5G無線電網路的廣泛採用正深刻影響著我們個人和工作生活的各個層面。透過重新設計目前的傳統通訊基礎設施，5G影響在消費性電子應用、數位醫療、智慧城市和交通運輸方面將比4G/LTE更深遠。在5G無線電網路重塑的所有商業領域中，毫無疑問，工業自動化或工業4.0的轉型最大。

根據IHS Markit資料顯示，即使5G開始在全球部署，工業和工廠環境中的網路基礎設施仍然以有線為主。工業乙太網路提供速度和可靠連接的優勢，但在物理彈性和頻寬方面受限。

智慧工廠要持續變得更智慧，有線網路必不可少。然而，從有線網路轉變為無線網路是一項複雜的升級。每個工業客戶都有一組獨特的環境（從文化素質到財務狀況，再到對創新的欲望），會動搖組織進行重大無線升級的能力。

圖一

如此重大轉變的核心技術就是無線電。5G無線電網路標誌著與4G和早期無線網路架構的根本偏離。4G網路建設非常嚴格，通常包括大型基地台和不彈性的核心網路，該網路主要使用專有硬體。其並採用傳統的傳輸模式，即RF訊號會輻射到一個磁區內的所有使用者。

圖二 : 嚴格建設的4G網路的當前狀態

相較之下，5G網路整合的無線電數量數倍於4G網路能夠支援的無線電數量，利用可以針對特定用戶和地點的先進波束成型技術，進而使頻譜效率提高了5倍。當然，在尺寸和功耗不相應增加的情況下提高無線電密度，表示其複雜性更高。

圖三 : 更多的無線電一方面帶來更高複雜性，另一方面帶來了更多機會。

巨大的變化伴隨vRAN而來

ADI實現的基本變化之一是從專有的固定無線電存取網路（RAN）轉變為虛擬RAN （vRAN）。表示5G硬體從物理專用硬體進化至軟體定義替代方案，其中大部分網路營運和管理都在雲端處理。這將導致產業透過分解硬體元件（包含無線電、數位和中央單元以及核心網路）來建構和部署5G基地台的方式發生巨變。

vRAN模型的優勢是支援全新的新興使用案例。此優勢透過引入網路切片來實現，在網路切片中，可以根據您的具體應用調整極有針對性的頻譜使用，以滿足不同的應用和用戶需求。

網路將被切分的中短期主要向量：

1.增強型行動寬頻（eMBB）

傳統的無線網路將提供保證輸送量、更高頻寬和更大的容量下載，適用於手機中的超高畫質（UHD）影像傳輸。

2. 巨量多機器型態通訊（mMTC）

為智慧手機以及智慧家庭和智慧城市使用案例中的數百萬裝置提供大規模機器對機器連接。

3. 超可靠低延遲通訊（URLLC）

用於無人機、自駕車和工業機器人等安全關鍵型應用。

圖四 : 超可靠低延遲通訊可用於無人機、自駕車和工業機器人等應用。

工業4.0的未來將在某種程度上依賴這些5G實例。根據負載條件和其他因素動態分配資源，生產廠房操作員將有權管理切分網路的方式和地點。

克服5G無線電網路普及道路障礙

工業5G的早期採用者將是港口、機場和物流中心，隨後是工廠和倉庫、交通、建築、公用事業和採礦。5G技術的快速發展將創造增強連接環境，其中人與機器人可以在安全、可靠和經濟高效的環境中共存。由此帶來的成本節約、可靠性和製造效率將為所需的投資奠定基礎，以便在全球多個工廠環境中開發和部署高度安全的5G無線網路。

儘管5G無線電網路的成長態勢強勁，但該產業仍需克服一系列挑戰才能實現這些目標。

第一個挑戰是領頭行動營運商缺乏明確的市場推廣策略。據估計，在涉及工業製造商的已知交易中，超過70%的交易不包括電信供應商。

第二個問題是電信和管理服務提供者（MSP）之間的系統整合差距，可能會減緩製造商早期採用5G私人網路絡的速度。相關可擴展問題是MSP難以從他們的網路營運中心中獲得支援。最後，完整服務整合所需的工程、採購和施工服務明顯不足。

透過生態系統助推5G無線電網路採用

那麼，如何實現5G工業網路從準備狀態到全面採用所需的規模和成本效率? 從ADI的角度來看，透過晶片和IP級別的合作，我們已是大型生態系統的一部分。與許多標準組織和工作組合作，同時積極參與契約製造商、5G系統整合商和電信營運商活動。

透過這些合作，簡化了RF和無線電設計，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峻挑戰。無論哪種外型尺寸—小型基地台、大型基地台、MIMO、單頻段、雙頻段、三頻段和其他無線電變體，都可以透過開發大規模快速交付的通用硬體和軟體平台縮短上市。

5G無線電網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，我們需要培養生態系統，共用生態系統各方願景，攜手迎接工程和業務挑戰。

（本文作者Joe Barry為ADI 無線通訊副總裁）