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5G专网方兴未艾 智慧工厂先蒙其利
新商业模式的兴起

【作者: 王岫晨】2020年11月11日 星期三

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毫米波是5G NR当中一个很重要的技术,在这几年当中,只要提到5G,毫米波就会一直不断的被提起。但毫米波在5G发展的路上,越了解就越发现它的技术层次太过复杂。因此目前在各国的5G NR发展上,多半都是将主力放在Sub-6GHz的身上,并且以消费性电子产品例如手机、路由器等装置为主。


智慧工厂与5G专网

安立知业务暨技术支援部协理江宗缙指出,尽管如此,毫米波依然是5G发展上不可忽视的一环,近期值得注意的趋势,就是将5G毫米波用於建置智慧工厂,采用的就是透过微型基地台来搭配5G专网的应用场景。



图二 : 安立知业务暨技术支援部协理江宗缙
图二 : 安立知业务暨技术支援部协理江宗缙

这样的趋势从近期到明年都会非常明显且持续成长,特别是毫米波的特性,除了有更强烈的指向性之外,在空中的衰减率也更快,这对於商业用途来说,会需要克服非常多的挑战。但如果是应用在5G专网上,透过一些室内微型基地台的建置,并针对特定场域中的智慧工厂或无人工厂来应用,就会非常适合,这也会带给电信商另一种不同的商业模式。



图一 :  5G NR的NSA与SA架构
图一 : 5G NR的NSA与SA架构

而5G NR自从今年七月的Release 16草案订定之後,微型基地台陆续被规范、定义得更为完整,接下来势必也将会带领产业快速往这个方向移动,并加速让企业专网的应用可以更为完善。


对於智慧工厂的应用来看,整个工厂中是一个封闭且单一的场域,毫米波将会非常适合用於其中的5G专网。在过去,工厂中的无线通讯采用的是Wi-Fi技术,然而Wi-Fi所使用的频段干扰非常多,如果是透过毫米波,由於采用了28GHz与39GHz等高频频段,因此在干扰方面就减少了很多,运用在无人工厂中,基本上就不太会发生讯号中断的情况。在同一个场域中的大楼与厂房,架上几个大功率的微型基地台,工厂中的任何角落都可以直接运用毫米波讯号。而毫米波强调的就是大频宽与低延迟,因此无人工厂中的设备都可以透过足够的频宽来连线,让产线运作更为顺畅。


5G NR的商机

这也正是为什麽许多电信商开始在主推企业专网的主要原因。特别是在亚洲区,包括日本、台湾、韩国的电信商,都正积极的推动企业专网的应用。例如日本传统都是采用PHS的内部通讯环境,慢慢地也都会开始导向5G的专网来做布建,因为PHS接下来可能会关台,加上频宽不够大、应用不够多,因此就会导向5G专网。


因此,江宗缙也表示,观察今年在5G NR比较不同於以往的发展方向,大概就是微型基地台、5G专网、另外还有就是open ran的部分。Open ran是近期一个比较热门的议题,在过去这些电信设备商如NOKIA、Ericsson等都得统包所有的工作,但现在透过这样的机制,就可以把所需要完成的工作,像是切成饼乾式的一块一块切出去,让不同厂商来分摊工作,这过程中也带给台厂非常多的机会与商机。


台湾厂商最擅长硬体的部分,在5G的市场中都有机会让自家的产品被采用。电信商不一定要跟NOKIA或Ericsson购买所有的设备,而是可以用自己的解决方案来处理,不必被设备商给绑死,因此可以做出最符合成本效益的服务来提供给客户。这在过去,电信市场像是一个黑盒子一样,许多人只能看得到,却分不到商机。现在这个白盒子打开了,大家都有机会可以在5G NR的市场中贡献一己之力。


智慧城市的5G应用

江宗缙认为,在5G NR的发展上,最快可以达成的依然还是NSA架构。因为只需要4G基地台搭配5G基地台就做到。然而现阶段很多4G业者的成本都还没有回收,如果就要他们去架设SA的5G基地台,在成本方面就会是个很大的考量。另外需注意的是SA的规范比起NSA的规范要来得晚定案,如果市面上还没有相关晶片的话,到也还没办法真的建置SA的5G网路。NSA的连线必须要先透过4G网路再连到5G网路,SA则是直接连接5G网路,这两者在底层协议有些不同。一个是从4G连结,一个则是直接连接5G。


