中移動現(xiàn)場展示的原型機圖片與技術框圖如下：

圖1: 5G基站原型機中的基帶處理部分，其中所采用的大規(guī)模 FPGA陣列正是采用賽靈思（Xilinx）的28nm VIRTEX-7器件，其所配合多核CPU處理，構(gòu)成5G通用平臺解決方案。

圖2：原型機的射頻單元，具有小型化、靈活、隱形等特點?？伸`活實現(xiàn)大規(guī)模天線陣列，其陣列規(guī)模可靈活配置，支持對稱和非對稱陣列。

圖3: 5G通用平臺解決方案框圖，采用多核CPU處理+FPGA陣列架構(gòu)。

據(jù)賽靈思全球銷售與市場亞太區(qū)副總裁楊飛介紹：“5G目前處于做標準和實驗的階段，業(yè)界目前普遍看到商用會在2020年實施，也可能會在日韓的驅(qū)動下提前到2018年，但其實已有很多公司，包括中興、華為，都已把未來5G潛在的一些技術，如Massive MIMO，拿到4G的網(wǎng)絡中做一些部署，推出了所謂的“4G+”或“pre 5G概念”，并推出了實際的樣機。當然由于標準未定，目前各家設備商都在發(fā)揮自己的創(chuàng)意和能力，在推進技術的同時，希望最終能轉(zhuǎn)換成標準，當然作為無線半導體領先的供應商，賽靈思也很大程度的參與其中。”
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數(shù)字前端與基帶處理：大規(guī)模MIMO及算法需要夠“軟”的硬件支持

在上述原型機的介紹中可以看到，隨著預想中5G技術的更迭，基站的天線數(shù)量將不斷增加，最終形成“大規(guī)模MIMO”系統(tǒng)。大規(guī)模MIMO已被視為提高5G無線系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量和容量的關鍵技術之一。

據(jù)賽靈思方面介紹，對于大規(guī)模MIMO的優(yōu)勢業(yè)界已是有目共睹，但由于需要對每根天線進行波束成型計算，其中會涉及大量的大型矩陣和線性運算，要實現(xiàn)大規(guī)模MIMO會顯著提高連接和信號處理的消耗需求，所以實現(xiàn)大規(guī)模MIMO，可能成本很高，其中就包括數(shù)字前端（DFE）處理、基帶處理、和射頻處理之間的高速連接，需要靈活的高性能信號處理。

目前，大規(guī)模MIMO天線算法可使用現(xiàn)行的技術實現(xiàn)（圖4），但隨著大規(guī)模MIMO系統(tǒng)向越來越礦大的天線元陣列擴展，將要求更高的集成度，需要下一代器件的實現(xiàn)。


對于FPGA的關鍵助益，楊飛介紹道：“由于能快速實現(xiàn)復雜信號處理算法，F(xiàn)PGA一直用于各類無線基礎設施設備中，F(xiàn)PGA最顯著的功能就是實時地對數(shù)據(jù)進行本地處理，以減少上游處理器的負擔，而賽靈思硬件的特點是完全可編程（All programmable），更能讓硬件“軟”化。5G無線設施OEM廠會倚重可編程功能來降低設計風險，加速產(chǎn)品上市進程。

其實，從早前的3G, TDSCDMA到LTE和5G，一路走來賽靈思都積極地先期參與各種技術研發(fā)、標準制定與前期驗證等工作，并跟進不同高速算法的實現(xiàn)和驗證。待規(guī)范形成后一個方面可以迅速投入量產(chǎn)，其次由于FPGA完全可編程的優(yōu)勢，依然可根據(jù)所需的具體算法、架構(gòu)、體系來進行優(yōu)化，從而確保以最短的時間出臺優(yōu)化的方案，支持快速量產(chǎn)上市。從這個意義而言，除了FPGA目前也沒有更好的其它方案可以替代。即使對于ASIC，5G物理層硬件的復雜度也會大大增加其設計難度。所以對于5G支持，硬件夠“軟”很重要。”

