發(fā)力5G M2M通信應(yīng)用場(chǎng)景，英飛凌毫米波射頻方案前瞻性破解

5月29日，在電子發(fā)燒友主辦的《2020年5G技術(shù)創(chuàng)新峰會(huì)》上，來(lái)自英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應(yīng)用市場(chǎng)經(jīng)理沈卓羣帶來(lái)了對(duì)工業(yè)4.0領(lǐng)域機(jī)器通信最新案例的解讀。

德國(guó)在2019年3月進(jìn)行了5G頻譜拍賣(mài)，目前德國(guó)境內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到一半的人口。在德國(guó)，5G通信網(wǎng)絡(luò)還沒(méi)有大規(guī)模建成，英飛凌在工業(yè)4.0方向的機(jī)器通信如何破解工業(yè)應(yīng)用的場(chǎng)景？沈卓羣表示，案例項(xiàng)目的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化機(jī)器人中心，在工業(yè)區(qū)域服務(wù)中心，采用URLLC技術(shù)和5G場(chǎng)景協(xié)同，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化運(yùn)作帶來(lái)的一流工業(yè)通信解決方案。

圖：英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應(yīng)用市場(chǎng)經(jīng)理 沈卓羣

英飛凌作為主要參與者，參加了行業(yè)聯(lián)合體推動(dòng)和德國(guó)政府設(shè)立的項(xiàng)目——非道路移動(dòng)機(jī)械自治通信，主要目標(biāo)是以建筑、工業(yè)和農(nóng)業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)為導(dǎo)向，協(xié)同執(zhí)行任務(wù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器協(xié)作的半自動(dòng)化和全自動(dòng)化。

英飛凌領(lǐng)銜的合作聯(lián)盟，成員來(lái)自五家企業(yè)，BOMAG和Franhofer，一家是制造壓路機(jī)公司，一家是制造農(nóng)業(yè)型拖拉機(jī)的公司。Robotmaker，生產(chǎn)用于農(nóng)業(yè)和建筑車(chē)輛的通訊模塊，STW專(zhuān)注通信系統(tǒng)集成商，他們專(zhuān)門(mén)從事于機(jī)械到機(jī)械，人到機(jī)械的通訊。凱澤斯勞滕工業(yè)大學(xué)，他們?cè)谠擃I(lǐng)域提供系統(tǒng)測(cè)試和系統(tǒng)的解決方案。

沈卓羣演繹了應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)際場(chǎng)景下鋪路機(jī)和壓路機(jī)的道路施工應(yīng)用中，鋪路機(jī)和壓路機(jī)之間需要無(wú)線通訊以協(xié)調(diào)整個(gè)車(chē)隊(duì)的速度和方向。重點(diǎn)三個(gè)協(xié)作：每個(gè)機(jī)種將選擇要執(zhí)行的任務(wù)，鋪路機(jī)要沿跟隨壓路機(jī)路徑進(jìn)行或停止服務(wù)進(jìn)行協(xié)同，還有施工現(xiàn)場(chǎng)和辦公室的通訊。

在項(xiàng)目進(jìn)行當(dāng)中，英飛凌已經(jīng)洞察到兩個(gè)低延遲場(chǎng)景：第一、正在運(yùn)行的無(wú)人壓路機(jī)之間，傳輸距離300m，要求低延遲10ms；第二、壓路機(jī)和工頭之間，傳輸距離100m，要求低延遲50ms。而壓路機(jī)與施工現(xiàn)場(chǎng)的辦公室的連接需求，屬于中等要求，延遲可以到1000ms。

這個(gè)項(xiàng)目具有前瞻性，探索的是M2M通信的應(yīng)用場(chǎng)景。為什么要布局區(qū)域化的5G設(shè)施？沈卓羣指出，5G設(shè)施在歐洲很多地區(qū)沒(méi)有部署，市場(chǎng)買(mǎi)到的WiFi模塊難以支持遠(yuǎn)距離通訊。這個(gè)項(xiàng)目中不同公司完成不同的任務(wù)，通訊協(xié)議和要求對(duì)應(yīng)每個(gè)公司有所不同。增強(qiáng)性寬帶和5G技術(shù)加持下，場(chǎng)景應(yīng)用會(huì)提供更多選擇。

