過去20年來，手機已實現了爆炸式的成長，成為我們日常生活中重要的一部份。然而，我們尚未能完全掌握手機的復雜性——智能型手機通常采用超過10個ARM-based處理器，用于處理觸控屏幕、傳感器處理、定位、照相、繪圖、應用程序等功能，以及不斷增加的大量連接功能，如Wi-Fi、藍牙和LTE。

　　隨著無線產業加速為下一代行動寬帶裝置進行標準化，即實現所謂的「5G」， 本文將探討這對于最終將實現的技術、挑戰和使用案例有何意義。此外，也將以ARM Cortex-R8為例探討如何在透過實時處理器實現multi-Gigabit（Gb）新系列產品的同時，仍然以低功耗作為設計核心。

　　快節奏的行動寬帶革命

　　隨著行動寬帶持續變革，我們看到新的使用案例不斷涌現。5G的出現將繼續推動常時開啟、永不斷線的互連世界，同時還改變了人類與世界互動的方式。如同數Gb級服務一樣，5G也承諾支持低吞吐量、能量受限的裝置或所謂的「大規模機器類通訊」（mMTC）。我們看到如今LTE中出現了mMTC，其標準包括LTE Cat-0和NB-IoT，這兩項標準都確保可為5G奠定基礎。

　　談及5G，人們腦海中首先想到的就是行動裝置。如今智能型手機的體驗已經夠復雜了，隨著5G的來臨，手機又有什么不一樣的地方呢？如今討論5G標準的一些提議大多圍繞著網絡效率，主要關注如何處理行動資料巨大的量和需求。數Gb級的服務讓消費者在近乎瞬間內完成數字內容下載，而超低延遲連接則使諸如虛擬現實（VR）和擴增實境（AR）服務、新型的汽車應用成為可能。

　　在傳統手機之外，我們將5G視為一個重要技術，能夠促成更多的服務。5G將讓遠程醫療成為現實，醫師和醫療保健工作人員可透過連接5G裝置遠程管理病人，這是普及醫療保健和身心健康的真正機會。

　　低碳經濟可能是未來十年內實現已開發世界的最大挑戰之一。透過高效可靠的無線因特網廣泛利用，將有助于實現低碳經濟，因為它能確保效率并促成更高度的控制和融合。從管理智慧街道照明、遠程排放監控、公共運輸與公共信息，5G將為日常生活帶來無限可能。就連5G網絡系統架構本身也要求降低功耗，這可為行動運營商降低運營成本，并極大地降低碳排放。

　　除了在家庭中，5G還能在開車時帶來全新體驗。5G被視為「超越行動因特網」的技術。其高性能和低延遲的特點，使其能夠以傳統4G/Wi-Fi服務部署于以往難以企及的領域。例如，連網汽車或自動駕駛車被視為必須具備高可靠、低延遲無線連接的重要領域，用于安全與防碰撞等應用。

　　使下一代裝置成為可能

　　頻譜是一項寶貴的資源，而過去十年間隨著行動業務需求量激增，對于無線電頻譜的需求也隨之成長。以往認為無線電頻譜被分為「區段」或「載波」，可以應用于不同領域，例如TV、Wi-Fi、藍牙或手機。而諸如美國聯邦通訊委員會（FCC）和英國的通訊管理局（OFCOM）等監管機關則按區域分配頻譜以用于不同領域。

　　在早期手機出現之際相對簡單，頻譜被劃分為幾個區間（通常以拍賣方式進行），目的在于提供以語音為基礎的服務——在其本質上只消耗很少量的頻譜。過去十年來，隨著智能型手機的出現，改變了這種情形，頻譜也越來越被廣泛用于行動寬帶業務。一般而言，提供給用戶的吞吐量越高，為此服務而使用的頻譜也越多。如果你將這一數字乘以用戶數，很快就會發現行動數據供不應求，而傳統意義上的頻譜分配并未跟上這一變化。

　　因此，整個產業如何在提供行動寬帶體驗方面跟上變化，而這對未來十年的手機技術挑戰又意味著什么？

　　載波聚合（CA）加上先進的天線技術稱為「多重輸入多重輸出」（MIMO），可用于協助緩解壓力并提供更高效的服務。從3G系統到LTE，我們看到數據速率不斷提高，盡管這部份的成果來自于更復雜的調變和MIMO技術，但吞吐量的增加主要受益于載波聚合的進展，使其得以更有效地利用分段式的頻譜。

　　授權頻段是對于頻譜使用加以特定限制的一部份頻譜；例如某個頻譜區間可能僅限于手機業務使用，并分配給某家特定的手機業者。授權頻段的優勢在于營運商可以完全控制該部份的頻譜，因而能夠管理服務質量（QoS）并提供相應的服務。授權頻段的局限在于它是一種更加寶貴的資源，因而無法滿足行動數據不斷成長以及用戶群體快速增加的要求。

　　為了克服這種局限，營運商越來越關注于如何將未授權頻段和既有的授權頻段服務結合起來。我們看到越來越多未授權頻段導入載波聚合，讓裝置能夠同時用戶許可證頻段（通常作為控制通道）和未授權頻段，將任務卸除至諸如Wi-Fi和新興LTE等未授權技術中。3GPP中有許多LTE標準的更多優勢著重于這些未授權卸除技術的管理。

　　5G擁有良好的前景，但相關標準尚未確立。如果順利發展，那么5G將開啟未來20年的數字化服務，為我們的日常生活帶來嶄新且強大的應用。

　　5G的核心將帶來新的調變機制以及日益復雜的MIMO技術，從而最大化寶貴頻譜資源利用效率，以及提供較早期LTE性能更高50倍的吞吐量。5G概念還涵蓋寬廣的頻帶范圍，遠遠超出如今在LTE中看到的頻帶，原因在于協調各頻段間的接取技術，并致力于在增加下一代服務容量的同時也實現效率最大化。從提供廣域服務的sub GHz頻段到如今Wi-Fi廣泛使用的區域性GHz頻段，我們將看到5G應用的廣泛部署。

　　進一步來看，5G可支持30Hz以上未充份利用的毫米波（mmWave）頻段。這些波段能夠提供與5G服務有關的multi-Gbps吞吐量。毫米波頻段的缺點之一包括：我們只能期待裝置在「視線」和基地臺范圍內幾十公尺內作業，這在本質上將為部署帶來挑戰。

　　所以，這一切對于智能型手機的未來意味著什么？尤其是針對調制解調器基頻處理？回顧這些趨勢，我們注意到SoC設計者在因應新的要求時也面臨著三大挑戰：

　　· 數據速率持續上升　在不久的將來，我們可望看到以LTE為基礎的Gb級服務，以及在5G中可能高達10-20Gbps的吞吐量

　　· 載波聚合大量增加　吞吐量和網絡容量最終將由日益復雜的載波聚合提供。透過聚合途徑讓手機的調制解調器處理器具有較高的處理復雜度，因為它必須平行提供多個無線存取承載服務。這個主題將持續成為LTE技術（（LTE-Advanced Pro）和5G技術進化的關鍵。

　　· 持續為行動裝置推動能效和電池續航力最大化　由于引進了新的接取技術，但不能影響或折衷用戶體驗，因此，在進行手機調制解調器設計時必須將功效置于設計的核心。

　　以下將以ARM Cortex-R8處理器為例，討論它如何協助設計者滿足上述需求，在兼顧上一代3G、LTE等技術的后向兼容性之際，同時支持傳統技術持續用于當今的多模裝置中。