5G无线电网络：未来工厂的核心

作者：ADI无线通信副总裁Joe Barry

5G无线电网络的广泛采用将深刻影响着我们个人和职业生活的方方方面。通过重新设计今天的传统通信基础设施，5G影响在消费电子应用、数字医疗、智慧城市和交通运输方面将比4G/LTE更深远。在5G无线电网络重塑的所有商业领域中，毫无疑问，工业自动化或工业4.0的转型最大。

根据IHS Markit1，即使5G开始在全球部署，工业和工厂环境中的网络基础设施仍然主要是有线的。工业以太网提供速度和可靠连接的优势，但在物理灵活性和带宽方面受限。

智能工厂要继续变得更智能，有线网络必不可少。然而，从有线网络转变为无线网络是一项复杂的升级。每个工业客户都有一组独特的环境（从文化素质到财务状况再到对创新的欲望），会动摇组织进行重大无线升级的能力。

5G网络的经济机会



无线电领域的重大转变

这种重大转变的核心技术就是无线电。5G无线电网络标志着与4G和早期无线网络架构的根本偏离。4G网络建设非常严格，通常包括宏基站和不灵活的核心网络，该网络主要使用专有硬件。它们还采用传统的传输模式，即RF信号会辐射到一个扇区内的所有用户。



相比之下，5G网络集成的无线电数量数倍于4G网络能够支持的无线电数量，利用可以针对特定用户和地点的先进波束成型技术，从而使频谱效率提高了5倍。当然，在尺寸和功耗不相应增加的情况下提高无线电密度意味着复杂性更高。



巨大的变化伴随vRAN而来

ADI实现的基本变化之一是从专有的固定无线电接入网络(RAN)转变为虚拟RAN (vRAN)。这标志着5G硬件从物理专用硬件进化至软件定义替代方案，其中大部分网络运营和管理都在云端处理。这将导致行业通过分解硬件元件（包括无线电、数字和中央单元以及核心网络）来构建和部署5G基站的方式发生巨变。

vRAN模型的优势是它支持全新的新兴使用案例。此优势通过引入网络切片来实现，在网络切片中，可以根据您的具体应用调整极有针对性的频谱使用，以满足不同的应用和用户需求。

适合5G无线电网络的更高效切分

沿网络进行切分的中短期主要向量：




工业4.0的未来将在某种程度上依赖这些5G实例。根据负载条件和其他因素动态分配资源，工厂车间操作员将有权管理切分网络的方式和地点。

克服5G无线电网络普及道路上的障碍



工业5G的早期采用者将是港口、机场和物流中心，随后是工厂和仓库、交通、建筑、公用事业和采矿。5G技术的快速发展将创造增强连接环境，其中人与机器人可以在安全、可靠和经济高效的环境中共存。由此带来的成本节约、可靠性和制造效率将为所需的投资奠定基础，以便在全球多个工厂环境中开发和部署高度安全的5G无线网络。

尽管5G无线电网络的增长势头强劲，但该行业仍需克服一系列挑战才能实现这些目标。第一个挑战是领先移动运营商缺乏明确的市场推广策略。据估计，在涉及工业制造商的已知交易中，超过70%的交易不包括电信供应商。第二个问题是电信和管理服务提供商(MSP)之间的系统集成差距，可能会减缓制造商早期采用5G专用网络的速度。相关可扩展问题是MSP难以从他们的网络运营中心中获得支持。最后，完整服务整合所需的工程、采购和施工服务明显不足。

通过ADI生态系统助推5G无线电网络采用



那么，如何实现5G工业网络从准备状态到全面采用所需的规模和成本效率? 从ADI的角度来看，通过芯片和IP级别的合作，ADI已是大型生态系统的一部分。ADI与许多标准组织和工作组合作，同时积极参与合同制造商、5G系统集成商和电信运营商活动。

通过这些合作，ADI简化了RF和无线电设计，减少或摒弃昂贵的FPGA，克服了尺寸、重量、功率(SWaP)和成本要求方面的严峻挑战。无论哪种外形尺寸——小型蜂窝、宏蜂窝、MIMO、单频段、双频段、三频段和其他无线电变体，ADI都可通过开发大规模快速交付的通用硬件和软件平台来缩短上市时间。

5G无线电网络及其整合和互操作性还有巨大的挖掘潜力。然而，要充分挖掘这种潜力，需要培养生态系统，共享生态系统各方愿景，携手迎接工程和业务挑战。


参考

1IHS经济和IHS技术。“5G经济：5G技术如何为全球经济做出贡献。”
IHS Markit. https://cdn.ihs.com/www/pdf/IHS-Technology-5G-Economic-Impact-Study.pdf。

2“专用5G网络市场规模截止2028年价值130.92亿美元 | CAGR：40.9%。”Polaris Market，2021年6月14日。
https://www.polarismarketresearch.com/press-releases/private-5g-network-market。

3“5G经济。”IHS Markit。


关于作者
Joe Barry是ADI公司无线通信业务部门的副总裁。他负责无线细分市场，以及高速转换器、SDR收发器和微波通信技术部门。26年来，Joe在无线通信、消费电子和半导体行业担任多个领导职务。他拥有格林威治大学电气和电子工程学士学位以及利默里克大学工商管理硕士学位。Joe在模拟和数字音视频技术领域拥有五项专利。