5G大规模部署可期！赛灵思RFSoC带来颠覆性突破

通信技术的发展给我们的生活带来了巨大的改变，人们享受手机上网体验越来越好的同时，对于通信技术而言却是一场场艰苦卓绝的战斗。5G (Fifth Generation)，即第五代无线通信系统，是在走过模拟通信、第二代GSM、第三代CMDA和正在经历的第四代LTE系统之后，通信人正在攀登的另一座高峰。

2月22日，赛灵思(Xilinx)在北京举行发布会，会上赛灵思为我们带来了5G无线颠覆性的技术突破—RFSoC。想想5G终于快到大规模部署的时刻，小编的手机已经饥渴难耐。

影响5G大规模部署的关键因素

作为一个通信人，要拿下5G这场战斗并不简单，有三大关键问题需要克服。

首先是频谱效率，将毫米波传输应用于新一代的超高带宽系统这是非常重要的一点，像爱立信、诺基亚、华为这些公司都在做毫米波的通信原型;当然还有基带，这也是5G非常重要的一部分;另外就是远端的射频单元包括大规模的MIMO。

赛灵思产品营销副总裁Tim Erjavec称：“在4G LTE的情况，从远端的射线和天线的连接需要耗费大量的功率，效率并不是非常高，为了帮助4G提高，我们开发了天元天线技术进行集成，满足了今天很多LTE提出的挑战，但是如果要实现5G，要在更高的射频频率下进行工作，这方面是远远不够的。为此，赛灵思推出了RFSoC，它能实现了50%-75%的功耗和封装尺寸的缩减。”

Xilinx产品营销副总裁Tim Erjavec

在下图的第二个例子中，我们可以看到很多很多像瓦片状的天线，这就是天元天线的MIMO，可以实现非常密集化的部署。而发射射频率更高的5G，这种天线数量将更多。

首先，我们来看看RFSoC的架构：

从上图我们可以看到，这个片上系统集成了ARM处理器、RF模拟区块、当然还有赛灵思最基础的FPGA区块。那么，赛灵思是如何实现如此低功耗和小封装的呢? 更高水平的工艺当然是一个重要的原因，RFSoC采用16nm工艺制造，此外，赛灵思SoC中设计的改变也是非常重要的进步。

RFSoC低功耗小封装的秘密

传统的可编程SoC设计12×12的射频单元，采用前端射频，它里面也有对处理系统的一个控制，这个器件是通过传统的ADC和DAC的进行连接的。

如上图所示，大家可以看到ADC、DAC和SoC的互联，这些所有的互联环节都需要消耗功率，包括SoC RFSoC元素都需要消耗功率。采用这种分类是的ADC和DAC转换器，收发器有两个，而在5G时代如果大规模的MIMO，可能会有64个，数量会大大增加，消耗的功率也会大大增加。

Xilinx通讯市场总监Harpinder S Matharu称：“赛灵思将数据转换器和SoC集成，这样不仅仅能够节约功耗，另外一方面能够减少尺寸，因为它的设计更加简单，所以它的设计周期也能够有所缩短。”

Xilinx通讯市场总监Harpinder S Matharu

目前，中国移动采用的8x8 2.6G HZ，如果采用可编程器件的话，它的功耗就是23W，如果采用射频ADC、DAC组件的话功耗是32W，如果是分立实现方法的总功耗就是55W，而将数字转换器子系统和SoC进行集成，功耗仅仅只有27W。这对于5G市场的需求满足来说是一个突破性的创新，它使得无线电部署功耗能够降低50%。

这具体是怎么样一个过程呢?我们来看看。如下图：

传统的IF采样流程：天线接收到的信号，进入到滤波器，经过放大过程，进入混频器，上端有一个振荡器，进行滤波和放大，最后到数据转换器。

采用这种ADC的方法，或者基带ADC对信号进行调节电路的处理，这个过程当中会出现信号损失情况，还有非线性的杂质也会渗透到这个过程当中。而且由于采用40nm的老的工艺技术，功耗也较高。而且设计也非常复杂。

Xilinx通讯市场总监Harpinder S Matharu称：“这是业界非常普遍的一个问题，很多其他公司也推出了一些解决方案，来实现直接的RF采样解决方案，比如RF ADC有混频器和滤波器的电路，进行抽差的分解。但是这样的解决方法并不能够根本上解决问题，RF ADC虽然采集率提高，但是它采用的是45纳米的老技术，所以它的功耗是非常高的。还有一些DSP支持的解决方法，在灵活性方面也做的不够，尤其连接方面，因为一端需要支持非常高速的I/O，功耗和封装尺寸都是比较大，设计非常复杂。”

赛灵思如何实现RF模拟集成SoC?

如上图，右侧上端是RF ADC，首先可以看到有不同的单元，通过相位补偿对信号进行调整，还有I/Q混频，加上相应的振荡器。还有抽取这样一个阶段，是一个降频阶段，进行内部接口的时候，可以在更低的射频频段上进行运行。能够实现前端的优化运行，降低功耗。

Xilinx通讯市场总监Harpinder S Matharu称：“这是RFSoC前端的运行情况，可以看一下在这个接口的地方运行频率更低，然后进行内差的阶段，然后又经过I/Q混频和相位的补偿。通过这样RF ADC和RF DAC转换情况，是最好的设计，能够适应相应的设计频普。前端射频频段是完全独立，而且整个设计能够达到完全最优化的状态。这是一个非常独特的设计，能够把数字和模拟的优势进行结合。”

写在最后

在FPGA领域，赛灵思与英特尔Altera这两大巨擎占据了绝对的统治地位。而在5G部署方面，凭借不断积累的技术，赛灵思拿下了80%的市场份额。可以说，已经部署5G的五到六家通信厂商里面，至少五家是采用了赛灵思的技术。

事实上，早在2012年，赛灵思已经开始做集成ADC器件的SoC，但由于当时主推集成高速模拟的ADC&DAC的Virtex-7，而错过了RFSoC，此次，在5G即将成熟之际，赛灵思携RFSoC将给5G大规模部署带来巨大的推动。