導(dǎo)言

　　在過去的20年中，手機(jī)已實(shí)現(xiàn)了爆炸式增長，成為我們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€(gè)重要部分。至始至終，ARM都是手機(jī)的核心部分，在支持日益復(fù)雜功能的同時(shí)一直致力于通過行業(yè)領(lǐng)先的低功耗來延長電池壽命。

　　智能手機(jī)的復(fù)雜性尚未得到充分的認(rèn)識，通常而言，智能手機(jī)都擁有10個(gè)以上基于ARM的處理器，負(fù)責(zé)處理觸屏、感應(yīng)處理器、定位、照相、圖形、應(yīng)用程序等功能以及不斷增長的大量連接功能，如Wi-Fi、藍(lán)牙和LTE。

　　隨著無線通信行業(yè)為下一代移動(dòng)寬帶設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化而升級，即實(shí)現(xiàn)所謂的“5G”， 本白皮書將探討這對于技術(shù)、挑戰(zhàn)和使用案例來說意味著什么。我們將重點(diǎn)關(guān)注基于ARM Cortex-R8的實(shí)時(shí)處理器將如何為我們帶來多兆比特（multi-Gigabit）的新產(chǎn)品，同時(shí)仍以低功耗作為設(shè)計(jì)核心。

　　快速移動(dòng)寬帶革命

　　隨著移動(dòng)寬帶的持續(xù)變革，我們看到新的使用案例正不斷涌現(xiàn)。5G的出現(xiàn)將繼續(xù)推動(dòng)一直處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)且相互連接的世界，同時(shí)反過來改變?nèi)祟愅澜缃换サ姆绞健Ｍ嗾妆忍胤?wù)一樣，5G也承諾支持低吞吐量、能量受限的設(shè)備或所謂的“Massive Machine-Type Communications” （mMTC）。我們看到如今LTE中出現(xiàn)了MTC，其標(biāo)準(zhǔn)包括LTE Cat-0和NB-IOT，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都保證為5G奠定基礎(chǔ)。

　　談及5G，人們腦海中首先想到的就是移動(dòng)設(shè)備。如今智能手機(jī)的體驗(yàn)已經(jīng)夠復(fù)雜的了，那么隨著5G的來臨，手機(jī)又有什么不一樣的地方呢？如今討論5G標(biāo)準(zhǔn)的一些提議大多圍繞網(wǎng)絡(luò)效率，主要關(guān)注如何處理移動(dòng)數(shù)據(jù)的絕對值和需求。千兆位級服務(wù)將允許消費(fèi)者在近乎瞬間內(nèi)完成數(shù)字化內(nèi)容下載，而超低延時(shí)連接可使諸如VR 和AR服務(wù)、新型的汽車應(yīng)用皆成為可能。

　　在傳統(tǒng)手機(jī)之外，我們將5G視為一個(gè)重要技術(shù)，能夠促成更多的額外服務(wù)。5G將讓遠(yuǎn)程醫(yī)療變成現(xiàn)實(shí)，允許內(nèi)科醫(yī)生和醫(yī)療保健工作者通過連接5G的設(shè)備遠(yuǎn)程管理病人，這是普及醫(yī)療保健和身心健康的真正機(jī)會(huì)。

　　低碳經(jīng)濟(jì)可能是未來十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)達(dá)世界的最大挑戰(zhàn)之一。高效可靠無線互聯(lián)網(wǎng)的廣泛利用將有助于實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，因?yàn)檫@可以保證效率并促成更高程度的控制和融合。從管理智能街道照明、遠(yuǎn)程排放監(jiān)控、公共交通到公共信息，5G將為我們的日常生活帶來無限可能。就連5G網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)本身也要求降低功耗，這同時(shí)可為移動(dòng)運(yùn)營商降低運(yùn)營成本，并極大地降低碳排放。

　　5G不僅僅能夠在家里家外，還能在開車時(shí)為我們帶來全新體驗(yàn)。5G被視為“超越移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)”的技術(shù)。其高性能和低延遲的特點(diǎn)，使其能夠以傳統(tǒng)4G/WiFi服務(wù)難以企及的方式進(jìn)行推廣。互聯(lián)汽車或自動(dòng)駕駛被視為非常需要高可靠、低延遲無線連接的重要領(lǐng)域，用于例如安全和防碰撞。

　　使下一代設(shè)備成為可能

　　頻譜是一個(gè)寶貴的資源，而過去十年間隨著移動(dòng)業(yè)務(wù)需求量的激增，對無線電頻譜的需求也隨之增長。以前我們認(rèn)為無線電頻譜分為“塊”或“媒介物”，可以應(yīng)用于不同領(lǐng)域，例如電視、Wi-Fi、藍(lán)牙或手機(jī)。監(jiān)管者，例如美國的聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）和英國的通信管理局（OFCOM））按區(qū)域分配頻譜以用于不同領(lǐng)域。

　　在手機(jī)出現(xiàn)的早期就相對簡單，分配幾塊頻譜（通常以拍賣的方式進(jìn)行）以提供主要以語音為基礎(chǔ)的服務(wù)，這從其本質(zhì)上而言只會(huì)消耗很少量的頻譜。在過去十年內(nèi)，隨著智能手機(jī)的出現(xiàn)，這一情形不復(fù)存在，而且頻譜越來越多地被用于移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。一般而言，提供給用戶的吞吐量越高，為此服務(wù)而使用的頻譜也越多。如果你也將這一數(shù)字乘以用戶數(shù)，你很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)供不應(yīng)求，而傳統(tǒng)意義上的頻譜分配沒有跟上這一變化。

