通信与网络中的第五代软件4G基站硬件架构随“需”应变
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2020-10-22
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通信与网络中的第五代软件通信与网络中的第五代软件4G基站硬件架构随基站硬件架构随“需需”应变应变
美国电话电报公司（AT&T）是一家美国电信公司，创建于1877年，曾长期垄断美国长途和本地电话市场。
AT&T在近20年中，曾经过多次分拆和重组。目前，AT&T是美国最大的本地和长途电话公司， 总部曾经位于德
克萨斯州圣安东尼奥，2008年搬到了德州北部大城市达拉斯。 3年前，当苹果发布了iPhone手机之后，巨
大的数据流量甚至击垮了运营商AT&T的网络——AT&T网内数据流量3年内激增了50倍，网络多次出现拥塞或是
局部瘫痪的情况。作为全球第三大运营商，AT&T的实力不可小觑，但这也难抵无线数据流量呈指数级的增长态
势，运营商无线网络的升级速度远远赶不上智能手机用户对网络的占用速度。 4
美国电话电报公司（AT&T）是一家美国电信公司，创建于1877年，曾长期垄断美国长途和本地电话市场。 AT&T在近20
年中，曾经过多次分拆和重组。目前，AT&T是美国最大的本地和长途电话公司， 总部曾经位于德克萨斯州圣安东尼
奥，2008年搬到了德州北部大城市达拉斯。
3年前，当苹果发布了iPhone手机之后，巨大的数据流量甚至击垮了运营商AT&T的网络——AT&T网内数据流量3年内激
增了50倍，网络多次出现拥塞或是局部瘫痪的情况。作为全球第三大运营商，AT&T的实力不可小觑，但这也难抵无线数据流
量呈指数级的增长态势，运营商无线网络的升级速度远远赶不上智能手机用户对网络的占用速度。
4G基础设施打破传统架构基础设施打破传统架构
如今，运营商已开始谋划向4G网络迁移，来解决数据拥塞以及服务质量下降的问题。而4G面临的首要问题可能就是架构
问题，它要突破现有无线通信基础架构拓扑所遇到的瓶颈。
4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度
电视不相上下的技术产品。 4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能
够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计
费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖
的地方部署，然后再扩展到整个地区。 很明显，4G有着不可比拟的优越性。
现阶段无线通信基础架构采用传统或更大的宏蜂窝架构，但这种架构已被证实无法满足持续增长的数据需求，因为宏基站
架构的频谱利用率随着用户数的增长而逐步降低，难以彻底解决室内网络覆盖问题。而且，功率和辐射量监管也限制了传统宏
蜂窝网络的发展空间。因此，更多的运营商开始倾向于异构分层的方式，即微蜂窝集群的方式，这一方式可以以更低的成本解
决宏蜂窝遇到的难题。
例如，日本地区iPhone的运营商软银就通过免费发放100万个毫微微基站来解决网络拥塞和服务质量下降这些令人头痛的
问题。而这些毫微微基站每个的成本是150美元。预计未来两年以内，毫微微基站的单元数可以达到2000万到5000万。可以
看出，毫微微基站市场的增速是非常快的。
传统传统PHY层芯片方案难以为继层芯片方案难以为继
PHY指物理层，OSI的最底层。 一般指与外部信号接口的芯片。 以太网PHY芯片 。小小的不起眼但又无处不在的网卡。
如果在5年前，或许网卡与您无关，但在如今这网络的时代，无论是上网冲浪还是联网玩游戏，都离不开网卡，更何况，就算
您不食人间烟火，多数主板上也会为您集成一块板载网卡。所以，对于想迈入网络之门的读者而言，先认识网卡，会让您在进
行各种网络应用时更得心应手。
由于4G要满足用户大数据量处理需求，因此微基站、微微基站和毫微微基站的数量将大幅度增长。在每个基站中，最核
心的部分是一个物理层（PHY）引擎，负责数字基带处理。从2G到4G，PHY层的架构几经改变。
在2G语音时代，由于数据处理量有限，当时PHY层采用ASIC或FPGA就可以完成数字基带的处理任务。在2.5G时代，有
少量无线数据需求，PHY层采用“FPGA+单核DSP”共同完成数字基带的处理任务。在3G时代，由于PHY层对处理性能的提
高，采用了“大型FPGA+多核DSP”。而在3.5G和未来4G时代，将采用“超大型FPGA+标准多核DSP阵列”；由于4G需要高带
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