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5G專網方興未艾 智慧工廠先蒙其利
新商業模式的興起

【作者: 王岫晨】   2020年11月11日 星期三

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毫米波是5G NR當中一個很重要的技術,在這幾年當中,只要提到5G,毫米波就會一直不斷的被提起。但毫米波在5G發展的路上,越瞭解就越發現它的技術層次太過複雜。因此目前在各國的5G NR發展上,多半都是將主力放在Sub-6GHz的身上,並且以消費性電子產品例如手機、路由器等裝置為主。


智慧工廠與5G專網

安立知業務暨技術支援部協理江宗縉指出,儘管如此,毫米波依然是5G發展上不可忽視的一環,近期值得注意的趨勢,就是將5G毫米波用於建置智慧工廠,採用的就是透過微型基地台來搭配5G專網的應用場景。



圖二 : 安立知業務暨技術支援部協理江宗縉
圖二 : 安立知業務暨技術支援部協理江宗縉

這樣的趨勢從近期到明年都會非常明顯且持續成長,特別是毫米波的特性,除了有更強烈的指向性之外,在空中的衰減率也更快,這對於商業用途來說,會需要克服非常多的挑戰。但如果是應用在5G專網上,透過一些室內微型基地台的建置,並針對特定場域中的智慧工廠或無人工廠來應用,就會非常適合,這也會帶給電信商另一種不同的商業模式。



圖一 :  5G NR的NSA與SA架構
圖一 : 5G NR的NSA與SA架構

而5G NR自從今年七月的Release 16草案訂定之後,微型基地台陸續被規範、定義得更為完整,接下來勢必也將會帶領產業快速往這個方向移動,並加速讓企業專網的應用可以更為完善。


對於智慧工廠的應用來看,整個工廠中是一個封閉且單一的場域,毫米波將會非常適合用於其中的5G專網。在過去,工廠中的無線通訊採用的是Wi-Fi技術,然而Wi-Fi所使用的頻段干擾非常多,如果是透過毫米波,由於採用了28GHz與39GHz等高頻頻段,因此在干擾方面就減少了很多,運用在無人工廠中,基本上就不太會發生訊號中斷的情況。在同一個場域中的大樓與廠房,架上幾個大功率的微型基地台,工廠中的任何角落都可以直接運用毫米波訊號。而毫米波強調的就是大頻寬與低延遲,因此無人工廠中的設備都可以透過足夠的頻寬來連線,讓產線運作更為順暢。


5G NR的商機

這也正是為什麼許多電信商開始在主推企業專網的主要原因。特別是在亞洲區,包括日本、台灣、韓國的電信商,都正積極的推動企業專網的應用。例如日本傳統都是採用PHS的內部通訊環境,慢慢地也都會開始導向5G的專網來做布建,因為PHS接下來可能會關台,加上頻寬不夠大、應用不夠多,因此就會導向5G專網。


因此,江宗縉也表示,觀察今年在5G NR比較不同於以往的發展方向,大概就是微型基地台、5G專網、另外還有就是open ran的部分。Open ran是近期一個比較熱門的議題,在過去這些電信設備商如NOKIA、Ericsson等都得統包所有的工作,但現在透過這樣的機制,就可以把所需要完成的工作,像是切成餅乾式的一塊一塊切出去,讓不同廠商來分攤工作,這過程中也帶給台廠非常多的機會與商機。


台灣廠商最擅長硬體的部分,在5G的市場中都有機會讓自家的產品被採用。電信商不一定要跟NOKIA或Ericsson購買所有的設備,而是可以用自己的解決方案來處理,不必被設備商給綁死,因此可以做出最符合成本效益的服務來提供給客戶。這在過去,電信市場像是一個黑盒子一樣,許多人只能看得到,卻分不到商機。現在這個白盒子打開了,大家都有機會可以在5G NR的市場中貢獻一己之力。


智慧城市的5G應用

江宗縉認為,在5G NR的發展上,最快可以達成的依然還是NSA架構。因為只需要4G基地台搭配5G基地台就做到。然而現階段很多4G業者的成本都還沒有回收,如果就要他們去架設SA的5G基地台,在成本方面就會是個很大的考量。另外需注意的是SA的規範比起NSA的規範要來得晚定案,如果市面上還沒有相關晶片的話,到也還沒辦法真的建置SA的5G網路。NSA的連線必須要先透過4G網路再連到5G網路,SA則是直接連接5G網路,這兩者在底層協議有些不同。一個是從4G連結,一個則是直接連接5G。


基本上,要走向智慧城市,就一定要有IOT的情境,微型基地台一定會越來越多,因為不可能一直用很高的成本去建置SA的基地台,所以一定會透過微型基地台來做輔助。另外,這些智慧城市的場景中,一定都要與安全性息息相關,因為所有的要求都是必須滿足低延遲的特性,只要一有延遲,可能馬上就會產生意外,因此一定要透過更密集的微型基地台,讓延遲可以低至1毫秒之內。在智慧城市中,這種蜂巢式的微型基地台的數量一定要夠多才有機會。至於智慧工廠,由於是在特定場域中進行,微型基地台的佈建數量就不需要太多。目前在Release 16草案中,就規範了智能車CV2X與工業物聯IIoT等應用場景,這些服務需要更進一步的智能化IOT來達成,而這些都是必須要採用SA架構來實現。


