关于5G基础设施和对端到端可编程性的需求分析介绍

1.引言
我们目前处于蜂窝连接的转型时期，未来无处不在的无线连接正在兴起。在全球范围内，2G、3G和4G的成功推动手机使用量达到了令人难以置信的75亿部。令人震惊的是，这使得移动设备的数量比全球人口还要多。或许更具影响力的是，蜂窝连接对那些之前被数字化剥夺权利的人产生的影响； 例如，2016年撒哈拉以南非洲地区每100人通常有1部固定电话，但有74台移动连接设备。
展望未来十年，随着5G的出现，无线基础设施将变得更加普遍，甚至与我们日常生活的方方面面完全融为一体。 5G延续了先前蜂窝标准（在驱动带宽方面）的模式，但也将其扩展到更多设备和使用模式。
主要趋势包括：
1．对增强型移动宽带（eMBB）和其他应用的带宽增加需求，特别是以10倍现有吞吐量或者更高速率驱动的瞬时可用带宽。
a. 这将是5G标准化带来的首波驱动力，其中3GPP已于2017年完成非独立（即LTE辅助）新无线电（NR），2018年可提供5G独立版，如图1所示。
b. 5G的部署也将根据频段情况分阶段进行，首先部署6GHz以下，然后是毫米波（mmWave）频率的连续频段，以便在稍后阶段支持关键eMBB应用。

图1：5G的ITU和3GPP时间表

2．随着物联网(IoT)蜂窝网络连接的到来而连接到大量的设备。预计到2020年将有500亿台蜂窝网络连接的设备。这些需求当中的一部分可以通过现有标准满足，同时也要靠Release 16版本中海量机器类通信（mMTC）的现有规范去实现了。
3. 新的应用模式也在不断涌现，这对移动设备及其蜂窝无线基础设施提出了新的要求。示例包括：
a.用于连接多个电池供电物联网端点的低带宽、低功耗的要求，以实现mMTC相关的连接和监控；
b.用于车辆到车辆和车辆到基础设施的连接（C-V2X）高可靠性、低延迟蜂窝网络，以补充现有的V2X解决方案
c.为远程手术和增强/虚拟现实等新兴应用提供的高可靠性、低延迟支持
后两类应用将通过即将推出的3GPP超可靠、低延迟连接（URLLC）标准来解决。
4. 对边缘分析和移动边缘计算（MEC）的新需求。计算重心正在从以前估计的将数据发送到集中式计算资源进行处理，转变为移到位于数据生成原点附近的分布式计算资源的新范例。造成这种转变的原因是多方面的：新兴应用严格的延迟要求、越来越庞大的数据量，以及优化稀缺网络资源的愿望等等许多方面。
2.基带
在本文中，我们考虑如何通过具有高性能CPU子系统和包括FPGA可重编程加速硬件处理单元的SoC架构来成功应对5G的独特需求。
基带从网络接口（例如以太网）获取数据，并将其转换为通过前传（Fronthaul）接口传输到射频前端进行传入/传出的复杂样本。以下高级原理图包括用于LTE下行链路的发送器（图2a），以及用于上行链路的接收器（图2b）。