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5G基站设计及基带集成电路的挑战

时间:2019-08-26 作者:Challey 阅读:
5G技术非常复杂,5G手机基带研发厂商目前全球只有:华为、高通、三星、联发科MTK、紫光展锐五家。而5G基站的基带呢?可能了解的不多,我们今天就来介绍5G基站设计及基带集成电路的挑战。

大家都知道,5G具有超高速、超低延迟等特性,是未来10-15年技术的重大革新,也是构成未来互联网、物联网的重要基础设施。其技术当然是非常复杂,5G手机基带研发厂商目前全球只有:华为、高通、三星、联发科MTK、紫光展锐五家。而5G基站的基带呢?可能了解的不多,我们今天就来介绍5G基站设计及基带集成电路的挑战。

本文专业性比较强,适合5G基站及基带射频设计等工程师阅读。来源:无极芯动董事长、海南大学信息与通信工程学院刘大可教授。

需要完整资料的请关注机器人网公众号,与客服沟通获取。

一、5G基站介绍

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 5G基站主要分为宏站和微站,微站又分为室外微站、室内分布式微站和室内一体化微站。

基站的功能如下图所示:

5G-1-05.jpg

上面说过,基站分为宏站和微站,宏站主要有四家公司在研发生产:华为、中兴、爱立信、诺基。宏站的集成电路本文不讨论,主要集中在微站。微站被广泛应用,现在世界上还没有专门为微站提供集成电路的供应商。

二、挑战

微站有分为室外微站,室内分布式微站和一体化微站,室外微站为室内补点,室内微站是中国的主流微站,室外微站在欧美多一点,中国不是太多,微站的挑战主要包括四点:

1,射频集成电路的挑战;

2,混合集成电路的挑战;

3,基带集成电路挑战,这是最大的一个问题;

4,协议栈集成电路的挑战,这个问题不大,因为大家多数用X86。

而要研发5G基站,其芯片和集成电路是关键。5G基站由于其技术的复杂性,对集成电路的要求比较高:

1、需要兼容2、3、4G,包括5G本身的RUU内的集成电路,其中包含射频、混合(含传输);数字(含前传CPRI/eCPRI、定时等),这部分需要自研超算来完成。

2、需要兼容2、3、4G、包括5G本身的BBU内的集成电路。其中在物理层(MCU,Rx,Tx,前传后传,授时定时),这部分也需要用自研超算;协议方面(MCU,MAC,RLC,PDCP,S1/NG,X2/Xn),这部分一般用Intel/arm+FPGA来实现。

RUU射频集成电路构成如下图所示:

5G-1-07.jpg

其中,RRU射频集成电路的挑战有:

1、Sub 6G和毫米波射频收发机的挑战;其中包含了以下问题:

A. 超大带宽的带内噪声问题、带内平坦幅度与均衡延迟设计;

B. 带内多天线之间静态和动态幅度相位的一致性问题;

C. 多天线幅度/相位的静态和动态校准问题。

2、Armstrong架构的挑战(LO与MIX的jitter问题),其中有一个问题,那就是:无线光通信是否会取代mmWave(上行的挑战),答案是暂时不可能,这是由技术原理决定的。

RRU混合集成电路的优势如下图:

5G-1-10.jpg

RRU数字集成电路构成如下:

5G-1-11.jpg

RRU数字集成电路的挑战有:

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RRU功放电路DPD的挑战是:

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宏站与微站RRU集成电路及其挑战如下图:

5G-1-14.jpg

在数据与存储管理方面,需要考虑:

1、低延迟存取,包括模块内无延迟存储;模块间低延迟存储;

2、存储碎片收集:及时释放local资源,及时回收global资源;

3、数据复用技术:复用机会,复用策略,静态与动态数据的复用设计。

关于功耗方面的挑战有:

1、建立一套估计系统;

2、建立一套估计流程;

3、完成功耗估计;

4、价格方面的考虑与估计。

这些都曾是国家863重大专项项目。

总的来说,微站的物理层集成电路的实现挑战包括射频方面的、毫米波方面的,ADD设计等的挑战,远端的挑战和基带端的挑战。其中基带要有一个平台,基带理论是基础,逼近实现是方法。实际上超越极限是唯心主义,但是必须要逼近极限。以上不仅仅是处理器方面的知识,还包括软件编程。

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