5G基站设计及基带集成电路的挑战

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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。
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一、5G基站介绍





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：

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：

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：

RRU数字集成电路构成如下：

RRU数字集成电路的挑战有：

RRU功放电路DPD的挑战是：

宏站与微站RRU集成电路及其挑战如下图：

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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