随着开放式无线接入网络（ORAN）架构的采用，电信行业正在经历一场重大变革。这种创新的网络设计方法带来了解聚合和互操作性，便于自不同供应商组件之间的无缝协作。随着5G网络不断扩展和发展，以支持非地面网络（5G-NTN）、联网汽车（5G C-V2X）、铁路（5G FRMCS）和工业应用（5G URLLC）等各种用例，现场可编程门阵列（FPGA）已成为实施ORAN的理想技术推动者。
FPGA在定制芯片性能与软件定义的灵活性和可重新配置性之间实现了独特的平衡；提供了支持现代电信领域各种用例所需的适应性，并支持不同的3GPP系统版本，包括5G、5G-A和最终的6G。它们能够动态地重新编程以处理不同的工作负载，这使它们在快速发展的ORAN网络中显得尤为重要，因为在这种网络中，适应性和性能必须齐头并进。
在莱迪思，我们致力于与电信供应商合作，打造一个更加灵活、安全和可持续发展的未来。最近，我们在开放计算项目2024年全球峰会上讨论了这一话题。以下是我们在演讲中的一些关键见解，也代表了莱迪思ORAN™解决方案集合的功能优势。
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增强安全性和零信任架构
随着ORAN网络的兴起，网络弹性已成为电信基础设施的重中之重。反过来，企业也面临着ETSI、ENISA、CISA和ORAN联盟等监管机构的严格审查，这些机构要求实施零信任原则，对关键通信进行严格的身份验证和持续监控。
具有可信根（RoT）功能的FPGA通过加密敏捷安全特性，在确保ORAN部署安全方面发挥着至关重要的作用。它们可执行基本的加密操作，包括加密、解密、安全密钥分配和管理，同时还可充当传统系统的加密桥接器。此外，它们在实施新兴安全标准（如用于3GPP协议的NIST AES-256）和解决5G RRC（无线资源控制）密钥交换中可能受到量子计算威胁的漏洞方面尤为重要。
FPGA的一个关键安全功能是在控制平面内实现 Secure the Wire™，通过实施MACSEC/IPSec和安全定时协议确保信号的完整性和保密性。这种全面的安全方法与其加密灵活性相结合，使FPGA成为实施不断发展的后量子加密（PQC）算法的理想选择，从而确保ORAN网络安全，抵御未来威胁。
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成功实施案例和先进的同步
全球领先的电信供应商已在其ORAN部署中展示了集成FPGA的实际优势。他们利用FPGA完成了基带功能和射频前端（RFFE）之间的数据和控制接口，以及管理无线单元（RU）和分布式单元（DU）的控制和定时平面等重要任务。在RU中，FPGA处理滤波和波峰因数降低等要求苛刻的数字前端处理任务，确保高效率和低延迟。此外，FPGA还用于新的前端接口，这对于大规模MIMO网络等密集部署至关重要，可确保高互操作性并降低前端成本。在DU中，FPGA可促进实时信号处理和动态波束成形，无需修改硬件即可适应不同的无线环境。
ORAN实现的另一个关键方面是精确的时间同步，特别是在5G环境中，精确的定时、频率和相位对准对于数据传输、切换以及无线单元和分布式单元之间的协调至关重要。通过FPGA实现安全的IEEE 1588v2是这一领域的重大进展。
现代FPGA解决方案（如莱迪思CertusPro™-NX FPGA）通过复杂的硬件配置提供全面的定时支持，包括PCIe x4 Gen 2支持、多个SFP以太网端口、高级定时功能以及对IEEE 1588-2019技术规范和ITU-T配置文件（G.8265.1、G8275.1、G.8275.2）的兼容支持。基于FPGA的定时解决方案集成了网络时钟同步器（DPLL）、Stratum 3E OCXO和GNSS定时模块等关键组件，确保了整个网络的精确同步。
该实施方案通过HMAC-SHA256-128算法提供了源验证、信息完整性和重放攻击保护，并采用了强大的密钥管理和分发程序，确保了共享机密在所有PTP节点的安全分发和可用性。
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通过低功耗解决方案推进绿色电信
功耗已成为网络设计中的一个重要考虑因素。FPGA有助于创建更绿色的ORAN网络，特别是在小基站部署中。FPGA可在L1/L2/L3和天线系统之间提供高效桥接。例如，低功耗和小尺寸FPGA可降低总体功耗和设计占用面积，并在使用PCIe和JESD接口时简化热管理要求。
小蜂窝是5G ORAN网络不可或缺的组成部分，其部署成功与否在很大程度上取决于灵活、可重构和低功耗的解决方案。在小蜂窝设计中集成FPGA可在保持低功耗的同时实现高速数据传输。这一点在现代小型蜂窝开发板中尤为明显，这些开发板结合了多种功能，包括Layerscape®处理器、基带处理器和RFFE组件，它们都通过FPGA技术进行协调。
FPGA的集成能力可将多种功能整合到单个芯片上，从而减少BOM成本、简化网络设计并降低要求变化和5G技术演进相关的成本和风险。这种集成对于提高小蜂窝部署的成本效益和扩大规模至关重要。FPGA减少了管理电源和冷却所需的额外组件，从而大大降低了总体拥有成本和对环境的影响。
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塑造电信业的未来
事实证明，FPGA是实现开放、灵活和高效ORAN网络愿景的基础。FPGA将可重构性、处理能力和低功耗独特地结合在一起，解决了现代电信基础设施所面临的关键挑战。随着行业的不断发展，FPGA将在实现新用例和满足未来需求方面发挥越来越重要的作用。
上文提到的主要电信供应商的成功案例表明，FPGA不仅仅是理论上的解决方案，而且是ORAN实施的实际推动因素。FPGA能够支持安全、高性能和高能效的操作，因此对于希望部署灵活且面向未来的ORAN解决方案的网络运营商来说，FPGA价值很大。
展望未来，通信行业必须继续在网络设计中优先考虑安全性、灵活性和可持续性。FPGA为实现这些目标奠定了基础，同时支持通信行业向开放式、分解式网络架构过渡。通过利用FPGA技术，网络运营商可以构建既安全又环保的ORAN网络，为更环保、更灵活的电信行业未来发展铺平道路。返回搜狐，查看更多
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