當(dāng)我們談?wù)?5G 無線時(shí)，我們往往會想到智能手機(jī)和 5G 可以提供的高速寬帶。但智能手機(jī)只是 5G 的眾多用例之一。

除了提高性能外，5G 還提供其他功能，例如低延遲、低功耗、強(qiáng)大的安全性和網(wǎng)絡(luò)切片。這意味著它對于廣泛的應(yīng)用來說是一項(xiàng)有吸引力的技術(shù)，包括物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí) (VR)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 耳機(jī)和虛擬世界、監(jiān)控、醫(yī)療保健、工業(yè)、汽車和還有很多。

事實(shí)上，預(yù)計(jì)到 2026 年，工業(yè)機(jī)器對機(jī)器 (M2M) 應(yīng)用將占 5G 非手機(jī)數(shù)量的 70%，尤其是在中國。愛立信移動(dòng)報(bào)告預(yù)測，2027年將有 55 億蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接，高于 2021 年的 19 億。

圖 1：5G 應(yīng)用。

對于這些其他應(yīng)用，它們中的大多數(shù)都需要能夠在足夠的性能、低延遲（URLLC - 參見圖 1）和低功耗之間提供平衡的嵌入式無線產(chǎn)品。它們通常不需要5G增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶能力的高速；也許只是從傳感器或邊緣設(shè)備發(fā)送小數(shù)據(jù)包。任何特定的應(yīng)用程序都有自己的一組要求，這意味著需要靈活地在每種情況下提供優(yōu)化的解決方案。

過去，蜂窩寬帶無法為其中許多用例提供正確的解決方案，因?yàn)榭捎玫漠a(chǎn)品耗電過多且不夠緊湊。相反，首選技術(shù)通常是 Wi-Fi 或藍(lán)牙——它們?nèi)匀豢梢宰鳛榉涓C網(wǎng)絡(luò)的替代品，但不能提供 5G 的所有功能和性能，或連接到公共網(wǎng)絡(luò)的能力。

這將隨著 5G 縮減能力 (RedCap) 的發(fā)展而改變。也稱為 NR-Lite，新的 5G RedCap 標(biāo)準(zhǔn)對于非手機(jī)應(yīng)用將非常重要。它提供與 LTE Cat 相當(dāng)?shù)男阅堋?，大約 85 Mbps（對于單天線/層模式），同時(shí)提供改進(jìn)的延遲和其他 5G 功能，例如定位（個(gè)人跟蹤器中的巨大消費(fèi)者潛力）、mmWave 和免許可頻譜以及網(wǎng)絡(luò)切片。RedCap 可以使用比“標(biāo)準(zhǔn)”5G 更簡單的解決方案，同時(shí)降低功耗，從而實(shí)現(xiàn)低成本的 5G 部署。RedCap 承諾將基帶集成到片上系統(tǒng) (SoC) 中，具有成本效益的射頻集成電路集成，并支持真正的半雙工操作模式。

表 1：RedCap 與傳統(tǒng)蜂窩技術(shù)的比較。

RedCap 預(yù)計(jì)將廣泛用于工業(yè)傳感器、監(jiān)控?cái)z像頭（用于智能城市和家庭安全）和可穿戴設(shè)備等用例中。其規(guī)格將在 5G Release 17 中最終確定，預(yù)計(jì)將于 2022 年完成。首批 RedCap 模塊可能會在 2023 年末或 2024 年上市，RedCap 將在本十年后半期開始獲得可觀的市場份額。

開發(fā)要求

一旦半導(dǎo)體公司和 OEM 確定 5G 是適合他們的技術(shù)，他們就需要采購或開發(fā)合適的組件。具體來說，5G調(diào)制解調(diào)器是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，它極大地影響著所設(shè)計(jì)的5G設(shè)備的性能、成本和功耗。

5G 調(diào)制解調(diào)器可作為現(xiàn)有供應(yīng)商（如高通）的現(xiàn)成部件提供。然而，這些調(diào)制解調(diào)器芯片可能相對昂貴，并且沒有很好的集成到 SoC 中的路徑來降低成本。

相反，OEM 可能希望在內(nèi)部開發(fā)特定于應(yīng)用的 5G 調(diào)制解調(diào)器。除了保持低成本（許多對價(jià)格敏感的應(yīng)用程序所必需的）外，這將使他們能夠針對自己的特定要求優(yōu)化 5G 調(diào)制解調(diào)器。通過創(chuàng)建自己的 5G 調(diào)制解調(diào)器，公司可以準(zhǔn)確地選擇他們想要在性能、功耗和延遲之間妥協(xié)的地方。OEM 還可以將 5G 基帶集成到連接 SoC 中，如圖 2 所示。

