隨著開放式無線接入網絡（ORAN）架構的采用，電信行業正在經歷一場重大變革。這種創新的網絡設計方法帶來了解聚合和互操作性，便于自不同供應商組件之間的無縫協作。隨著5G網絡不斷擴展和發展，以支持非地面網絡（5G-NTN）、聯網汽車（5G C-V2X）、鐵路（5G FRMCS）和工業應用（5G URLLC）等各種用例，現場可編程門陣列（FPGA）已成為實施ORAN的理想技術推動者。
FPGA在定制芯片性能與軟件定義的靈活性和可重新配置性之間實現了獨特的平衡；提供了支持現代電信領域各種用例所需的適應性，并支持不同的3GPP系統版本，包括5G、5G-A和最終的6G。它們能夠動態地重新編程以處理不同的工作負載，這使它們在快速發展的ORAN網絡中顯得尤為重要，因為在這種網絡中，適應性和性能必須齊頭并進。
在萊迪思，我們致力于與電信供應商合作，打造一個更加靈活、安全和可持續發展的未來。最近，我們在開放計算項目2024年全球峰會上討論了這一話題。以下是我們在演講中的一些關鍵見解，也代表了萊迪思ORAN?解決方案集合的功能優勢。
增強安全性和零信任架構
隨著ORAN網絡的興起，網絡彈性已成為電信基礎設施的重中之重。反過來，企業也面臨著ETSI、ENISA、CISA和ORAN聯盟等監管機構的嚴格審查，這些機構要求實施零信任原則，對關鍵通信進行嚴格的身份驗證和持續監控。
具有可信根（RoT）功能的FPGA通過加密敏捷安全特性，在確保ORAN部署安全方面發揮著至關重要的作用。它們可執行基本的加密操作，包括加密、解密、安全密鑰分配和管理，同時還可充當傳統系統的加密橋接器。此外，它們在實施新興安全標準（如用于3GPP協議的NIST AES-256）和解決5G RRC（無線資源控制）密鑰交換中可能受到量子計算威脅的漏洞方面尤為重要。
FPGA的一個關鍵安全功能是在控制平面內實現Secure the Wire?，通過實施MACSEC/IPSec和安全定時協議確保信號的完整性和保密性。這種全面的安全方法與其加密靈活性相結合，使FPGA成為實施不斷發展的后量子加密（PQC）算法的理想選擇，從而確保ORAN網絡安全，抵御未來威脅。
成功實施案例和先進的同步
全球領先的電信供應商已在其ORAN部署中展示了集成FPGA的實際優勢。他們利用FPGA完成了基帶功能和射頻前端（RFFE）之間的數據和控制接口，以及管理無線單元（RU）和分布式單元（DU）的控制和定時平面等重要任務。在RU中，FPGA處理濾波和波峰因數降低等要求苛刻的數字前端處理任務，確保高效率和低延遲。此外，FPGA還用于新的前端接口，這對于大規模MIMO網絡等密集部署至關重要，可確保高互操作性并降低前端成本。在DU中，FPGA可促進實時信號處理和動態波束成形，無需修改硬件即可適應不同的無線環境。
ORAN實現的另一個關鍵方面是精確的時間同步，特別是在5G環境中，精確的定時、頻率和相位對準對于數據傳輸、切換以及無線單元和分布式單元之間的協調至關重要。通過FPGA實現安全的IEEE 1588v2是這一領域的重大進展。
現代FPGA解決方案（如萊迪思CertusPro?-NX FPGA）通過復雜的硬件配置提供全面的定時支持，包括PCIe x4 Gen 2支持、多個SFP以太網端口、高級定時功能以及對IEEE 1588-2019技術規范和ITU-T配置文件（G.8265.1、G8275.1、G.8275.2）的兼容支持?；贔PGA的定時解決方案集成了網絡時鐘同步器（DPLL）、Stratum 3E OCXO和GNSS定時模塊等關鍵組件，確保了整個網絡的精確同步。
該實施方案通過HMAC-SHA256-128算法提供了源驗證、信息完整性和重放攻擊保護，并采用了強大的密鑰管理和分發程序，確保了共享機密在所有PTP節點的安全分發和可用性。
通過低功耗解決方案推進綠色電信
功耗已成為網絡設計中的一個重要考慮因素。FPGA有助于創建更綠色的ORAN網絡，特別是在小基站部署中。FPGA可在L1/L2/L3和天線系統之間提供高效橋接。例如，低功耗和小尺寸FPGA可降低總體功耗和設計占用面積，并在使用PCIe和JESD接口時簡化熱管理要求。
小蜂窩是5G ORAN網絡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、可重構和低功耗的解決方案。在小蜂窩設計中集成FPGA可在保持低功耗的同時實現高速數據傳輸。這一點在現代小型蜂窩開發板中尤為明顯，這些開發板結合了多種功能，包括Layerscape?處理器、基帶處理器和RFFE組件，它們都通過FPGA技術進行協調。
FPGA的集成能力可將多種功能整合到單個芯片上，從而減少BOM成本、簡化網絡設計并降低要求變化和5G技術演進相關的成本和風險。這種集成對于提高小蜂窩部署的成本效益和擴大規模至關重要。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環境的影響。
塑造電信業的未來
事實證明，FPGA是實現開放、靈活和高效ORAN網絡愿景的基礎。FPGA將可重構性、處理能力和低功耗獨特地結合在一起，解決了現代電信基礎設施所面臨的關鍵挑戰。隨著行業的不斷發展，FPGA將在實現新用例和滿足未來需求方面發揮越來越重要的作用。
上文提到的主要電信供應商的成功案例表明，FPGA不僅僅是理論上的解決方案，而且是ORAN實施的實際推動因素。FPGA能夠支持安全、高性能和高能效的操作，因此對于希望部署靈活且面向未來的ORAN解決方案的網絡運營商來說，FPGA價值很大。
展望未來，通信行業必須繼續在網絡設計中優先考慮安全性、靈活性和可持續性。FPGA為實現這些目標奠定了基礎，同時支持通信行業向開放式、分解式網絡架構過渡。通過利用FPGA技術，網絡運營商可以構建既安全又環保的ORAN網絡，為更環保、更靈活的電信行業未來發展鋪平道路。
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