联发科孙伟男:5G modem设计的挑战

责任编辑:王德清 2018.06.21 16:42 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)6月21日,2018年(暨第六届)IMT-2020(5G)峰会在深圳召开,向国内外业界集中发布我国最新5G研究和试验成果。联发科技股份有限公司通讯系统设计总监孙伟男在峰会做了题为《5G modem设计的挑战》的主题演讲。

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以下为演讲全文:

各位领导,与会嘉宾,下午好。很高兴能代表联发科在这里谈一下5G 调制解调器的设计及挑战。今天主要想探讨5G数据机的三个主要挑战,简单来讲,新一代的5G NR数据机设计面临最大的挑战,第一个主要是因为芯片复杂度,5G是否还是一个绿能的科技,相比于LTE时代遭遇更多功率调整的问题。

此外,在5G新的帧结构不同的传输特性情况之下,如何能确保使用者的用户体验。我觉得这些面向5G的主要设计挑战。接下来跟大家分享这三个面向和联发科的观点。

芯片复杂度的推动者,直观来讲就是更高的峰值速率。在我们越来越接近信息论,当中提到的仙农限,同时,我们越来越发现热量极限的挑战。在上一个环节的演讲其实也有讲到这样的概念。更高的数据速率是我们面临的大的挑战。我们先从数据速率说起。要在一个公司取得商业上的成功,必须要很稳健的,很有纪律。这一页说的是联发科在3G开始在Modem做了一些产品,基带复杂度有增加的趋势。很巧合的是,它跟摩尔定律有巧合的关联性。要维持同样的(scaling),在设计的挑战包含几个方面。

在NSA的组网环境,技术的共存增加了芯片的负担。NR使用了高频段,本质上是有一些短板,为了弥补这些覆盖的问题,必须要有一些先进的Modem技术来解决。功耗、面积和性能折衷,特别在LTE后期,联发科感到越来越大的挑战,怎么做好这三者关系的平衡。如何设计一个modem,能够兼容一个多样化的需求,慢慢的形成手机数据设计的挑战。

5G是否还是一个绿能科技,我们可以尝试用功率效率(mW/MB)作为一个指标,LTE跟NR相比,NR对于高速数据传输取得非常好的功率效率. 在高速传输环境之下,NR的确可以相较于LTE获得更好的效率。在待机的部分,所谓的待机的状态,休眠模式…跟一些简单的控制信道监控,甚至是(CDRX)这些应用场景的情况之下,它的功率效率其实比LTE还要差。很不巧的是,我们觉得在一个典型DOU的分析条件下,反而是这些场景占使用者大部分的时间。为什么NR的一些待机功率效率会比LTE差呢?主要有几个可能的因素,第一是它的带宽太大,想象中LTE(典型带宽10/20 MHz),到了NR,如果没有做一些特殊的设计与考量,光是监控信道,什么都不做的情况之下,必须工作在比较大的频宽,80或100MHz。NR的设备有更多的收发天线,如果不能巧妙的使用这些资源,一味的用天线获得分集增益,你也会看到这些功率损耗。联发科对这个问题的观点,希望透过UE结构的优化来解决这个问题。NR的配置相对LTE复杂许多。

整个待机功率效率,光靠UE本身的优化是没有办法有效解决的问题。这边举几个例子,只是抛砖引玉,大家都有各自不同的头脑风暴之后的想法。第一个是带宽部分,简单来讲,(BWP)是一种根据手机的需求跟使用环境,甚至可以更自适应地针对能力和质量做一些限制。为什么这样子可以有效解决?想象中,3GPP已经定调在一些运算的过程中带宽是可以小的,在成功截取到网络之后,如果NR的手机能够像IoT设备驻留在这个网络上,在单纯待机的环境和场景中,就可以取得像IoT一样的低功耗。真正需要大量数据传输的时候,通过大带宽资源进行传输。可以想象网络跟手机,如果在事先能够根据手机需求更恰当的配置更低功耗的模式,适应整个应用的需求,这样才能够比较灵活的解决待机效率问题。除此之外,联发科科技跟产业伙伴致力于在针对这个问题做进一步的探讨。

联发科技跟主要的5G产业伙伴共同推动3GPP Rel-16。这个表的连接模式这边,减少PDCCH监控,跟我刚刚说的观察是有关联的。必须想办法利用网络跟手机协同的一些过程来处理。所以3GPP是有这个动机针对CA/DC 增强,甚至是说在DRX的配制上做更有效率或更进一步的优化。

刚刚说的,为了避免过度使用天线带来的功耗,怎么在quality on demand情况之下针对UE的horse power做一些控制。也成为下一个优化的动机。

最后再简单总结一下,联发科科技在NR数据机的设计过程中有几个条件,有高频段、毫米波的配置。在高频段的使用上,对覆盖明显受限,不管是上行还是下行,上行有一些大规模天线的技术可以加以弥补。但是在手机上来讲,我们还是观察到,这样子的设计,在数据终端机上必须要在性能做进一步的优化,才能达到更好的覆盖。

从毫米波的观点,刚刚前面的演讲者讲了很多我们必须要克服的问题,包含一些外场试验的覆盖测试,但是在手机上来讲包含hand-head 影响,在旋转的时候对毫米波信号的掌握,才能够让用户感觉到高速数据速率的优势,却不会被一些衰减去破坏使用者的体验。一直是手机设备制造商必须要小心处理的问题。

我们发现在NR上面,比如说在高铁上面的一些链路质量,以及为了要提升覆盖所做的一些设计,都是新一代Modem所必备的,而且是要有效解决的。有这些Modem技术才能确保下一代modem技术的成熟。

这个环节的最后分享MediaTek对5G产业的展望,在5G标准化的过程中,联发科科技在信道编码和 L2/L3 关键主题,一直有做出一些切实的贡献,在5G商用化的过程中,在2018年MWC联发科Modem原型,并在怀柔进行了外场的测试。在2019年,希望跟国内的运营商开始积极的开展一些LTE交互性的联网测试,联发科科技致力于让5G变成一个真正的绿能科技,联发科扮演的角色在适当的时间点给消费者带来适合的产品。我们希望在5G的道路上,联发科以比较稳健,确实有纪律的步调,能够对5G的标准化、商业化、普及化作出有效的承诺跟贡献。谢谢!


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