對于這一點，賽靈思與中興通訊在pre5G 3D/大規(guī)模MIMO基站方面的合作也是很好的例證。據(jù)最近的報道，賽靈思的可編程器件將支持中興通訊的pre5G 3D/大規(guī)模MIMO基站。中興通訊的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)包含128根天線，采用類似于現(xiàn)有8天線系統(tǒng)的前部區(qū)域。中興通訊的大規(guī)模MIMO基站可將天線、基站單元和射頻集成在單個模塊中，所需的安裝空間僅為傳統(tǒng)系統(tǒng)的1/3，從而降低了運營商的運營成本和總擁有成本。而賽靈思28nm Kintex-7器件正是該解決方案的核心組件，可提供行業(yè)領先的數(shù)字前端處理功能和高級基帶算法實現(xiàn)，助其在單載波傳輸容量和頻譜效率等方面刷下新記錄。

下一代前傳接口：為實現(xiàn)大規(guī)模連接與更大容量

對于5G 網(wǎng)絡的大規(guī)模連接與容量要求，分布式小型基站、支持數(shù)百個天線的Massive MIMO 以及通過 CloudRAN 進行的集中式基帶處理等技術將顯著增大覆蓋范圍與數(shù)據(jù)吞吐量。而網(wǎng)絡則將需要通過回程及光前傳來進行安全連接，以完成處理，實現(xiàn)大規(guī)模連接成了另一個頭痛的焦點。

對此，楊飛也介紹道：“目前，賽靈思正與中國移動研究院（CMRI）結(jié)合C-RAN、大型天線系統(tǒng)和3D MIMO等新興技術，共同研究開發(fā)新型無線網(wǎng)絡前傳接口的關鍵技術和組件，并已就下一代前傳接口（NGFI）的開發(fā)簽署合作備忘錄（ MOU）。 ”

據(jù)賽靈思方面介紹，在目前的無線系統(tǒng)中，基帶設備和射頻單元通過CPRI前傳網(wǎng)絡協(xié)議連接（見圖5 紅色框部分），隨著其帶寬增速迅猛，需要運營商鋪設越來越多的光纖電纜,將導致部署成本的大幅增加。未來無線網(wǎng)絡的發(fā)展趨向于集中式的基帶架構(gòu)，必然會對的前傳網(wǎng)絡提出更大的挑戰(zhàn)，亟需新技術改進前傳協(xié)議。據(jù)悉，探討的一些可能性是將部分基帶處理移動到射頻側(cè)，以降低總體有效載荷帶寬，從而利于提高射頻域的集成度。當然無論最終會否集成到射頻中，基帶處理、射頻、及相關前傳技術都將構(gòu)成5G的重點。

圖5：基帶設備和射頻單元通過CPRI前傳網(wǎng)絡協(xié)議連接，探討的一些可能性是將部分基帶處理移動到射頻側(cè)，以降低總體有效載荷帶寬，從而利于提高射頻域的集成度。

據(jù)悉，賽靈思正通過其Zynq SoC平臺，為NGFI生態(tài)系統(tǒng)打造一個經(jīng)驗證的NGFI參考設計。這個參考設計可以很容易地遷移到其它Zynq和Zynq UltraScale+ MPSoC 器件上，有望成為4.5G/5G無線前傳網(wǎng)絡研究的基準框架，并為下一代高度優(yōu)化的前傳接口設計提供關鍵的技術和組件。

5G會為全可編程硬件開辟下一個藍海

除了倚重可編程功能來降低設計風險，加速產(chǎn)品上市進程，賽靈思全可編程硬件還從源頭滿足了運營商們和設備商的一個演進需求，那就是強調(diào)“服務”和“軟件定義”。

在賽靈思所開啟的全可編程處理器市場中，5G會是其中非常有潛力的一塊。據(jù)楊飛介紹，目前賽靈思在5G的參與是全方位的，包括基帶、射頻、前傳、回程、毫米波等。再加上5G時代一定會是“云+物聯(lián)網(wǎng)”結(jié)合的時代，整個市場一定會有爆發(fā)性成長，楊飛預估，隨著帶寬和應用場景的不斷擴大，賽靈思器件的應用市場將有約5倍擴大的潛力。從28nm開始，賽靈思的 Zynq SoC就是軟件定義硬件最優(yōu)化的全可編程架構(gòu)，到現(xiàn)在已供貨的20nm UltraScale產(chǎn)品系列、已流片的16nm UltraScale+系列，包括最新的16nm MP SoC，器件內(nèi)部所包含的各類處理資源也更為豐富，所有這些都將為5G的下一步發(fā)展提供更為可期待的提升空間。

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