行业将测试新5G移动技术的“六个九”功能

在5G推出之前，每一代手机技术的主要目的是改善手机的操作。第一代移动电话网络是模拟系统，为语音呼叫提供足够的带宽。1990G于2年代初推出，是第一种数字移动技术，而3年代后期的1990G使手机可以携带电子邮件并提供对网页的基本访问。

直到4年采用2008G技术，才实现了真正的智能手机能力：4G移动宽带导致了智能手机应用程序的发展，多媒体和流媒体服务的激增，以及随时随地访问高速互联网。

最近安装的5G网络标志着新一代移动技术首次围绕机器和系统的需求而不是手机用户的需求而构建。电信行业的5G计划设想在三个主要参数上取得技术突破：

延迟、可靠性和确定性

连接密度

带宽和数据传输速度

提高这些参数性能的原因是能够实时监测和控制并发通信的密集集中设备。例如，在智慧城市场景中，5G有望在附近汽车的导航系统中显示有关可用路边停车位位置的实时信息。这种智能停车系统将需要在一个小区域内同时连接数千个接近传感器或摄像头以及数千辆汽车，不断传输有关空间可用性和位置的实时数据。

5G 标准规范中体现的三项技术增强功能满足了此应用和其他应用对延迟、密度和带宽的要求：

用于实时控制系统的超可靠低延迟通信 （URLLC）

增强型移动宽带 （eMBB），支持新的带宽相关用例，包括增强现实和虚拟现实

用于低功耗、广域无线网络的增强型/大规模机器类型通信 （eMTC）

这些5G技术特性使其能够支持工厂控制系统对实时确定性和六个九（99.9999%）可用性的要求。然而，大多数移动手机用户访问2G、3G或4G网络的实际体验仍然涉及覆盖较弱或不存在的黑点，以及偶尔和不可预测的连接中断。

替代成熟的4 mA至20 mA技术

尽管围绕最先进的5G技术进行了所有炒作，但现实情况是，当今大多数过程设备安装都包括通过成熟的有线4 mA至20 mA链路进行控制 - 这是一种可追溯到1950年代的成熟，可靠的技术。这说明了行业在实施关键任务或安全控制系统时对确定性和避免风险的需求。

但是，变革的浪潮不可能永远被击退，工厂运营方式的创新使控制系统设计人员有充分的理由评估4 mA至20 mA技术的替代方案。随着工业4.0和其他全球现象加快了工厂运营的发展步伐，两个趋势正在推动新网络技术的引入：自主移动机械的引入和更灵活的制造设施的开发，以满足消费者对个性化或配置产品日益增长的需求。

在工厂和仓库环境中，使用自动导引车（AGV）、协作机器人和其他类型的自主移动设备提供了一种提高效率和生产力的有效方法。随着自动化设备承担执行重复性和平凡任务的负担，工人可以自由地转移到机器无法执行的更高价值和更有趣的工厂操作。

AGV等新一代自主移动设备需要无线通信连接，为实时控制提供低延迟，高带宽来传输来自多个传感器（如LIDAR扫描仪和摄像机）的信号，以及高抗干扰能力，这是5G移动网络的标志。

当工厂运营商用无线连接取代有线连接时，他们还可以灵活地快速重新配置工厂设备，以满足消费者的新需求或变化需求。电子商务的兴起提高了消费者对订购产品的近乎即时交付的期望，以及从比以往更广泛的产品选项中进行选择的能力。更快、更轻松地移动生产或工艺设备的能力正在变得越来越有价值。固定的有线通信基础设施不如设备可以从任何位置连接的无线网络灵活。无线网络还降低了安装通信电缆所涉及的成本、不便和技术难度。

因此，从长远来看，工厂运营商对无线控制功能以及已建立的有线通信技术的好处持开放态度。然而，在不久的将来，行业必须优先考虑其最重要的要求，即：

高可靠性和可用性

安全

坚固耐用，可应对具有挑战性的工业操作条件

超低延迟

这些因素是工厂通信4 mA至20 mA标准寿命长的基础。虽然工厂运营商正在寻求取代4 mA至20 mA技术，但他们目前的重点是实施有线工业以太网通信的时间敏感网络（TSN）标准，而不是任何无线标准。

TSN已成为工厂中高带宽有线数据通信的首选标准，因为它提供了可靠性，稳健性，高数据传输速率，以微秒为单位的低延迟以及与企业IT网络系统轻松集成的理想组合。

由于TSN规范是一个受益于跨行业支持的标准，它正在迅速开发一个由TSN元件和系统供应商组成的丰富生态系统，其中包括ADI公司。

OpenRAN：非公共网络能够验证对5G性能的声明

随着TSN网络的实施，通过实施无线网络来加强工厂运营的范围也在积极评估中。工业界的一些早期采用者已经开始在工厂内测试、验证和评估5G网络系统的运行情况，同时用新的TSN以太网网络取代传统的4 mA至20 mA系统。此验证过程将找到最适合5G技术的应用。

因此，工厂运营商现在开始测试5G规范的创新功能，例如大规模MIMO功能，即使用天线阵列在发射器和接收器之间提供多条物理传输路径。阵列可以配置为形成多天线波束，传输到多个接收器。这允许实施信道强化、波束成形、快速信道估计和天线（空间）分集等技术，与 4G 移动网络相比，其效果是显着提高可靠性并减少延迟。

事实上，5G标准开发人员的目标之一是使无线网络能够实现数据包传输的六个九可靠性，与有线以太网网络相当，相当于1：1，000，000的数据包错误率。延迟也只有1毫秒，这完全在很多工业控制应用的限制范围内。

问题是，在工厂内部经历的真实条件下，通信设备可能会受到多种高振幅射频干扰、瞬态电压事件、高温和其他干扰的影响，这种性能能否实现？

在验证5G安装的实际性能时，工厂系统设计人员有一个选择：他们当然可以利用移动网络服务提供商提供的5G覆盖。但5G标准也规定了私有系统或所谓的非公共网络（NPN）的实施，例如覆盖工业园区或大型工厂综合体。不同的工业用户和用例将有利于不同的公共或专用网络选择。

OpenRAN（开放式无线接入网络）规范的移动网络运营商的发展也促进了工厂中5G网络的实施。这为5G无线电和核心设备打开了市场，除了传统上服务于电信设备市场的供应商之外，还有更广泛的供应商。这有可能扩大可用设备的选择，以满足与大众市场公共网络运营商不同的用例需求，并鼓励专注于工业市场的供应商开发5G产品。

作为TSN设备和5G基础设施制造商的物理层组件和协议软件供应商，ADI公司非常适合评估每种技术在工业控制系统中的应用前景。虽然不久的将来属于有线工业以太网技术，但很容易想象未来工厂内的AGV和机器人通过5G网络发送和接收时间和任务关键型数据有效载荷，而5G网络覆盖的可用性意味着这是一个实际的可能性，而不是理论上的可能性。

审核编辑：郭婷