發(fā)力5G M2M通信應(yīng)用場景，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》上，來自英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應(yīng)用市場經(jīng)理沈卓羣帶來了對工業(yè)4.0領(lǐng)域機器通信最新案例的解讀。

德國在2019年3月進行了5G頻譜拍賣，目前德國境內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到一半的人口。在德國，5G通信網(wǎng)絡(luò)還沒有大規(guī)模建成，英飛凌在工業(yè)4.0方向的機器通信如何破解工業(yè)應(yīng)用的場景？沈卓羣表示，案例項目的目標實現(xiàn)自動化機器人中心，在工業(yè)區(qū)域服務(wù)中心，采用URLLC技術(shù)和5G場景協(xié)同，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)自動化運作帶來的一流工業(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)合體推動和德國政府設(shè)立的項目——非道路移動機械自治通信，主要目標是以建筑、工業(yè)和農(nóng)業(yè)應(yīng)用開發(fā)網(wǎng)絡(luò)為導(dǎo)向，協(xié)同執(zhí)行任務(wù)，實現(xiàn)機器協(xié)作的半自動化和全自動化。

英飛凌領(lǐng)銜的合作聯(lián)盟，成員來自五家企業(yè)，BOMAG和Franhofer，一家是制造壓路機公司，一家是制造農(nóng)業(yè)型拖拉機的公司。Robotmaker，生產(chǎn)用于農(nóng)業(yè)和建筑車輛的通訊模塊，STW專注通信系統(tǒng)集成商，他們專門從事于機械到機械，人到機械的通訊。凱澤斯勞滕工業(yè)大學(xué)，他們在該領(lǐng)域提供系統(tǒng)測試和系統(tǒng)的解決方案。

沈卓羣演繹了應(yīng)用場景，實際場景下鋪路機和壓路機的道路施工應(yīng)用中，鋪路機和壓路機之間需要無線通訊以協(xié)調(diào)整個車隊的速度和方向。重點三個協(xié)作：每個機種將選擇要執(zhí)行的任務(wù)，鋪路機要沿跟隨壓路機路徑進行或停止服務(wù)進行協(xié)同，還有施工現(xiàn)場和辦公室的通訊。

在項目進行當中，英飛凌已經(jīng)洞察到兩個低延遲場景：第一、正在運行的無人壓路機之間，傳輸距離300m，要求低延遲10ms；第二、壓路機和工頭之間，傳輸距離100m，要求低延遲50ms。而壓路機與施工現(xiàn)場的辦公室的連接需求，屬于中等要求，延遲可以到1000ms。

這個項目具有前瞻性，探索的是M2M通信的應(yīng)用場景。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)沒有部署，市場買到的WiFi模塊難以支持遠距離通訊。這個項目中不同公司完成不同的任務(wù)，通訊協(xié)議和要求對應(yīng)每個公司有所不同。增強性寬帶和5G技術(shù)加持下，場景應(yīng)用會提供更多選擇。

沈卓羣分享了一個具體用例——自治式瀝青施工現(xiàn)場的機器協(xié)作，包括鋪路機鋪設(shè)瀝青層、多臺壓路機合作將瀝青壓實、工頭確定施工執(zhí)行計劃與方案、施工現(xiàn)場辦公室監(jiān)督施工進度。

另一個是農(nóng)業(yè)應(yīng)用案例，用于協(xié)調(diào)拖拉機的移動和動作將自動化卸載農(nóng)產(chǎn)品到倉庫，同時將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。

在車載單元（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個天線振子，具備IP53耐候性能，支持雙向TDD，具有專有控制接口，可通過USB實現(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。詳細介紹見下圖：

沈卓羣表示，實測數(shù)據(jù)非常接近于仿真數(shù)據(jù)，項目的系統(tǒng)優(yōu)化和場外測試仍在進行，包括毫米波頻段的移動，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)，他堅信這個區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以給市場帶來價值。

5G M2M通信技術(shù)發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景

沈卓羣指出，M2M通信適用于區(qū)域化網(wǎng)絡(luò)，場景中機器數(shù)量不是特別多，如果未來客戶要擴大機器數(shù)量，需要網(wǎng)絡(luò)切片和IPV6技術(shù)來支持大量機器的通信，考慮到5G通信的大帶寬、低時延、海量連接特性，網(wǎng)絡(luò)切片可以針對特定場景設(shè)計專屬網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)功能和系統(tǒng)性能達到最優(yōu)。但是具體的場景上，通信運營商和企業(yè)根據(jù)具體項目來考慮網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和鋪設(shè)安排。

車載電子行業(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，還需要云計算和邊緣計算。未來，期待5G網(wǎng)絡(luò)逐步進入成熟期后，車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用才能真正實現(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)度的機器來優(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)中心進行計算，解決網(wǎng)絡(luò)過載的問題。

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，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)場部署數(shù)據(jù)中心，中心可以實現(xiàn)工作調(diào)配，根據(jù)不同機器給出的數(shù)據(jù)信息進行產(chǎn)線分配和制造決策。5G和工業(yè)技術(shù)的融合發(fā)展未來有更多的案例落地。未來5G通信逐漸推進，80%的應(yīng)用來自工業(yè)聯(lián)網(wǎng)，相信英飛凌未來會給工程師帶來更多更好的落地應(yīng)用。

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