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5G为AIoT应用带来最终完成式
 

【作者: 籃貫銘、王岫晨】2021年06月29日 星期二

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今年最重要的5G发展,就是毫米波(mmWave)的推进。相对於Sub-6 GHz频段,毫米波它的频率更高,能带来更高的传输效能,意味着更大的频宽和更快的速度,即将落实到终端应用上,而这也是5G真正的完成式。


毫米波让5G应用更完备

从3GPP的频率规范来看,现行的5G毫米波频段,是从24 GHz到100 GHz之间,波段的频率非常高,相对的讯号传输的性能也更强大。单就物理的原理来看,单一时间内的讯号开关次数越多,所能带来的数据量自然越大,而这也是毫米波最吸引人之处。


而从相关供应链的布局,也可以看出来毫米波正是今年市场的发展重点。首先在晶片商方面,台湾的联发科在今年初,总算是发表了整合毫米波频段的数据机晶片,终於跟Sub-6 GHz双剑合璧,正式迎来了完整的5G时代。


联发科的动作为什麽重要?因为他们在行动通讯晶片市场中,是属於第二层(2-Tier)的供应商,他们若也发表了对应毫米波的解决方案,意味着毫米波即将从少数的顶尖市场转向大众市场。特别是联发科在5G时代一直是先行推出产品的业者,但始终没有支援毫米波,如今也发表了毫米波的解决方案,意味着毫米波应用要开始进入起飞期。


在从电信设备的进展来看,包含诺基亚(Nokia)与易利信(Ericsson)已陆续与相关供应商完成了毫米波的测试,并获得了良好的成果,且电信业者也开始进入服务整备的阶段。


网路特性适合工业领域 智慧工厂导入先行


至於毫米波对哪些应用特别有优势呢?首先,从性能来看,由於毫米波速度快,频宽大,



图一 : 5G毫米波频段,是从24 GHz到100 GHz之间,讯号传输的性能也更强大。
图一 : 5G毫米波频段,是从24 GHz到100 GHz之间,讯号传输的性能也更强大。

因为对於数据吞吐量大的应用来说,就十分合适。例如数据传输量很大又讲求高速低延迟的IIoT智慧工厂,多人使用的体育场馆,或者交通较为繁忙区域的车联网等,都是适合导入毫米波的场景。


特别是智慧工厂,就是目前极受注目的应用,也是制造业者在发展智慧制造时很重要的一个环节。像是在台湾就已经有数家的制造业者,宣布已经建置了采用5G的智慧工厂,例如台达、英业达、日月光等,都是已经建置了5G智慧工厂的业者,其中日月光更是全球首座的毫米波智慧工厂。


虽然毫米波速度快、传输量大,但也有些缺点,首先就是耗电。要打出更多的讯号量,自然需要更大的能耗,因此使用毫米波的设备,都会有高工耗的问题。相对於Sub-6 GHz,毫米波的电耗就足足有三倍之多,所以对於行动式的设备而言,更是一个大挑战。


再者,毫米波绕射性能差,很容易被障碍物所阻隔。这意味着采用毫米波的传输区域,需要布建更多的基地台,所需的建置时程也更长,也代表着实施的成本更高。


基於上述这两个特性,也就是为什麽消费性电子市场,例如智慧手机,会先从Sub-6频段先开始,甚至有可能会一直维持在该频段,原因就是其网路的特性,并不适合消费型的市场。


但对於工业和垂直市场而言,毫米波所能带来的经济效益,将会明显的超越建置的成本,我们也可以预期在未来几年内,看到越来越多的毫米波应用在工业领域施展拳脚。


5G ORAN生态系统

5G通讯发展至今,5G ORAN已经成为最新的潮流,世界各国都持续投入发展。u-blox商业开发经理陈晓??指出,这样的Open RAN「开放式无线接入网路」架构,只需要在一个具备共同标准的平台架构下,电信商就可以采用不同厂商的软体和通用硬体(诸如伺服器、交换器、小型基地台、路由器、数据机等),来达成模组化组网。然而,尚未成熟的系统整合度及稳定度,使得如何统整来自各家供应商的产品,确保多厂商网路环境下的互通、安全、合??法规以及效能流畅,都成为一大挑战。对电信商来说,这是无法快速导入开放架构的主因。



图二 : u-blox商业开发经理陈晓??
图二 : u-blox商业开发经理陈晓??

因此,ORAN生态系统的建立与开放标准的制定,也是促使各大厂商积极加入相关联盟(如The ORAN Alliance、TIP、Open RAN Policy Coalition等)的主要原因。这些联盟成员包括了电信营运商、软体厂商、系统整合商、硬体制造商、晶片厂商等。


而对於台湾网通厂来说,由於缺乏国际级网通设备大厂,因此难以直接打入全球电信市场。企业专网因为规模较小,功能要求不像公网全面,因此被许多台湾厂商当作实践5G开放架构的起点。另外,网通人才多以硬体领域为主,缺乏5G软体人才及跨域应用人才。因此经济部在去年启动了5G专网国家队,与仁宝、广达、明泰、云达、远传、中华电信及工研院等共同建立5G自主供应链,在产业上整合网通、伺服器、系统商、营运商建置专网生态系,并整合90家业者成立5G垂直应用联盟。


5G ORAN发展上面临了相当多的挑战。陈晓??举例说明,时序同步功能在无线基地台设备中扮演了相当重要的角色,可避免相近频段的无线电波彼此干扰。尤其在5G无线基地台,低延迟需求以及相较於4G更密集的基地台布建,需要更可靠且精准的时序同步功能。采用GNSS讯号做为无线基地台主要时钟来源是最简单且直接的方法,卫星接收器根据卫星讯号计算时间(亦即原子钟),就可提供非常精准的时间来源。


5G ORAN架构基本上可拆分为RU(无线电单元)、DU(分布单元)、及CU(中央单元)。RU负责实体层讯号(physical layer)处理,也就是RF的讯号收发;DU负责所有基频讯号处理,调度等;CU的部分则负责协定, 通常以x86电脑与伺服器运行。一般而言,GNSS接收器常见於RU、DU等前传(fronthaul)设备,尤其是常架设於户外的RU,卫星讯号较不容易收到遮蔽物干扰,可取得较隹的卫星讯号。


陈晓??说,在台湾5G ORAN白牌国家队的供应链中,不论是网通厂或是伺服器厂商,对於电信设备及系统整合领域都还在摸索中。u-blox在全球卫星定位领域具有领导者地位,而时序同步精准度与卫星定位的准确度也息息相关,也就是必须先定位出准确的位置,才能校正出精准的时间。也因此,5G ORAN的商机让台湾的网通及伺服器厂商开始对u-blox这样的厂商有了更多的认识。


结语

目前5G ORAN对全球大型电信商来说,基於系统的成熟度仍不足。虽然成本可以大幅下降,但要导入此开放架构仍需一段验证时间与过程。相较而言,企业专网因为规模较小,功能要求也不像公网那麽全面,因此被厂商当作实践5G开放架构的起点。


*刊头图(source:ericsson.com)


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