FPGA有助于創(chuàng)建更綠色的ORAN網(wǎng)絡(luò)

ORAN實現(xiàn)的另一個關(guān)鍵方面是精確的時間同步，特別是在5G環(huán)境中，精確的定時、頻率和相位對準(zhǔn)對于數(shù)據(jù)傳輸、切換以及無線單元和分布式單元之間的協(xié)調(diào)至關(guān)重要。通過FPGA實現(xiàn)安全的IEEE 1588v2是這一領(lǐng)域的重大進(jìn)展。

現(xiàn)代FPGA解決方案(如萊迪思CertusPro?-NX FPGA)通過復(fù)雜的硬件配置提供全面的定時支持，包括PCIe x4 Gen 2支持、多個SFP以太網(wǎng)端口、高級定時功能以及對IEEE 1588-2019技術(shù)規(guī)范和ITU-T配置文件(G.8265.1、G8275.1、G.8275.2)的兼容支持?；贔PGA的定時解決方案集成了網(wǎng)絡(luò)時鐘同步器(DPLL)、Stratum 3E OCXO和GNSS定時模塊等關(guān)鍵組件，確保了整個網(wǎng)絡(luò)的精確同步。

該實施方案通過HMAC-SHA256-128算法提供了源驗證、信息完整性和重放攻擊保護(hù)，并采用了強(qiáng)大的密鑰管理和分發(fā)程序，確保了共享機(jī)密在所有PTP節(jié)點的安全分發(fā)和可用性。

功耗已成為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的一個重要考慮因素。FPGA有助于創(chuàng)建更綠色的ORAN網(wǎng)絡(luò)，特別是在小基站部署中。FPGA可在L1/L2/L3和天線系統(tǒng)之間提供高效橋接。例如，低功耗和小尺寸FPGA可降低總體功耗和設(shè)計占用面積，并在使用PCIe和JESD接口時簡化熱管理要求。

小蜂窩是5G ORAN網(wǎng)絡(luò)不可或缺的組成部分，其部署成功與否在很大程度上取決于靈活、可重構(gòu)和低功耗的解決方案。在小蜂窩設(shè)計中集成FPGA可在保持低功耗的同時實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。這一點在現(xiàn)代小型蜂窩開發(fā)板中尤為明顯，這些開發(fā)板結(jié)合了多種功能，包括Layerscape®處理器、基帶處理器和RFFE組件，它們都通過FPGA技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

FPGA的集成能力可將多種功能整合到單個芯片上，從而減少BOM成本、簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計并降低要求變化和5G技術(shù)演進(jìn)相關(guān)的成本和風(fēng)險。這種集成對于提高小蜂窩部署的成本效益和擴(kuò)大規(guī)模至關(guān)重要。FPGA減少了管理電源和冷卻所需的額外組件，從而大大降低了總體擁有成本和對環(huán)境的影響。

塑造電信業(yè)的未來

事實證明，F(xiàn)PGA是實現(xiàn)開放、靈活和高效ORAN網(wǎng)絡(luò)愿景的基礎(chǔ)。FPGA將可重構(gòu)性、處理能力和低功耗獨特地結(jié)合在一起，解決了現(xiàn)代電信基礎(chǔ)設(shè)施所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA將在實現(xiàn)新用例和滿足未來需求方面發(fā)揮越來越重要的作用。

上文提到的主要電信供應(yīng)商的成功案例表明，F(xiàn)PGA不僅僅是理論上的解決方案，而且是ORAN實施的實際推動因素。FPGA能夠支持安全、高性能和高能效的操作，因此對于希望部署靈活且面向未來的ORAN解決方案的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來說，F(xiàn)PGA價值很大。

展望未來，通信行業(yè)必須繼續(xù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中優(yōu)先考慮安全性、靈活性和可持續(xù)性。FPGA為實現(xiàn)這些目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)，同時支持通信行業(yè)向開放式、分解式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)過渡。通過利用FPGA技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以構(gòu)建既安全又環(huán)保的ORAN網(wǎng)絡(luò)，為更環(huán)保、更靈活的電信行業(yè)未來發(fā)展鋪平道路。

STM32與FPGA連接所示，由于ARM與FPGA的相互通信直接影響著控制器的性能，所以該并行總線的設(shè)計就成為一個非常關(guān)鍵的問題。該總線可以包括芯片的地址總線(ADDR[021])、數(shù)據(jù)總線(DB[015])、控制總線、復(fù)位信號(nRST)以及中斷信號線(INT)，其中控制總線包括使能信號(nOE)、片選信號(nCS)、讀信號(nRD)、寫信號(nWE)，這樣做的好處是，將FPGA芯片存儲器化，即STM32可通過對特定地址的訪問來控制FPGA工作，并且可通過共同的復(fù)位信號將STM32與FPGA芯片同時復(fù)位，盡量避免總線競爭和冒險現(xiàn)象的出現(xiàn)。

