當我們談論 5G 無線時，我們往往會想到智能手機和 5G 可以提供的高速寬帶。但智能手機只是 5G 的眾多用例之一。

除了提高性能外，5G 還提供其他功能，例如低延遲、低功耗、強大的安全性和網絡切片。這意味著它對于廣泛的應用來說是一項有吸引力的技術，包括物聯網 (IoT)、可穿戴設備、虛擬現實 (VR)/增強現實 (AR) 耳機和虛擬世界、監控、醫療保健、工業、汽車和還有很多。

事實上，預計到 2026 年，工業機器對機器 (M2M) 應用將占 5G 非手機數量的 70%，尤其是在中國。愛立信移動報告預測，2027年將有 55 億蜂窩物聯網連接，高于 2021 年的 19 億。

圖 1：5G 應用。

對于這些其他應用，它們中的大多數都需要能夠在足夠的性能、低延遲（URLLC - 參見圖 1）和低功耗之間提供平衡的嵌入式無線產品。它們通常不需要5G增強的移動寬帶能力的高速；也許只是從傳感器或邊緣設備發送小數據包。任何特定的應用程序都有自己的一組要求，這意味著需要靈活地在每種情況下提供優化的解決方案。

過去，蜂窩寬帶無法為其中許多用例提供正確的解決方案，因為可用的產品耗電過多且不夠緊湊。相反，首選技術通常是 Wi-Fi 或藍牙——它們仍然可以作為蜂窩網絡的替代品，但不能提供 5G 的所有功能和性能，或連接到公共網絡的能力。

這將隨著 5G 縮減能力 (RedCap) 的發展而改變。也稱為 NR-Lite，新的 5G RedCap 標準對于非手機應用將非常重要。它提供與 LTE Cat 相當的性能。4，大約 85 Mbps（對于單天線/層模式），同時提供改進的延遲和其他 5G 功能，例如定位（個人跟蹤器中的巨大消費者潛力）、mmWave 和免許可頻譜以及網絡切片。RedCap 可以使用比“標準”5G 更簡單的解決方案，同時降低功耗，從而實現低成本的 5G 部署。RedCap 承諾將基帶集成到片上系統 (SoC) 中，具有成本效益的射頻集成電路集成，并支持真正的半雙工操作模式。

表 1：RedCap 與傳統蜂窩技術的比較。

RedCap 預計將廣泛用于工業傳感器、監控攝像頭（用于智能城市和家庭安全）和可穿戴設備等用例中。其規格將在 5G Release 17 中最終確定，預計將于 2022 年完成。首批 RedCap 模塊可能會在 2023 年末或 2024 年上市，RedCap 將在本十年后半期開始獲得可觀的市場份額。

開發要求

一旦半導體公司和 OEM 確定 5G 是適合他們的技術，他們就需要采購或開發合適的組件。具體來說，5G調制解調器是整個系統的重要組成部分，它極大地影響著所設計的5G設備的性能、成本和功耗。

5G 調制解調器可作為現有供應商（如高通）的現成部件提供。然而，這些調制解調器芯片可能相對昂貴，并且沒有很好的集成到 SoC 中的路徑來降低成本。

相反，OEM 可能希望在內部開發特定于應用的 5G 調制解調器。除了保持低成本（許多對價格敏感的應用程序所必需的）外，這將使他們能夠針對自己的特定要求優化 5G 調制解調器。通過創建自己的 5G 調制解調器，公司可以準確地選擇他們想要在性能、功耗和延遲之間妥協的地方。OEM 還可以將 5G 基帶集成到連接 SoC 中，如圖 2 所示。

圖 2：5G RedCap 作為可穿戴設備連接選項的一部分。

隨著外形尺寸越來越小，特別是對于物聯網，實現緊湊的解決方案也很重要。一個有吸引力的答案是使用來自一個或多個供應商的具有知識產權 (IP) 的 SoC 集成到一個單芯片解決方案中——與標準現成 5G 芯片所需的多芯片解決方案相比。

這一切都很好，但開發 5G 調制解調器是一項艱巨而復雜的任務。過去，公司可以從數字信號處理器 (DSP) 內核開始，然后主要在軟件中實現調制解調器。如今，這還不夠好——這種方法的功耗太高，無法用于大多數用例。為了提供足夠高的效率，您需要進行許多優化，并在專用硬件加速器中加速許多基帶操作，這對于大多數產品設計團隊來說可能是一項艱巨的任務。

靈活的平臺方法

到目前為止，我們已經研究了 5G 調制解調器的兩個選項。首先，購買專用調制解調器芯片不僅成本高昂且不靈活，還可能意味著您依賴外部供應商的路線圖——從而使長期規劃變得困難，并增加了對您的設計產生負面影響的變更風險。或者，您可以將大量資源用于內部開發，但這將對上市時間產生重大影響并增加風險。

第三種方式：使用靈活的硬件和軟件平臺，可以集成到您自己的 SoC 中。這種方法的主要優勢之一——例如 CEVA 的 PentaG2，一個結合了 DSP 和加速器用于基帶處理的完整 IP 平臺——是靈活性。除了能夠以經濟高效的方式設計高性能且低功耗的調制解調器外，這一點也很重要，因為所涉及的某些技術（例如 RedCap）尚未完全標準化。這意味著任何解決方案都可能需要重新設計以滿足 3GPP 規范的未來變化，因此硬件/軟件分區以及使用可配置和靈活的硬件加速器至關重要。

借助基于 IP 的靈活平臺，公司還可以引入自己的專有算法和 IP 在 SoC 上運行，例如信道估計、前向糾錯或高級均衡。這可以作為平臺提供的主要 IP 塊的補充，或者替換一個或多個平臺的標準加速器。

所需的修改量取決于應用程序。例如，AR/VR 耳機需要提供極低的延遲和卓越的服務質量，才能保持良好的用戶體驗——而 5G 是唯一能夠滿足這些要求的技術。作為便攜式消費設備，大多數 AR/VR 產品的成本和功耗也可能受到嚴格限制。為了滿足所有這些相互沖突的需求，設計團隊可能不得不在其產品中廣泛定制 5G 調制解調器。

總而言之，要開發 5G 調制解調器，迄今為止的兩個主要選擇是從調制解調器供應商處購買現成的芯片，或在內部進行開發。兩者都有缺點：5G 調制解調器芯片可能很昂貴，而且您無法優化它們的設計。或者，假設您甚至可以雇用足夠多的合適人選，自己做所有事情可能會很慢、昂貴且有風險。

然而，靈活的硬件/軟件平臺可以顯著降低半導體公司和 OEM 尋求自己處理 5G 調制解調器設計的進入壁壘，無論是針對物聯網等新市場開放，還是僅僅針對 5G 手機。通過這種平臺方法，設計人員可以將他們的 5G 調制解調器集成到 SoC 中，并且通過正確的平臺，這可以實現可擴展性和靈活性，從而針對特定要求優化 5G 設計。

審核編輯 黃昊宇