基本上,要走向智慧城市,就一定要有IOT的情境,微型基地台一定会越来越多,因为不可能一直用很高的成本去建置SA的基地台,所以一定会透过微型基地台来做辅助。另外,这些智慧城市的场景中,一定都要与安全性息息相关,因为所有的要求都是必须满足低延迟的特性,只要一有延迟,可能马上就会产生意外,因此一定要透过更密集的微型基地台,让延迟可以低至1毫秒之内。在智慧城市中,这种蜂巢式的微型基地台的数量一定要够多才有机会。至於智慧工厂,由於是在特定场域中进行,微型基地台的布建数量就不需要太多。目前在Release 16草案中,就规范了智能车CV2X与工业物联IIoT等应用场景,这些服务需要更进一步的智能化IOT来达成,而这些都是必须要采用SA架构来实现。


在智慧城市中,很多目前的服务透过4G的网路就已经可以做到。5G最重要的应用还是在车联网上,因为有5G的大频宽跟低延迟,才有可能做到真正的智慧交通与车联网。5G频宽比4G来得更大,透过5G才能完成在低延迟的状态下同时进行大流量的传输。当然这些都还是理想化,真正的挑战还是很多。例如车联网,就必须要很大规模的实验,无法在短短一两年内就完全成熟。通常是特定区域先做出来,再慢慢延伸扩展,毕竟没有一定的数据辅助,应该也没人真的敢透过车联网来行车上路。


结语

可以观察到的是,目前在大城市的应用中,5G多半是用来做为4G通讯的分流。放眼毫米波的发展,其最大的缺点,目前还是在於建置成本过高,但毫米波频段毕竟是个相对乾净的环境。而针对高频讯号的测试,如何顺利的进行OTA测试,也是个很大的挑战。特别是在研发过程中的OTA测试步骤是不可少的。在未来的一年,我们肯定会看到的是,毫米波在智慧工厂的应用中率先发光发热。


解决方案

安立知无线通讯综合测试站MT8000A

安立知:「这部仪器可一体化支援FR1和FR2波段!」



图三 : 安立知无线通讯综合测试站MT8000A
图三 : 安立知无线通讯综合测试站MT8000A图片来源:anritsu.com

一体化支援FR1和FR2波段之RF通讯量测与协定测试


具有5G基地台的仿真功能,单一MT8000A测试平台能支援5G使用之FR1(~7.125 GHz)与FR2(毫米波)段。将此功能与OTA Chamber结合时,能够经由3GPP指定之呼叫通路来执行毫米波段的RF量测和波束成形测试。


使用模组化结构之弹性化平台


此尖端设计采用模组化结构。此设计提供弹性化且扩展性面向未来科技的功能,不仅支援高速宽频通讯,也支援最新的5G测试需求,其中包括URLLC(超高可靠和低时延通讯)和mMTC(大量型机械式通讯)。


支援现存之LTE测试环境


安立知的LTE测试平台提供了全面性的测试环境,这是基於本公司长久以来丰富的市场经验所开发出领先业界的功能。此平台可轻松配置用於模拟5G和LTE NSA(非独立)的连结环境,而能够将量测功能的优势(如客户的测试环境、测试场景等)发挥到最大。


是德科技PXI向量网路分析仪

图四 : 是德科技PXI向量网路分析仪
图四 : 是德科技PXI向量网路分析仪source:keysight.com

是德科技:「我们可减少测试设备的占用空间!」


备有6种频率范围可供选择(高达26.5 GHz),可以仅购买所需的频率。获得更好的PXI VNA速度、动态范围、轨迹杂讯和稳定性,可改进准确度,并提高良率和边限。提供全双埠S叁数分析功能,仅占用一个PXI??槽;让PXI机箱能空出更多??槽来安装其他元件。提供值得信赖的是德科技量测技术和校验服务,以获得可靠的量测结果。可级联(cascade)多个模组,以获得真正的多埠测试及全N埠测试功能。


罗德史瓦兹ZNA高阶向量网路分析仪


图五 : R&S ZNA高阶向量网路分析仪
图五 : R&S ZNA高阶向量网路分析仪source:R&S.com

罗德史瓦兹:「这款仪器具有出色的射频性能!」


R&S ZNA新一代高阶向量网路分析仪,可简化量测设置。其量测稳定性和低量测曲线杂讯让使用者能够对主动和被动元件和模组进行严格的量测。凭藉以待测物为中心的操作方式、完全采用触控操作的创新设计,R&S ZNA向量网路分析仪可将量测的设置时间缩到最短。


NI向量网路分析仪(VNA)


图六 : NI向量网路分析仪(VNA)
图六 : NI向量网路分析仪(VNA)source:ni.com

NI:「PXI VNA可提供高准确度的RF量测效能。」


NI推出的VNA为10MHz~6GHz的完整向量网路分析系统。PXI向量网路分析器配备2个连接埠,因此可以择一选用T/R测试模组或是完整的S叁数功能。PXI向量网路分析器支援自动化精确校准、完整向量分析与叁考平面扩充,因此适合做为检验与生产作业的向量网路分析解决方案,并省下统桌上型VNA的高价位与庞大体积。


**刊头图(source: keysight.com)


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