STM32與FPGA同時接收命令，在解析完命令后，F(xiàn)PGA應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，F(xiàn)H認(rèn)組幀完成時，發(fā)出INT信號至黜2申請中斷。如果STM32在規(guī)定時間內(nèi)沒有接收到FPGA發(fā)來的INT信號，將開始計時，計時時間內(nèi)未能接收INT信號，STM32將停止FPGA供電電源工作，由STM32代替FPGA工作，保證整個系統(tǒng)能穩(wěn)定進(jìn)行。

5 系統(tǒng)測試

編碼器所示。測試時搭建一對編碼、譯碼器，采用12 V的直流電源供電。待 發(fā)數(shù)據(jù)為208 bits，即208’ b00000000_10010010_01100100_10011001_00100110_01001001_10010010_01100100_10011001_00100110_01001001

_10010010_01100100_10011001_00100110_01001001_10010010_01100100_10011001_00100110_01001001_10010010

_01100100_10011001_00100111_00111111;顯示了測試中利用SignalTap II截取經(jīng)卷積編碼后輸出的部分信號波形。其中z為串行輸人數(shù)據(jù)，yt為卷積編碼后輸出的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)無線發(fā)送后，經(jīng)Viterbi譯碼，仿真圖形如圖11所示，編碼器發(fā)送的數(shù)據(jù)為208 bit S，data_out為譯碼輸出的部分?jǐn)?shù)據(jù)，譯碼數(shù)據(jù)與發(fā)送端的高低位順序相反。由于數(shù)據(jù)經(jīng)發(fā)送后，高低位互換，只截取了經(jīng)Viterbi譯碼后的高27位的譯碼結(jié)果。經(jīng)多次測試，數(shù)據(jù)傳輸正常，在少量不連續(xù)的錯碼情況下，系統(tǒng)能夠

在無線分布式采集系統(tǒng)設(shè)計中，采用了基于卷積編碼、Viterbi譯碼的編碼和互為備份的雙通道傳輸方案，利用了FPGA內(nèi)豐富的邏輯資源以及存儲資源，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離同步可靠傳輸。加入備份數(shù)據(jù)通道后，通過FPGA內(nèi)部邏輯控制，在硬件上實現(xiàn)了對兩路數(shù)據(jù)的實時校驗及自動判選，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。相比于“備份-重傳”等機(jī)制，該方法實現(xiàn)簡單、實時性好，即使某一通道不能正常工作，系統(tǒng)仍能正常進(jìn)行。該無線分布采集系統(tǒng)，滿足了現(xiàn)在同步觸發(fā)和數(shù)據(jù)量不大情況下的傳輸。本文提出的互為備份的雙通道編解碼、數(shù)據(jù)冗余傳輸機(jī)制，亦可應(yīng)用相關(guān)無線傳輸領(lǐng)域，以提高遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。

FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)作為一種高度靈活的硬件平臺，其在數(shù)據(jù)采集和處理領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。針對FPGA是否能采集Wifi,Zigbee,藍(lán)牙,2.4G射頻等數(shù)據(jù)的問題，以下進(jìn)行詳細(xì)分析。

一、FPGA的數(shù)據(jù)采集能力

FPGA具有強(qiáng)大的并行處理能力和高度的可配置性，使其能夠適應(yīng)多種數(shù)據(jù)采集和處理需求。通過適當(dāng)?shù)挠布O(shè)計和軟件編程，F(xiàn)PGA可以實現(xiàn)對不同頻率、不同調(diào)制方式的無線信號的采集。

二、針對特定無線技術(shù)的數(shù)據(jù)采集

1.Wifi：Wifi信號工作在2.4GHz或5GHz頻段，F(xiàn)PGA可以通過配備相應(yīng)的射頻接收模塊和信號處理算法，實現(xiàn)對Wifi信號的采集和解調(diào)。

2.Zigbee：Zigbee是一種低功耗、低速率的無線通信技術(shù)，F(xiàn)PGA同樣可以通過適配的射頻模塊和算法，實現(xiàn)對Zigbee信號的采集。

3.藍(lán)牙：藍(lán)牙技術(shù)廣泛應(yīng)用于短距離無線通信，F(xiàn)PGA可以通過集成藍(lán)牙接收模塊或利用現(xiàn)有的藍(lán)牙芯片與FPGA的接口，實現(xiàn)藍(lán)牙數(shù)據(jù)的采集。

4.2.4G射頻：2.4G射頻信號是許多無線設(shè)備(如無線鼠標(biāo)、鍵盤、遙控器等)使用的頻段，F(xiàn)PGA可以通過設(shè)計相應(yīng)的射頻接收電路和信號處理算法，實現(xiàn)對2.4G射頻信號的采集。

三、總結(jié)

綜上所述，F(xiàn)PGA通過適當(dāng)?shù)挠布O(shè)計和軟件編程，能夠采集包括Wifi,Zigbee,藍(lán)牙以及2.4G射頻等在內(nèi)的多種無線數(shù)據(jù)。其強(qiáng)大的并行處理能力和高度的可配置性，使得FPGA在無線數(shù)據(jù)采集和處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。