Реализация функционального блока радиоустройства на основе системы-на-кристалле.
DOI:
https://doi.org/10.31489/2023No4/74-80Ключевые слова:
Программируемая логическая интегральная схема, Zynq, Fifth Generation New Radio, Radio Unit, многолучевой доступ с ортогональным разделением частотАннотация
Данная статья посвящена реализации функционального блока радиоустройства на основе системы-на-кристалле. Основное внимание уделяется интеграции блоков радиоустройства, таких как модуляция и быстрое преобразование Фурье, на программируемых вентильных матрицах. Подробно рассматриваются технические аспекты проектирования, тестирования модулей и оптимизацию производительности блоков радиоустройства. Результаты показывает, что при разделении функциональности радиоблока 7.3 технологии Fifth Generation (5G) блок модуляции использует минимальное количества ресурсов программируемых вентильных матрицах по сравнению с остальными блоками. Блок быстрого преобразования Фурье может соответствовать требованию задержки при максимально используемой размере и тактовой частоте программируемых вентильных матрицах 250 МГЦ. Эта статья служит ресурсом для инженеров и исследователей, заинтересованных в оптимизации процесса разработки и интеграции высокопроизводительных функциональных блоков в современных радиосистемах.
Библиографические ссылки
Bishop J., Chareau J. M., Bonavitacola F. Implementing 5G NR features in FPGA. IEEE, Proceeding of the European Conference on Networks and Communications (EuCNC), 2018, pp. 373 – 379. doi:10.1109/EuCNC.2018.8443214. DOI: https://doi.org/10.1109/EuCNC.2018.8443214
Ricart-Sanchez R., Malagon P., Salva-Garcia P., Chirivella-Perez T., Wang Q., Alcaraz-Calero J. M. Towards an FPGA-Accelerated programmable data path for edge-to-core communications in 5G networks. Journal of Network and Computer Applications, 2018, Vol. 124, pp. 80 – 93. doi:10.1016/j.jnca.2018.09.012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnca.2018.09.012
Visconti P., Velazquez R., Del-Valle C.S., Fazio R. FPGA based technical solutions for high throughput data processing and encryption for 5G communication: A review. Telecommunication Computing Electronics and Control, 2021, Vol. 19, Part 4, pp. 1291 – 1306. doi:10.12928/telkomnika.v19i4.18400. DOI: https://doi.org/10.12928/telkomnika.v19i4.18400
Kumar V., Mukherjee M., Lloret J. Reconfigurable architecture of UFMC transmitter for 5G and its FPGA prototype. IEEE, Systems Journal, 2019, Vol. 14, Part 1, pp. 28 – 38. doi:10.1109/JSYST.2019.2923549. DOI: https://doi.org/10.1109/JSYST.2019.2923549
Ferreira M.L., Ferreira J.C. An FPGA-oriented baseband modulator architecture for 4G/5G communication scenarios. Electronics, 2018, Vol. 8, Part 1, pp. 2. doi:10.3390/electronics8010002. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics8010002
Lin X. Li J., Baldemair R., Cheng JF. T., Parkvall S., Larsson D.C., Koorapaty H., Frenne M., Falahati S., Grovlen S., Werner K. 5G new radio: Unveiling the essentials of the next generation wireless access technology. IEEE, Communications Standards Magazine, 2019, Vol. 3, Part 3, pp. 30 – 37. doi:10.1109/MCOMSTD.001.1800036. DOI: https://doi.org/10.1109/MCOMSTD.001.1800036
Larsen L.M.P., Checko A., Christiansen H.L. A survey of the functional splits proposed for 5G mobile crosshaul networks. IEEE, Communications Surveys & Tutorials, 2018, Vol. 21, Part 1, pp. 146 – 172. doi:10.1109/COMST.2018.2868805. DOI: https://doi.org/10.1109/COMST.2018.2868805
Borromeo J.C., Kondepu K., Andriolli N., Valcarenghi L. FPGA-accelerated SmartNIC for supporting 5G virtualized Radio Access Network. Computer Networks, 2022, Vol. 210, pp. 108931. doi:10.1016/j.comnet.2022.108931. DOI: https://doi.org/10.1016/j.comnet.2022.108931
Coutinho F.D.L., Silva H.S., Oliveira A.S.R. FPGA-based Design and Optimization of a 5G-NR DU Receiver. IEEE, Telecoms Conference, 2021, pp. 1 – 6. doi:10.1109/ConfTELE50222.2021.9435579. DOI: https://doi.org/10.1109/ConfTELE50222.2021.9435579
Chang C.Y., Chou H.T. FPGA Implementation of 5G NR PDSCH Transceiver for FR2 Millimeter-wave Frequency Bands. Proceeding of the IEEE 4th Eurasia Conference on IOT, Communication and Engineering (ECICE), 2022, pp. 60 – 63. doi:10.1109/ECICE55674.2022.10042864. DOI: https://doi.org/10.1109/ECICE55674.2022.10042864
Coutinho F.D.L., Domingues J.D., Marques P.M.C., Pereira S.S., Silva H.S., Oliveira A.S.R. Towards the flexible and efficient implementation of the 5G-NR RAN physical layer. IEEE, Radio and wireless symposium (RWS), 2021, pp. 130 – 132. doi:10.1109/RWS50353.2021.9360353. DOI: https://doi.org/10.1109/RWS50353.2021.9360353
Domingues J.D., Silva H.S., Oliveira A.S.R. FPGA Implementation of a 4G/5G Multimode DU Downlink Transmission Chain. IEEE, Telecoms Conf., 2021, pp. 1 – 5. doi:10.1109/conftele50222.2021.9435553. DOI: https://doi.org/10.1109/ConfTELE50222.2021.9435553
Chamola V., Patra S., Kumar N., Guizani M. FPGA for 5G: Re-configurable hardware for next generation communication. IEEE, Wireless Communications, 2020, Vol. 27, Part 3, pp. 140 – 147. doi:10.1109/MWC.001.1900359. DOI: https://doi.org/10.1109/MWC.001.1900359
Nadal J., Baghdadi A. Parallel and flexible 5G LDPC decoder architecture targeting FPGA. IEEE, Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, 2021, Vol. 29, Part 6, pp. 1141 – 1151. doi:10.1109/TVLSI.2021.3072866. DOI: https://doi.org/10.1109/TVLSI.2021.3072866
Shah N. A., Lazarescu M. T., Quasso R., Scarpina S., Lavagno L. FPGA Acceleration of 3GPP Channel Model Emulator for 5G New Radio. IEEE, Access, 2022, Vol. 10, pp. 119386 – 119401. doi:10.1109/ACCESS.2022.3221124. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3221124
Papatheofanous E.A., Reisis D., Nikitopoulos K. LDPC hardware acceleration in 5G open radio access network platforms. IEEE, Access, 2021, Vol. 9, pp. 152960 – 152971. doi:10.1109/ACCESS.2021.3127039. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3127039
Kim J., Kim D., Choi S. 3GPP SA2 architecture and functions for 5G mobile communication system. ICT express, 2017, Vol. 3, Part 1, pp. 1 – 8. doi:10.1016/j.icte.2017.03.007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.icte.2017.03.007
Wypiór D., Klinkowski M., Michalski I. Open ran-radio access network evolution, benefits and market trends. Applied Sciences, 2022, Vol. 12, Part 1, pp. 408. doi:10.3390/app12010408. DOI: https://doi.org/10.3390/app12010408
Holma H., Toskala A., Nakamura T. 5G technology: 3GPP new radio. John Wiley & Sons, 2020. DOI: https://doi.org/10.1002/9781119236306
