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5G 通信以高宽带、高速度传输等优势让大众寄托了无限期待，运营商、设备商、方案商都在围绕 5G 展开方案设计、产品研发、通信基站搭建等前期工作，虽然 5G 标准还未发布，但是产业链上下游的合力推动将加快 5G 通信的商用步伐，用户也会更早体验 5G 通信带来的便捷。为了加快 5G 无线回程方案的部署，赛灵思发布了 RFSoC 技术，在单芯片的 SoC 上把数字和模拟结合在一起。据赛灵思公司通信业务主管总监 Gilles Garcia 介绍，“该系列是通过一个突破性的架构将 RF 信号链集成在一个单芯片 SoC 中，致力于加速 5G 无线、有线 Remote-PHY 及其它应用的实现。”如今，ZynqRFSoC 系列已经开始发货，它支持的应用包括 massive-MIMO 的远端射频单元、毫米波移动回程、5G 基带、固定无线访问、有线 Remote-PHY 节点、测试测量、卫星通信等高性能 RF 应用。
赛灵思公司通信业务主管总监 Gilles Garcia
集成模拟采样器件，实现功耗尺寸双下降
5G 通信能够实现大数据、高带宽传输的前提是搭建数量庞大的天线阵列，因此成本耗费巨大，运营商都在想尽办法降低功耗，缩小体积，从而实现成本的降低。传统的 RF 模拟设计方案包含一个片上系统和很多外部 ADC/DAC，然后在此基础上做其它功能设计。赛灵思的方案选择减少芯片的数量，把 ADC 和 DAC 集成进芯片，可以实现直接 RF 采样。在单一芯片上完成模拟和数字集成，封装尺寸缩小，同时还简化了接口，由于无需分立 ADC 和 DAC 器件，采用 RFSoC 的系统功耗和封装尺寸可减少多达 50-75%。
集成分立 ADC 和 DAC 组件后对功耗和面积的影响
可能有用户会问，赛灵思专注于可编程逻辑器件的研发，并不擅长模拟器件的设计，这样集成模拟和数字功能的芯片性能如何？Gilles Garcia 解释，“赛灵思研发这款产品花费了非常长的时间，我们从 2009 年就开始做 RF 技术集成研发，在 2012 推出第一个 28nm 的测试片，2016 年推出 16nm 测试片，现在这款产品已经开始发货。”
避开中频采样的劣势，让系统实现直接 RF 采样
一般中频采样的过程是，先由模拟器件采集信号，在模拟域对所采集的信号进行处理，然后再将信号传递给 ADC，从模拟信号转化为数字信号。这套解决方案在模拟领域测功耗没问题，但缺点是要求系统配置很多器件，而且对器件的封装尺寸和开发人员的设计能力要求比较高。因此赛灵思开发了一个直接 RF 采样器件，可以把模拟和数字都融合到一个器件当中。除了 RF 数据转换器之外，集成模块还包括高能效的 DSP 子系统，支持灵活配置和 RF 信号调节。具体而言，子系统包括：
• 8 个 4GSPS 或 16 个 2GSPS 12 位 ADC，支持数字下变频 (DUC)
• 8-16 个 6.4GSPS14 位 DAC，支持数字上变频 (DDC)
• 直接 RF 采样，支持灵活的模拟设计，提高精度并降低功耗
直接 RF 采样，也就是能够直接对抵达的信号进行采样的能力，无需先向下转换到中频 (IF)，这能为 RF 设计人员提供更高的灵活性。直接对信号进行数字化，再用现代化 DSP 技术进行信号调节，这能提高数字域的性能和可编程性。Gilles Garcia 表示，“直接 RF 采样的缺点是采样率高，使功耗很高，功能多，芯片封装尺寸变大。因此我们把 SoC 和直接采样器件结合起来变成单一芯片，功耗、尺寸得到下降。因为信号采集、处理都集中在数字域，它的灵活性比较高，便于开发人员进行设计。”
实现 RF 集成和 LDPC FEC，支持 Remote-PHY
有线多业务运营商(MSO)在分布式架构和网络虚拟化上一直采用类似于 4G-LTE 到 5G 无线的发展路径。为通过前代有线电视技术 (DOCSIS 3.0) 实现 10 倍的数据速率（10Gb/s 下游），DOCSIS 3.1 标准旨在提高 RF 频谱的效率。反过来，MSO 自然旨在以最小的开销提高该效率。有线运营商是 MSO 战略的重要组成部分，他们正逐步转向分布式接入架构 (DAA)。DAA 也需要移动模拟转换及前端处理，使其靠近用户端。‘光纤深度’和 Remote-PHY 节点部署是这种重新架构的组成部分。用 Remote-PHY 节点取代光学节点，用数字光纤驱动，这不仅可增大带宽，而且还可通过更短的无源同轴电缆满足更多用户需求。深度数字光纤和远程 RF 转换／处理相结合，可大幅提高电源及频谱效率，实现数千兆位的用户带宽。
采用 RFSoC 部署 Remote-PHY 节点
ZynqUltraScale+ RFSoC 可实现小巧的外形、高功率效率，并有助于符合 DOCSIS 3.0 和 DOCSIS 3.1 标准，因此 Remote-PHY 部署不仅可行，而且能升级满足未来需求。Remote-PHY 整合 RF 及数字前端以及支持 LDPCFEC 的调制解调器。关于 RFSoC 在 Remote-PHY 中的应用情况，Gilles Garcia 指出，“现在运营商正在推进 5G 无线和 Remote-PHY，RFSoC 满足这些新架构要求并具有独特优势，我们已经在向中国和其他国家的大客户发货，希望加速客户在这些领域的发展和部署。”
全可编程让 5G 产品随标准灵活改变
研究机构一致预言 5G 通信在 2020 年实现商用，但是标准却迟迟未确定，因此 5G 产品和方案的设计需要具有高度的灵活性，以应对 5G 标准的改变，FPGA 可编程的特点正好符合这种设计需求。Gilles Garcia 强调，“我们的器件是全可编程的，所以随着标准的演化，我们的器件也可以随着标准一起变化。比如：LDPC 编码标准如果发生变化，我们就可以借助可编程逻辑针对 LDPC 的参数进行修改；还有很多音频、视频的 IP 部分，我们都可以对它们进行编程式的修改。” 5G 需求不断发展变化，单一无线电技术不可能满足所有需求，单一 Remote-PHY 配置也不可能满足所有有线电视接入的需求。对于所有终端市场而言，集成都是无缝实现和适应系统的最佳途径。
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