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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Holma H., Toskala A., Nakamura T. 5G technology: 3GPP new radio. John Wiley & Sons, 2020.
