5G无线技术随时随地畅连无阻

正当无线运营商为提高盈利水平而争先恐后向消费者提供新业务、新设备，增加带宽和业务方案之际，基础设施企业也在竞相把构成新一代无线通信基础的5G设备投入实用。为将这种5G无线基础设施变为现实，近期被国家仪器收购的BEEcube公司利用灵思FPGA和Zynq-7000 All Programmable SoC为5G设备制造商提供新的仿真系统和移动手持终端仿真器。BEE7及nanoBEE正在提升设计团队的创新力和生产力，这样他们就能领先竞争对手把5G技术投放市场。

在详细介绍BEEcube基于FPGA的新款产品之前，我们先简单介绍一下无线通信行业对5G市场的愿景和该市场面临的技术挑战。

5G愿景
构建无线行业未来的关键部分就是5G无线网络的大规模部署。5G的首要目标旨在支持千倍容量增长，支撑至少1000亿台设备的连接需求，为单个用户提供10Gbps数据速率。此外,这些新网络能够在人、机器和设备之间提供大规模低时延连接。5G网络有望从2020年开始部署。通过演进LTE和Wi-Fi等现有无线射频接入技术，并结合全新技术可打造出5G无线接入技术。

虽然业内已设定5G的最终目标，但究竟如何实现这些目标是一个需要投入数十亿美元才能解决的问题。世界各地的众多企业都正在开发5G基础设施设备以及通过5G进行通信的大量先进设备。

5G的详细技术方案虽然尚未确定，但有几件事是很明确的。未来的无线系统将利用通过大规模MIMO提供的空间分集，以及波束成形和相关技术，更高效地发挥现有带宽的作用。新分配的频谱将专门用于蜂窝通信，增大整体信道容量。通过载波聚合技术和新频带，将实现更高的用户吞吐量。城市蜂窝站点的密度将增大，同时功耗要求将降低，给定区域的频谱利用率也将显著提高。核心网络将增加云在数据和控制方面的用途。

由于5G标准尚未制定，如果企业能使用拥有海量I/O且计算功能强大的FPGA平台来演示正常运行的"无线"系统，将有助于让其思路和规格为国际标准组织所采用。这些平台能实现快速原型设计，便于在现场使用真实数据测试算法并连续运行数天或数周。

理想的无线基础设施原型设计平台
没有单个平台能够满足对5G原型设计的全部要求。但已经能够明确关键要求。

数据吞吐量提升1,000倍会给所有5G通信硬件带来压力。所有原型平台的容量密度必须能够扩展到数十TBps，接入数百条光纤，并支持数十GS的RF模拟数据。

实现大规模MIMO中使用的众多天线与扇区上的高阶调制方案所需的DSP处理能力极高。需要数万个乘法累加器(MAC)单元。

随着新型通信系统日趋复杂，除最大型OEM厂商外，不是所有的OEM厂商都能保有其全部IP。拥有包括大规模MIMO、CPRI、多波形和LTE-Advanced协议栈在内的丰富IP集可以显著加速开发进程（见侧边栏）。

全球各地的运营商都在努力把尽量多的处理推送到云端。这一努力可充分利用数据中心的规模效益，而且通过这样做，可以降低每次调用的处理成本。高效连接至云端需要10GE、40GE或PCIe® 接口。

编程模型必须支持现有的主要C语言、C语言转逻辑门、VHDL、Verilog设计流程和各种高级建模环境（LabVIEW和MATLAB®/Simulink® 属于两种最常见的）。

在时钟方面，为了保持高信息密度的宽带无线信号的完整性，该硬件必须能够从CPRI或同步以太网提取嵌入式时钟，同时还能够清除时钟，并在高达6GHZ的ADC采样频率下使设备的机架保持时钟抖动低于300fs。

为应对这些挑战，BEEcube已开发出一个名为BEE7的功能强劲的新型仿真平台。该平台可充分发挥赛灵思Virtex-7 FPGA的业界一流特性。

BEE7平台架构
BEE7平台是BEEcube全新设计的，用来满足上述新一代通信系统要求的高端架构。下面我们将详细介绍BEE7，并了解如何用一个平台解决5G原型设计问题。

在开发高级无线原型设计架构时，您所面临的一个最大挑战就是连接。需要快速高效传输的数据量极为庞大。BEE7原型设计系统的核心是赛灵思XC7VX690T。该器件将80个串行收发器和3,600个DSP Slice结合在一起，让690T成为高级无线应用的世界一流引擎（对原型和对早期现场试用均是如此）。

图1是BEE7刀片。注意：ATCA板型通常用于电信行业。这样便于把BEE7用于现有的基站箱中，供现场试用。四个690T FPGA采用图2所示的方式连接。四个FMC插槽把每个FPGA都连接到一个高性能模拟卡上，支持5.6Gsps的采样率。总容量为64GB的DDR3存储器既可用来采集数据，也能用作广播数据的缓冲器。该存储器在原型设计的初期阶段极为有用。设计团队可使用国家仪器的LabVIEW或The Mathworks的MATLAB来创建仿真向量，然后将它们下载到系统存储器中以供回放，或是对