ORAN實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)關(guān)鍵方面是精確的時(shí)間同步，特別是在5G環(huán)境中，精確的定時(shí)、頻率和相位對(duì)準(zhǔn)對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸、切換以及無(wú)線單元和分布式單元之間的協(xié)調(diào)至關(guān)重要。通過(guò)FPGA實(shí)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(guò)復(fù)雜的硬件配置提供全面的定時(shí)支持，包括PCIe x4 Gen 2支持、多個(gè)SFP以太網(wǎng)端口、高級(jí)定時(shí)功能以及對(duì)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。基于FPGA的定時(shí)解決方案集成了網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步器(DPLL)、Stratum 3E OCXO和GNSS定時(shí)模塊等關(guān)鍵組件，確保了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的精確同步。

該實(shí)施方案通過(guò)HMAC-SHA256-128算法提供了源驗(yàn)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(diǎn)的安全分發(fā)和可用性。

功耗已成為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的一個(gè)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(jì)占用面積，并在使用PCIe和JESD接口時(shí)簡(jiǎn)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(jì)中集成FPGA可在保持低功耗的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。這一點(diǎn)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(guò)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(gè)芯片上，從而減少BOM成本、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(xiǎn)。這種集成對(duì)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(duì)環(huán)境的影響。

塑造電信業(yè)的未來(lái)

事實(shí)證明，F(xiàn)PGA是實(shí)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(dú)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(shí)現(xiàn)新用例和滿足未來(lái)需求方面發(fā)揮越來(lái)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(shí)施的實(shí)際推動(dòng)因素。FPGA能夠支持安全、高性能和高能效的操作，因此對(duì)于希望部署靈活且面向未來(lái)的ORAN解決方案的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，F(xiàn)PGA價(jià)值很大。

展望未來(lái)，通信行業(yè)必須繼續(xù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮安全性、靈活性和可持續(xù)性。FPGA為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)支持通信行業(yè)向開放式、分解式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)過(guò)渡。通過(guò)利用FPGA技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)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(lái)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(jì)就成為一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)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(hào)(nRST)以及中斷信號(hào)線(INT)，其中控制總線包括使能信號(hào)(nOE)、片選信號(hào)(nCS)、讀信號(hào)(nRD)、寫信號(hào)(nWE)，這樣做的好處是，將FPGA芯片存儲(chǔ)器化，即STM32可通過(guò)對(duì)特定地址的訪問(wèn)來(lái)控制FPGA工作，并且可通過(guò)共同的復(fù)位信號(hào)將STM32與FPGA芯片同時(shí)復(fù)位，盡量避免總線競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

STM32與FPGA同時(shí)接收命令，在解析完命令后，F(xiàn)PGA應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，F(xiàn)H認(rèn)組幀完成時(shí)，發(fā)出INT信號(hào)至黜2申請(qǐng)中斷。如果STM32在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到FPGA發(fā)來(lái)的INT信號(hào)，將開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)未能接收INT信號(hào)，STM32將停止FPGA供電電源工作，由STM32代替FPGA工作，保證整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)定進(jìn)行。

5 系統(tǒng)測(cè)試

編碼器所示。測(cè)試時(shí)搭建一對(duì)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(cè)試中利用SignalTap II截取經(jīng)卷積編碼后輸出的部分信號(hào)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(wú)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(cè)試，數(shù)據(jù)傳輸正常，在少量不連續(xù)的錯(cuò)碼情況下，系統(tǒng)能夠

在無(wú)線分布式采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chǔ)資源，實(shí)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(guò)FPGA內(nèi)部邏輯控制，在硬件上實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩路數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)校驗(yàn)及自動(dòng)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)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(wú)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(wú)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(chǎng)可編程門陣列)作為一種高度靈活的硬件平臺(tái)，其在數(shù)據(jù)采集和處理領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。針對(duì)FPGA是否能采集Wifi,Zigbee,藍(lán)牙,2.4G射頻等數(shù)據(jù)的問(wèn)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(guò)適當(dāng)?shù)挠布O(shè)計(jì)和軟件編程，F(xiàn)PGA可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率、不同調(diào)制方式的無(wú)線信號(hào)的采集。

二、針對(duì)特定無(wú)線技術(shù)的數(shù)據(jù)采集

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

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

3.藍(lán)牙：藍(lán)牙技術(shù)廣泛應(yīng)用于短距離無(wú)線通信，F(xiàn)PGA可以通過(guò)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(shí)現(xiàn)藍(lán)牙數(shù)據(jù)的采集。

4.2.4G射頻：2.4G射頻信號(hào)是許多無(wú)線設(shè)備(如無(wú)線鼠標(biāo)、鍵盤、遙控器等)使用的頻段，F(xiàn)PGA可以通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的射頻接收電路和信號(hào)處理算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)2.4G射頻信號(hào)的采集。

三、總結(jié)

綜上所述，F(xiàn)PGA通過(guò)適當(dāng)?shù)挠布O(shè)計(jì)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(wú)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(wú)線數(shù)據(jù)采集和處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。