5G無線電網(wǎng)絡(luò):未來工廠的核心

5G無線電網(wǎng)絡(luò)的廣泛采用將深刻影響著我們個(gè)人和職業(yè)生活的方方方面。通過重新設(shè)計(jì)今天的傳統(tǒng)通信基礎(chǔ)設(shè)施，5G影響在消費(fèi)電子應(yīng)用、數(shù)字醫(yī)療、智慧城市和交通運(yùn)輸方面將比4G/LTE更深遠(yuǎn)。在5G無線電網(wǎng)絡(luò)重塑的所有商業(yè)領(lǐng)域中，毫無疑問，工業(yè)自動(dòng)化或工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)型最大。

根據(jù)IHS Markit1，即使5G開始在全球部署，工業(yè)和工廠環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施仍然主要是有線的。工業(yè)以太網(wǎng)提供速度和可靠連接的優(yōu)勢，但在物理靈活性和帶寬方面受限。

智能工廠要繼續(xù)變得更智能，有線網(wǎng)絡(luò)必不可少。然而，從有線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)復(fù)雜的升級(jí)。每個(gè)工業(yè)客戶都有一組獨(dú)特的環(huán)境（從文化素質(zhì)到財(cái)務(wù)狀況再到對創(chuàng)新的欲望），會(huì)動(dòng)搖組織進(jìn)行重大無線升級(jí)的能力。

5G網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)

無線電領(lǐng)域的重大轉(zhuǎn)變

這種重大轉(zhuǎn)變的核心技術(shù)就是無線電。5G無線電網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志著與4G和早期無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的根本偏離。4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)非常嚴(yán)格，通常包括宏基站和不靈活的核心網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要使用專有硬件。它們還采用傳統(tǒng)的傳輸模式，即RF信號(hào)會(huì)輻射到一個(gè)扇區(qū)內(nèi)的所有用戶。

相比之下，5G網(wǎng)絡(luò)集成的無線電數(shù)量數(shù)倍于4G網(wǎng)絡(luò)能夠支持的無線電數(shù)量，利用可以針對特定用戶和地點(diǎn)的先進(jìn)波束成型技術(shù)，從而使頻譜效率提高了5倍。當(dāng)然，在尺寸和功耗不相應(yīng)增加的情況下提高無線電密度意味著復(fù)雜性更高。

巨大的變化伴隨vRAN而來

ADI實(shí)現(xiàn)的基本變化之一是從專有的固定無線電接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂MRAN (vRAN)。這標(biāo)志著5G硬件從物理專用硬件進(jìn)化至軟件定義替代方案，其中大部分網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和管理都在云端處理。這將導(dǎo)致行業(yè)通過分解硬件元件（包括無線電、數(shù)字和中央單元以及核心網(wǎng)絡(luò)）來構(gòu)建和部署5G基站的方式發(fā)生巨變。

vRAN模型的優(yōu)勢是它支持全新的新興使用案例。此優(yōu)勢通過引入網(wǎng)絡(luò)切片來實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)切片中，可以根據(jù)您的具體應(yīng)用調(diào)整極有針對性的頻譜使用，以滿足不同的應(yīng)用和用戶需求。

適合5G無線電網(wǎng)絡(luò)的更高效切分

沿網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切分的中短期主要向量：

工業(yè)4.0的未來將在某種程度上依賴這些5G實(shí)例。根據(jù)負(fù)載條件和其他因素動(dòng)態(tài)分配資源，工廠車間操作員將有權(quán)管理切分網(wǎng)絡(luò)的方式和地點(diǎn)。