圖 2：5G RedCap 作為可穿戴設(shè)備連接選項(xiàng)的一部分。

隨著外形尺寸越來越小，特別是對于物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)緊湊的解決方案也很重要。一個(gè)有吸引力的答案是使用來自一個(gè)或多個(gè)供應(yīng)商的具有知識產(chǎn)權(quán) (IP) 的 SoC 集成到一個(gè)單芯片解決方案中——與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成 5G 芯片所需的多芯片解決方案相比。

這一切都很好，但開發(fā) 5G 調(diào)制解調(diào)器是一項(xiàng)艱巨而復(fù)雜的任務(wù)。過去，公司可以從數(shù)字信號處理器 (DSP) 內(nèi)核開始，然后主要在軟件中實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器。如今，這還不夠好——這種方法的功耗太高，無法用于大多數(shù)用例。為了提供足夠高的效率，您需要進(jìn)行許多優(yōu)化，并在專用硬件加速器中加速許多基帶操作，這對于大多數(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來說可能是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

靈活的平臺方法

到目前為止，我們已經(jīng)研究了 5G 調(diào)制解調(diào)器的兩個(gè)選項(xiàng)。首先，購買專用調(diào)制解調(diào)器芯片不僅成本高昂且不靈活，還可能意味著您依賴外部供應(yīng)商的路線圖——從而使長期規(guī)劃變得困難，并增加了對您的設(shè)計(jì)產(chǎn)生負(fù)面影響的變更風(fēng)險(xiǎn)?；蛘?，您可以將大量資源用于內(nèi)部開發(fā)，但這將對上市時(shí)間產(chǎn)生重大影響并增加風(fēng)險(xiǎn)。

第三種方式：使用靈活的硬件和軟件平臺，可以集成到您自己的 SoC 中。這種方法的主要優(yōu)勢之一——例如 CEVA 的 PentaG2，一個(gè)結(jié)合了 DSP 和加速器用于基帶處理的完整 IP 平臺——是靈活性。除了能夠以經(jīng)濟(jì)高效的方式設(shè)計(jì)高性能且低功耗的調(diào)制解調(diào)器外，這一點(diǎn)也很重要，因?yàn)樗婕暗哪承┘夹g(shù)（例如 RedCap）尚未完全標(biāo)準(zhǔn)化。這意味著任何解決方案都可能需要重新設(shè)計(jì)以滿足 3GPP 規(guī)范的未來變化，因此硬件/軟件分區(qū)以及使用可配置和靈活的硬件加速器至關(guān)重要。

借助基于 IP 的靈活平臺，公司還可以引入自己的專有算法和 IP 在 SoC 上運(yùn)行，例如信道估計(jì)、前向糾錯(cuò)或高級均衡。這可以作為平臺提供的主要 IP 塊的補(bǔ)充，或者替換一個(gè)或多個(gè)平臺的標(biāo)準(zhǔn)加速器。

所需的修改量取決于應(yīng)用程序。例如，AR/VR 耳機(jī)需要提供極低的延遲和卓越的服務(wù)質(zhì)量，才能保持良好的用戶體驗(yàn)——而 5G 是唯一能夠滿足這些要求的技術(shù)。作為便攜式消費(fèi)設(shè)備，大多數(shù) AR/VR 產(chǎn)品的成本和功耗也可能受到嚴(yán)格限制。為了滿足所有這些相互沖突的需求，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可能不得不在其產(chǎn)品中廣泛定制 5G 調(diào)制解調(diào)器。

總而言之，要開發(fā) 5G 調(diào)制解調(diào)器，迄今為止的兩個(gè)主要選擇是從調(diào)制解調(diào)器供應(yīng)商處購買現(xiàn)成的芯片，或在內(nèi)部進(jìn)行開發(fā)。兩者都有缺點(diǎn)：5G 調(diào)制解調(diào)器芯片可能很昂貴，而且您無法優(yōu)化它們的設(shè)計(jì)?；蛘?，假設(shè)您甚至可以雇用足夠多的合適人選，自己做所有事情可能會很慢、昂貴且有風(fēng)險(xiǎn)。

然而，靈活的硬件/軟件平臺可以顯著降低半導(dǎo)體公司和 OEM 尋求自己處理 5G 調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)的進(jìn)入壁壘，無論是針對物聯(lián)網(wǎng)等新市場開放，還是僅僅針對 5G 手機(jī)。通過這種平臺方法，設(shè)計(jì)人員可以將他們的 5G 調(diào)制解調(diào)器集成到 SoC 中，并且通過正確的平臺，這可以實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性和靈活性，從而針對特定要求優(yōu)化 5G 設(shè)計(jì)。

審核編輯 黃昊宇