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2019-02-21  来源:人民邮电报社  作者:张阳

5G网络速度将是4G的10倍~100倍,那么5G与4G在核心技术上是否有根本的区别呢?

实际上,对于移动通信系统中最基础的基带处理器件无外乎在于调制解调(解决北京赛车如何在无线电波中进行传输的问题)和多址技术(解决容纳多个用户接入网络的问题),1G到2G的核心技术变革在于从模拟信号到数字信号处理机制的转变,2G到3G的核心技术区别在于从时分多址技术向码分多址技术的转变,3G到4G的核心技术转变在于码分多址向更高效的OFDMA复用多址技术的演变升级,从这个角度来看,5G与4G都是采取OFDMA(上行可采用DFT-s-OFDM) MIMO的调制复用多址技术,从这点来看似乎没什么颠覆性的区别。

当然,5G在4G的基础上为了实现更高的速率提供了更大带宽传输,同时在编码效率上进一步优化提升,物理层的系统级参数配置方面也更灵活多变,协议栈也进行了些许的改动调整,但是这些似乎都不足以促使5G产业“姗姗来迟”,貌似理应与4G“捆绑打包发售”,那么产业中到底是什么根本性的因素决定着5G产业的发展进程呢?

要知道,第一次工业革命的直接诱因是在瓦特发明了蒸汽机之后导致了萌芽资本主义国家经济和政治体制的根本性革命,那什么才是下一代5G通信革命中的“瓦特蒸汽机”呢?

5G的通信网络架构设计是应用驱动的,主要面向更大的带宽(速率)、更低的时延(车联网)以及广域物联网络。

目前,3GPP标准化焦点主要关注于大带宽和低时延方面。大带宽的实现首先是通过提供连续更大(相比4G)的频谱来实现,那么LTE通过更多载波聚合技术就可以支持(目前业内最大能够提供3载波聚合的能力)。因此单纯地实现大带宽的能力并不是5G的“绝活”。大带宽意味着芯片中负责数字信号处理(DSP)的器件运算能力提升,实现4G/5G OFDM调制复用技术的关键在于快速傅立叶变换(FFT)的计算能力,FFT的计算点位(抽头)伴随着带宽增加而相应增加,因此计算的复杂度也是呈指数提升的,从这一层面看来,逐步通过LTE载波聚合技术实现更高的带宽传输也可以看作是实现5G DSP芯片计算能力的一种技术储备和过渡。

芯片

那么,如何在实现大带宽传输能力的同时还保证可靠性以及较低的时延呢?这里主要取决于两个因素——高效的解码能力和对于时频资源的高速调度,而这两个因素本质上又与芯片的实现架构以及处理能力息息相关,因此我们尝试先从芯片技术的架构设计进行一些探讨。

芯片设计有两种架构设计思路:RISC,精简指令集;CISC,复杂指令集。

CISC的典型代表是Intel公司的X86芯片系列,在20世纪90年代,大多数个人电脑(PC)的微处理器都采用CISC体系,还记得那时候陪伴了多少RPG游戏时光的286、386、486……CISC是一种为了便于编程和提高记忆体访问效率的晶片设计体系,其主要特点是后向兼容性较好,软件编程较容易,主要依赖于硬件实现,而采取大量的复杂指令、可变的指令长度、多种的寻址方式等设计理念使得指令集以及晶片的设计比较复杂,不同的指令需要不同的时钟周期来完成,效率优化提升空间较慢。

RISC的典型代表是ARM公司的ARM芯片系列,该架构采取高度优化精简指令集和通用寄存器设计,只包含一些简单、基本、长度固定的指令,通过组合形成复杂指令,另外指令寻址种类较少,执行周期较短,芯片并行处理能力强,流水线效率更高,在使用相同的晶片技术和相同的运行时钟下,RISC系统的运行速度大约是CISC的2~4倍。随之而来也暴露了一些问题,例如编译器需要重新设计,编写代码量变得庞大,需要较大的程序存储空间。

总体来说,采取CISC架构的芯片设计解码效率较低,已经越来越不适用于未来移动平安彩票pa99.com中高速并发数据处理的时延需求,目前仍然存在的x86芯片架构主要为了兼容大量的x86平台上的软件以及对处理效率要求不高的大数据分布式存储工作站。而RISC体系的ARM指令最大特点是处理效率较高,能耗较少,因此,智能移动终端的芯片多采用ARM处理器,也是几种主流的嵌入式处理体系结构之一。

关键词:超深亚微米 电子迁移 III-V 烯基 RSIC 5G