克服5G無線電網(wǎng)絡(luò)普及道路上的障礙

工業(yè)5G的早期采用者將是港口、機(jī)場和物流中心，隨后是工廠和倉庫、交通、建筑、公用事業(yè)和采礦。5G技術(shù)的快速發(fā)展將創(chuàng)造增強(qiáng)連接環(huán)境，其中人與機(jī)器人可以在安全、可靠和經(jīng)濟(jì)高效的環(huán)境中共存。由此帶來的成本節(jié)約、可靠性和制造效率將為所需的投資奠定基礎(chǔ)，以便在全球多個(gè)工廠環(huán)境中開發(fā)和部署高度安全的5G無線網(wǎng)絡(luò)。

盡管5G無線電網(wǎng)絡(luò)的增長勢頭強(qiáng)勁，但該行業(yè)仍需克服一系列挑戰(zhàn)才能實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。第一個(gè)挑戰(zhàn)是領(lǐng)先移動(dòng)運(yùn)營商缺乏明確的市場推廣策略。據(jù)估計(jì)，在涉及工業(yè)制造商的已知交易中，超過70%的交易不包括電信供應(yīng)商。第二個(gè)問題是電信和管理服務(wù)提供商(MSP)之間的系統(tǒng)集成差距，可能會(huì)減緩制造商早期采用5G專用網(wǎng)絡(luò)的速度。相關(guān)可擴(kuò)展問題是MSP難以從他們的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中心中獲得支持。最后，完整服務(wù)整合所需的工程、采購和施工服務(wù)明顯不足。

通過ADI生態(tài)系統(tǒng)助推5G無線電網(wǎng)絡(luò)采用

那么，如何實(shí)現(xiàn)5G工業(yè)網(wǎng)絡(luò)從準(zhǔn)備狀態(tài)到全面采用所需的規(guī)模和成本效率? 從ADI的角度來看，通過芯片和IP級(jí)別的合作，ADI已是大型生態(tài)系統(tǒng)的一部分。ADI與許多標(biāo)準(zhǔn)組織和工作組合作，同時(shí)積極參與合同制造商、5G系統(tǒng)集成商和電信運(yùn)營商活動(dòng)。

通過這些合作，ADI簡化了RF和無線電設(shè)計(jì)，減少或摒棄昂貴的FPGA，克服了尺寸、重量、功率(SWaP)和成本要求方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。無論哪種外形尺寸——小型蜂窩、宏蜂窩、MIMO、單頻段、雙頻段、三頻段和其他無線電變體，ADI都可通過開發(fā)大規(guī)?？焖俳桓兜耐ㄓ糜布蛙浖脚_(tái)來縮短上市時(shí)間。

5G無線電網(wǎng)絡(luò)及其整合和互操作性還有巨大的挖掘潛力。然而，要充分挖掘這種潛力，需要培養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)，共享生態(tài)系統(tǒng)各方愿景，攜手迎接工程和業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)。

參考

1IHS經(jīng)濟(jì)和IHS技術(shù)。“5G經(jīng)濟(jì)：5G技術(shù)如何為全球經(jīng)濟(jì)做出貢獻(xiàn)?！?/p>

IHS Markit.

2“專用5G網(wǎng)絡(luò)市場規(guī)模截止2028年價(jià)值130.92億美元 | CAGR：40.9%?！盤olaris Market，2021年6月14日。

3“5G經(jīng)濟(jì)?！盜HS Markit。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc.是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財(cái)年收入超過120億美元，全球員工2.4萬余人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。

關(guān)于作者

Joe Barry是ADI公司無線通信業(yè)務(wù)部門的副總裁。他負(fù)責(zé)無線細(xì)分市場，以及高速轉(zhuǎn)換器、SDR收發(fā)器和微波通信技術(shù)部門。26年來，Joe在無線通信、消費(fèi)電子和半導(dǎo)體行業(yè)擔(dān)任多個(gè)領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)。他擁有格林威治大學(xué)電氣和電子工程學(xué)士學(xué)位以及利默里克大學(xué)工商管理碩士學(xué)位。Joe在模擬和數(shù)字音視頻技術(shù)領(lǐng)域擁有五項(xiàng)專利。