赛灵思实现5G技术重大突破,创新RFSoC解决功耗和封装挑战

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“信息随心至,万物触手及”——5G移动通信所描述的美好愿景正在向我们走来。各大运营商、研究单位及设备厂商都在紧锣密鼓地推进5G发展,据预测,2020年,将迎来5G的真正商用。但是,要实现真正的万物互联,5G移动通信在技术上的跨越和颠覆将比过去任何一代的通信系统都大得多,这其中,有来自各方面的挑战,尤其是5G标准未最终确定的情况下。

时下,在5G领域,为了使5G原型设计所使用的技术更好地转化为商业部署,移动设备制造商正面临着技术试验和概念验证测试的挑战。

MIMO(大规模多输入多输出)天线阵列技术就是一项极具前景的新技术,它可以满足5G严苛的网络容量要求。但是,与天线阵列进行接口连接的射频单元必须满足极其严格的功耗和封装尺寸要求,如果无法解决功耗和封装问题,MIMO的商用将困难重重。

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2月21日,赛灵思全球发布业界首款采用 RF 级模拟技术的全可编程 (All Programmable) RFSoC,该方案在集成方面取得了突破性的进展,其将高性能 ADC 和 DAC 完美集成到了 SoC 中。通过用集成直接 RF 采样技术取代分立数据转换器,RFSoC 可削减 50-75% 的功耗和封装尺寸。同时,SoC 与直接 RF 信号处理的结合为数字域中提供了全面的灵活性,更适合商用、面向无线基础设施的软件无线电技术。

根据来自赛灵思的统计,目前在部署5G技术的6家厂商中,已经有5家采用了赛灵思的解决方案。赛灵思平台产品营销副总裁Tim Erjavec先生指出,5G大规模MIMO 架构商业部署的两个关键因素是功耗和封装尺寸,赛灵思RFSoC在功耗和封装尺寸方面颠覆性地实现削减一半甚至3/4,这必将大大助推MIMO技术商业化的进程。

赛灵思通信市场部总监Harpinder S Matharu详细介绍了这款产品的创新之处。

高度集成缩减功耗、尺寸,降低设计复杂度

传统的无线电系统包含一个处理器、可配置逻辑、连接 IP,还有数据转换器。当在高 RF 频率下工作时,典型的单通道 ADC 的功耗约为 2W,DAC 的功耗约 1.25W,对于一个高通道系统,其总体功耗就会非常高。同时,与大量分立式转换器建立连接将面临很大的 I/O 挑战。为了随带宽扩展,大多数新型转换器都使用基于 JESD204B 协议的速率高达 12.5Gb/s 的高速串行接口。这种方案存在很多问题。首先,JESD204B IP 核的实现需要时间,要使用宝贵的 FPGA 架构,并消耗大量的功耗。其次,串行 I/O 功耗在更高数据速率下会显著增加。不过,最难的还是建立串行链路。12.5Gb/s 速度下的信号失真是个问题,大多是通过高损耗低成本铜缆连接运行高线路速率所致。这个过程不仅带来更高功耗,还大大增加设计复杂性。

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赛灵思的方案则将这些分立器件集成进一颗单芯片中,从而可以大大缩减功耗和尺寸。经初步测试,赛灵思的集成RF模拟解决方案相比分立传统方案,在典型 4 路发送、4 路接收 (4Tx/4Rx) 天线配置中,功耗降低了40%,8Tx/8Rx系统的功耗降低了50%。

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尺寸减小的程度随收发器和天线数量而增加,因为可以避免使用更多转换器。根据对比,赛灵思的方案在4Tx4Rx 无线电架构中的面积节省约 50%,对于8Tx/8Rx 而言,优势会显著增加,可实现 75% 以上的面积节省。

直接 RF采样带来更高灵活性,应对未来标准变化

除了高度集成,赛灵思的方案另一个创新之处是采用了领先的直接 RF 采样技术,这种现代化的采样方法可“直接”对进入/流出的 RF 信号进行采样,无需事先用模拟器件做任何信号调节。

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信号被数字化之后,利用数字信号处理技术在更为灵活的可编程数字域中完成下变频和信号处理。这些 RF ADC 支持更高的采样率,由于数字域有更好的滤波技术,因此能够更好地在动态范围、信号质量(信噪比)和信号带宽之间进行权衡。

由于能利用同一器件满足不同的 Tx/Rx 天线配置和不断演变的标准,因此移动设备厂商可以对市场变化和机遇做出快速响应。尤其是在目前5G标准未定的情况下,这种灵活性尤为重要。

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