沈卓羣分享了一個(gè)具體用例——自治式瀝青施工現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器協(xié)作，包括鋪路機(jī)鋪設(shè)瀝青層、多臺(tái)壓路機(jī)合作將瀝青壓實(shí)、工頭確定施工執(zhí)行計(jì)劃與方案、施工現(xiàn)場(chǎng)辦公室監(jiān)督施工進(jìn)度。

另一個(gè)是農(nóng)業(yè)應(yīng)用案例，用于協(xié)調(diào)拖拉機(jī)的移動(dòng)和動(dòng)作將自動(dòng)化卸載農(nóng)產(chǎn)品到倉(cāng)庫(kù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。

在車(chē)載單元（OBU）系統(tǒng)架構(gòu)上，英飛凌提供毫米波前端模塊（FEM），帶8*8相控陣列天線的RF板。

據(jù)沈卓羣介紹，英飛凌毫米波前端模塊（FEM），是帶8*8相控陣列天線的GR板，64個(gè)天線振子，具備IP53耐候性能，支持雙向TDD，具有專(zhuān)有控制接口，可通過(guò)USB實(shí)現(xiàn)GUI，該模塊使用英飛凌18x波束形成器RFSoC和1x上下變頻器RFIC。詳細(xì)介紹見(jiàn)下圖：

沈卓羣表示，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)非常接近于仿真數(shù)據(jù)，項(xiàng)目的系統(tǒng)優(yōu)化和場(chǎng)外測(cè)試仍在進(jìn)行，包括毫米波頻段的移動(dòng)，相控陣天線的波束技術(shù)優(yōu)化和區(qū)域優(yōu)化技術(shù)的研究還在繼續(xù)，他堅(jiān)信這個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以給市場(chǎng)帶來(lái)價(jià)值。

5G M2M通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景

沈卓羣指出，M2M通信適用于區(qū)域化網(wǎng)絡(luò)，場(chǎng)景中機(jī)器數(shù)量不是特別多，如果未來(lái)客戶要擴(kuò)大機(jī)器數(shù)量，需要網(wǎng)絡(luò)切片和IPV6技術(shù)來(lái)支持大量機(jī)器的通信，考慮到5G通信的大帶寬、低時(shí)延、海量連接特性，網(wǎng)絡(luò)切片可以針對(duì)特定場(chǎng)景設(shè)計(jì)專(zhuān)屬網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)功能和系統(tǒng)性能達(dá)到最優(yōu)。但是具體的場(chǎng)景上，通信運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)根據(jù)具體項(xiàng)目來(lái)考慮網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和鋪設(shè)安排。

車(chē)載電子行業(yè)應(yīng)用是M2M應(yīng)用的主要方向之一，沈卓羣認(rèn)為，解決C-V2X技術(shù)和應(yīng)用，除了具備5G SA網(wǎng)絡(luò)外，還需要云計(jì)算和邊緣計(jì)算。未來(lái)，期待5G網(wǎng)絡(luò)逐步進(jìn)入成熟期后，車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用才能真正實(shí)現(xiàn)。在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，大部分是控制、同步和信息交換，可以在區(qū)域網(wǎng)中部署小區(qū)域網(wǎng)，連接任務(wù)相關(guān)性高和高關(guān)聯(lián)度的機(jī)器來(lái)優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)端就在工廠附近，不用上傳云端，可以在本地的中心辦公室和數(shù)據(jù)中心進(jìn)行計(jì)算，解決網(wǎng)絡(luò)過(guò)載的問(wèn)題。

沈卓羣看好5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，在工廠部署局域網(wǎng)，配合5G技術(shù)協(xié)議和5G的高QoS，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)部署數(shù)據(jù)中心，中心可以實(shí)現(xiàn)工作調(diào)配，根據(jù)不同機(jī)器給出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行產(chǎn)線分配和制造決策。5G和工業(yè)技術(shù)的融合發(fā)展未來(lái)有更多的案例落地。未來(lái)5G通信逐漸推進(jìn)，80%的應(yīng)用來(lái)自工業(yè)聯(lián)網(wǎng)，相信英飛凌未來(lái)會(huì)給工程師帶來(lái)更多更好的落地應(yīng)用。

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