　　認(rèn)識到這一點(diǎn)之后，我們整個(gè)行業(yè)要如何跟上變化、提供移動(dòng)寬帶體驗(yàn)，而這對未來十年的手機(jī)技術(shù)挑戰(zhàn)又意味著什么呢？

　　外加先進(jìn)無線技術(shù)的載波聚合（稱為MIMO）被用于幫助緩解壓力并提供更高效的服務(wù)。從3G系統(tǒng)到LTE，我們看到數(shù)據(jù)速率不斷增加，盡管這部分成果來源于更復(fù)雜的調(diào)制和MIMO技術(shù)，但是吞吐量的增加主要受益于載波聚合的進(jìn)步，使得更高效利用碎片式頻譜成為現(xiàn)實(shí)。

　　授權(quán)頻段是頻譜的一部分，其使用也存在特定的局限性；例如：某塊頻譜可能僅限于手機(jī)業(yè)務(wù)使用并分配給某個(gè)特定的手機(jī)運(yùn)營商。授權(quán)頻段的優(yōu)勢在于運(yùn)營商可以完全控制該部分的頻譜，這樣就可以管理服務(wù)質(zhì)量并提供相應(yīng)的服務(wù)。授權(quán)頻段的局限性在于其是一種始終寶貴的資源，無法滿足移動(dòng)數(shù)據(jù)不斷增長的需求，無法滿足快速增長的用戶群體的要求。為了克服這個(gè)局限性，運(yùn)營商越來越關(guān)注他們?nèi)绾慰梢詫⑽词跈?quán)頻段和既有的授權(quán)頻段服務(wù)結(jié)合起來。我們越來越多地看到將未授權(quán)頻段納入到載波聚合，這樣設(shè)備可以同時(shí)使用授權(quán)頻段（通常作為一個(gè)控制通道）和未授權(quán)卸載，如：用于諸如Wi-Fi和新興的LTE未授權(quán)技術(shù)。第三代合作伙伴項(xiàng)目（3GPP）內(nèi)許多LTE標(biāo)準(zhǔn)所剩的優(yōu)勢集中關(guān)注這些未授權(quán)卸載技術(shù)的管理。

　　5G擁有良好的前景，但是其標(biāo)準(zhǔn)尚未確立。正如我們在前一節(jié)所看到的，如果處理得當(dāng)，那么5G將開啟未來20年數(shù)字化服務(wù)的發(fā)展，為我們的日常生活帶來全新，并且更強(qiáng)大的用例。

　　5G的核心將帶來全新的調(diào)制算法和日益復(fù)雜的MIMO技術(shù)，從而最大化寶貴頻譜資源的使用效率并提供較早期LTE性能50倍的吞吐量。5G概念也包括一個(gè)很寬波段的頻帶，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們?nèi)缃裨贚TE中看到的頻帶，原因在于使各頻段間的接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)和諧，并且在努力增加下一代服務(wù)的容量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)效率的最大化。從提供廣域服務(wù)的sub GHz頻段到如今Wi-Fi廣泛使用的區(qū)域性GHz頻段，我們將看到5G應(yīng)用于范圍廣泛的部署情景。進(jìn)一步來講，5G能夠支持30Hz以上的至今未充分利用的mm波段。這些波段能夠提供與5G相關(guān)的數(shù)千兆比特每秒（multi-Gbps）吞吐量。mm波段的缺點(diǎn)之一包括：我們只可以期待設(shè)備在“視線”和基站幾十米之內(nèi)工作，這在本質(zhì)上將為部署帶來挑戰(zhàn)。

　　所以，這一切對智能手機(jī)的未來都意味著什么呢？尤其是對調(diào)制解調(diào)器基帶加工的未來意味著什么呢？回顧這些趨勢，我們注意到，SoC設(shè)計(jì)者在滿足以下新要求時(shí)也面臨這三個(gè)主題：

　　數(shù)據(jù)速率持續(xù)上升，我們有望看到在不久的將來以LTE為基礎(chǔ)的多兆比特服務(wù)，5G的吞吐量可能可以高達(dá)10至20Gbps。

　　載波聚合的大量增加。吞吐量和網(wǎng)絡(luò)容量最終由日益復(fù)雜的載波聚合提供。該聚合讓手機(jī)調(diào)制解調(diào)器處理器具有高運(yùn)算復(fù)雜度，因?yàn)槠錇槎鄠€(gè)并聯(lián)無線接入承載服務(wù)。該主題將持續(xù)成為LTE技術(shù)（LTE高級Pro）和5G技術(shù)進(jìn)化的關(guān)鍵。

　　為持續(xù)推動(dòng)功效和手機(jī)電池壽命的最大化。由于引進(jìn)了新的接入技術(shù)，新的技術(shù)無法就用戶體驗(yàn)做出妥協(xié)，因?yàn)檫@樣的手機(jī)調(diào)制解調(diào)器需要將功效作為其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

　　正如我們將在本白皮書下文內(nèi)容看到的一樣，ARM Cortex-R8有助于設(shè)計(jì)者能夠滿足以上需求，在兼顧上一代諸如3G和LTE等技術(shù)的反向兼容性和傳統(tǒng)支持的同時(shí)，繼續(xù)成為當(dāng)前多模設(shè)備的必須。

　　介紹Cortex-R8，下一代移動(dòng)寬帶的關(guān)鍵

　　Cortex-R8處理器是自ARM以來最高性能嵌入式實(shí)時(shí)處理器。該處理器采用成熟技術(shù)，但是將性能表現(xiàn)提升到新高峰。處理器流水線采用了許多ARM技術(shù)，用以開發(fā)最高性能的應(yīng)用處理器，并使這些處理器提供最高性能的同時(shí)，滿足強(qiáng)實(shí)時(shí)（hard real-time） 的要求。