在智慧城市中,很多目前的服務透過4G的網路就已經可以做到。5G最重要的應用還是在車聯網上,因為有5G的大頻寬跟低延遲,才有可能做到真正的智慧交通與車聯網。5G頻寬比4G來得更大,透過5G才能完成在低延遲的狀態下同時進行大流量的傳輸。當然這些都還是理想化,真正的挑戰還是很多。例如車聯網,就必須要很大規模的實驗,無法在短短一兩年內就完全成熟。通常是特定區域先做出來,再慢慢延伸擴展,畢竟沒有一定的數據輔助,應該也沒人真的敢透過車聯網來行車上路。


結語

可以觀察到的是,目前在大城市的應用中,5G多半是用來做為4G通訊的分流。放眼毫米波的發展,其最大的缺點,目前還是在於建置成本過高,但毫米波頻段畢竟是個相對乾淨的環境。而針對高頻訊號的測試,如何順利的進行OTA測試,也是個很大的挑戰。特別是在研發過程中的OTA測試步驟是不可少的。在未來的一年,我們肯定會看到的是,毫米波在智慧工廠的應用中率先發光發熱。


解決方案

安立知無線通訊綜合測試站MT8000A

安立知:「這部儀器可一體化支援FR1和FR2波段!」



圖三 : 安立知無線通訊綜合測試站MT8000A
圖三 : 安立知無線通訊綜合測試站MT8000A圖片來源:anritsu.com

一體化支援FR1和FR2波段之RF通訊量測與協定測試


具有5G基地台的仿真功能,單一MT8000A測試平台能支援5G使用之FR1(~7.125 GHz)與FR2(毫米波)段。將此功能與OTA Chamber結合時,能夠經由3GPP指定之呼叫通路來執行毫米波段的RF量測和波束成形測試。


使用模組化結構之彈性化平台


此尖端設計採用模組化結構。此設計提供彈性化且擴展性面向未來科技的功能,不僅支援高速寬頻通訊,也支援最新的5G測試需求,其中包括URLLC(超高可靠和低時延通訊)和mMTC(大量型機械式通訊)。


支援現存之LTE測試環境


安立知的LTE測試平台提供了全面性的測試環境,這是基於本公司長久以來豐富的市場經驗所開發出領先業界的功能。此平台可輕鬆配置用於模擬5G和LTE NSA(非獨立)的連結環境,而能夠將量測功能的優勢(如客戶的測試環境、測試場景等)發揮到最大。


是德科技PXI向量網路分析儀

圖四 : 是德科技PXI向量網路分析儀
圖四 : 是德科技PXI向量網路分析儀source:keysight.com

是德科技:「我們可減少測試設備的佔用空間!」


備有6種頻率範圍可供選擇(高達26.5 GHz),可以僅購買所需的頻率。獲得更好的PXI VNA速度、動態範圍、軌跡雜訊和穩定性,可改進準確度,並提高良率和邊限。提供全雙埠S參數分析功能,僅佔用一個PXI插槽;讓PXI機箱能空出更多插槽來安裝其他元件。提供值得信賴的是德科技量測技術和校驗服務,以獲得可靠的量測結果。可級聯(cascade)多個模組,以獲得真正的多埠測試及全N埠測試功能。


羅德史瓦茲ZNA高階向量網路分析儀


圖五 : R&S ZNA高階向量網路分析儀
圖五 : R&S ZNA高階向量網路分析儀source:R&S.com

羅德史瓦茲:「這款儀器具有出色的射頻性能!」


R&S ZNA新一代高階向量網路分析儀,可簡化量測設置。其量測穩定性和低量測曲線雜訊讓使用者能夠對主動和被動元件和模組進行嚴格的量測。憑藉以待測物為中心的操作方式、完全採用觸控操作的創新設計,R&S ZNA向量網路分析儀可將量測的設置時間縮到最短。


NI向量網路分析儀(VNA)


圖六 : NI向量網路分析儀(VNA)
圖六 : NI向量網路分析儀(VNA)source:ni.com

NI:「PXI VNA可提供高準確度的RF量測效能。」


NI推出的VNA為10MHz~6GHz的完整向量網路分析系統。PXI向量網路分析器配備2個連接埠,因此可以擇一選用T/R測試模組或是完整的S參數功能。PXI向量網路分析器支援自動化精確校準、完整向量分析與參考平面擴充,因此適合做為檢驗與生產作業的向量網路分析解決方案,並省下統桌上型VNA的高價位與龐大體積。


**刊頭圖(source: keysight.com)


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