5G無(wú)線電網(wǎng)路的廣泛採(cǎi)用正深刻影響著我們個(gè)人和工作生活的各個(gè)層面。透過(guò)重新設(shè)計(jì)目前的傳統(tǒng)通訊基礎(chǔ)設(shè)施，5G影響在消費(fèi)性電子應(yīng)用、數(shù)位醫(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(wú)線電網(wǎng)路重塑的所有商業(yè)領(lǐng)域中，毫無(wú)疑問(wèn)，工業(yè)自動(dòng)化或工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)型最大。
根據(jù)IHS Markit資料顯示，即使5G開(kāi)始在全球部署，工業(yè)和工廠環(huán)境中的網(wǎng)路基礎(chǔ)設(shè)施仍然以有線為主。工業(yè)乙太網(wǎng)路提供速度和可靠連接的優(yōu)勢(shì)，但在物理彈性和頻寬方面受限。
智慧工廠要持續(xù)變得更智慧，有線網(wǎng)路必不可少。然而，從有線網(wǎng)路轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線網(wǎng)路是一項(xiàng)複雜的升級(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(duì)創(chuàng)新的欲望），會(huì)動(dòng)搖組織進(jìn)行重大無(wú)線升級(jí)的能力。
如此重大轉(zhuǎn)變的核心技術(shù)就是無(wú)線電。5G無(wú)線電網(wǎng)路標(biāo)誌著與4G和早期無(wú)線網(wǎng)路架構(gòu)的根本偏離。4G網(wǎng)路建設(shè)非常嚴(yán)格，通常包括大型基地臺(tái)和不彈性的核心網(wǎng)路，該網(wǎng)路主要使用專有硬體。其並採(cǎi)用傳統(tǒng)的傳輸模式，即RF訊號(hào)會(huì)輻射到一個(gè)磁區(qū)內(nèi)的所有使用者。
| 圖二 : 嚴(yán)格建設(shè)的4G網(wǎng)路的當(dāng)前狀態(tài) |
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相較之下，5G網(wǎng)路整合的無(wú)線電數(shù)量數(shù)倍於4G網(wǎng)路能夠支援的無(wú)線電數(shù)量，利用可以針對(duì)特定用戶和地點(diǎn)的先進(jìn)波束成型技術(shù)，進(jìn)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(wú)線電密度，表示其複雜性更高。
| 圖三 : 更多的無(wú)線電一方面帶來(lái)更高複雜性，另一方面帶來(lái)了更多機(jī)會(huì)。 |
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巨大的變化伴隨vRAN而來(lái)
ADI實(shí)現(xiàn)的基本變化之一是從專有的固定無(wú)線電存取網(wǎng)路（RAN）轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂MRAN （vRAN）。表示5G硬體從物理專用硬體進(jìn)化至軟體定義替代方案，其中大部分網(wǎng)路營(yíng)運(yùn)和管理都在雲(yún)端處理。這將導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)透過(guò)分解硬體元件（包含無(wú)線電、數(shù)位和中央單元以及核心網(wǎng)路）來(lái)建構(gòu)和部署5G基地臺(tái)的方式發(fā)生巨變。
vRAN模型的優(yōu)勢(shì)是支援全新的新興使用案例。此優(yōu)勢(shì)透過(guò)引入網(wǎng)路切片來(lái)實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)路切片中，可以根據(jù)您的具體應(yīng)用調(diào)整極有針對(duì)性的頻譜使用，以滿足不同的應(yīng)用和用戶需求。
網(wǎng)路將被切分的中短期主要向量：
1.增強(qiáng)型行動(dòng)寬頻（eMBB）
傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)路將提供保證輸送量、更高頻寬和更大的容量下載，適用於手機(jī)中的超高畫(huà)質(zhì)（UHD）影像傳輸。
2. 巨量多機(jī)器型態(tài)通訊（mMTC）
為智慧手機(jī)以及智慧家庭和智慧城市使用案例中的數(shù)百萬(wàn)裝置提供大規(guī)模機(jī)器對(duì)機(jī)器連接。
3. 超可靠低延遲通訊（URLLC）
用於無(wú)人機(jī)、自駕車和工業(yè)機(jī)器人等安全關(guān)鍵型應(yīng)用。
| 圖四 : 超可靠低延遲通訊可用於無(wú)人機(jī)、自駕車和工業(yè)機(jī)器人等應(yīng)用。 |
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工業(yè)4.0的未來(lái)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，生產(chǎn)廠房操作員將有權(quán)管理切分網(wǎng)路的方式和地點(diǎn)。
克服5G無(wú)線電網(wǎng)路普及道路障礙
工業(yè)5G的早期採(cǎi)用者將是港口、機(jī)場(chǎng)和物流中心，隨後是工廠和倉(cāng)庫(kù)、交通、建築、公用事業(yè)和採(cǎi)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(lái)的成本節(jié)約、可靠性和製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(kāi)發(fā)和部署高度安全的5G無(wú)線網(wǎng)路。
儘管5G無(wú)線電網(wǎng)路的成長(zhǎng)態(tài)勢(shì)強(qiáng)勁，但該產(chǎn)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)頭行動(dòng)營(yíng)運(yùn)商缺乏明確的市場(chǎng)推廣策略。據(jù)估計(jì)，在涉及工業(yè)製造商的已知交易中，超過(guò)70%的交易不包括電信供應(yīng)商。
第二個(gè)問(wèn)題是電信和管理服務(wù)提供者（MSP）之間的系統(tǒng)整合差距，可能會(huì)減緩製造商早期採(cǎi)用5G私人網(wǎng)路絡(luò)的速度。相關(guān)可擴(kuò)展問(wèn)題是MSP難以從他們的網(wǎng)路營(yíng)運(yùn)中心中獲得支援。最後，完整服務(wù)整合所需的工程、採(cǎi)購(gòu)和施工服務(wù)明顯不足。
透過(guò)生態(tài)系統(tǒng)助推5G無(wú)線電網(wǎng)路採(cǎi)用
那麼，如何實(shí)現(xiàn)5G工業(yè)網(wǎng)路從準(zhǔn)備狀態(tài)到全面採(cǎi)用所需的規(guī)模和成本效率? 從ADI的角度來(lái)看，透過(guò)晶片和IP級(jí)別的合作，我們已是大型生態(tài)系統(tǒng)的一部分。與許多標(biāo)準(zhǔn)組織和工作組合作，同時(shí)積極參與契約製造商、5G系統(tǒng)整合商和電信營(yíng)運(yùn)商活動(dòng)。
透過(guò)這些合作，簡(jiǎn)化了RF和無(wú)線電設(shè)計(jì)，減少或摒棄昂貴的FPGA，克服尺寸、重量、功率（SWaP）和成本要求方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。無(wú)論哪種外型尺寸—小型基地臺(tái)、大型基地臺(tái)、MIMO、單頻段、雙頻段、三頻段和其他無(wú)線電變體，都可以透過(guò)開(kāi)發(fā)大規(guī)模快速交付的通用硬體和軟體平臺(tái)縮短上市。
5G無(wú)線電網(wǎng)路及其整合和互通性具備巨大的挖掘潛力。然而，要充分挖掘這種潛力，我們需要培養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)，共用生態(tài)系統(tǒng)各方願(yuàn)景，攜手迎接工程和業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)。
（本文作者Joe Barry為ADI 無(wú)線通訊副總裁）
