jié)合了多種功能，包括Layerscape?處理器、基帶處理器和RFFE組件，它們都通過(guò)FPGA技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

　　FPGA的集成能力可將多種功能整合到單個(gè)芯片上，從而減少BOM成本、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)并降低要求變化和5G技術(shù)演進(jìn)相關(guān)的成本和風(fēng)險(xiǎn)。這種集成對(duì)于提高小蜂窩部署的成本效益和擴(kuò)大規(guī)模至關(guān)重要。FPGA減少了管理電源和冷卻所需的額外組件，從而大大降低了總體擁有成本和對(duì)環(huán)境的影響。

　　塑造電信業(yè)的未來(lái)

　　事實(shí)證明，F(xiàn)PGA是實(shí)現(xiàn)開(kāi)放、靈活和高效ORAN網(wǎng)絡(luò)愿景的基礎(chǔ)。FPGA將可重構(gòu)性、處理能力和低功耗獨(dú)特地結(jié)合在一起，解決了現(xiàn)代電信基礎(chǔ)設(shè)施所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA將在實(shí)現(xiàn)新用例和滿(mǎn)足未來(lái)需求方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

　　上文提到的主要電信供應(yīng)商的成功案例表明，F(xiàn)PGA不僅僅是理論上的解決方案，而且是ORAN實(shí)施的實(shí)際推動(dòng)因素。FPGA能夠支持安全、高性能和高能效的操作，因此對(duì)于希望部署靈活且面向未來(lái)的ORAN解決方案的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，F(xiàn)PGA價(jià)值很大。

　　展望未來(lái)，通信行業(yè)必須繼續(xù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮安全性、靈活性和可持續(xù)性。FPGA為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)支持通信行業(yè)向開(kāi)放式、分解式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)過(guò)渡。通過(guò)利用FPGA技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以構(gòu)建既安全又環(huán)保的ORAN網(wǎng)絡(luò)，為更環(huán)保、更靈活的電信行業(yè)未來(lái)發(fā)展鋪平道路。

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