5G专网与工业4.0的未来

推动工业运营现代化以支持应用将会是一个非常复杂的挑战。当工厂仍使用传统的以太网设施将机器连接到中心位置时，面临的挑战尤为艰巨。在网络设施已经从有线网络过渡到无线网络的背景下，转变会相对容易些，但是在这过程中，暴露出商用Wi-Fi和LTE蜂窝网络的局限性。这是因为使用高度自动化、智能和协作的信息物理系统，这些系统需要非常稳定、低延迟的无线连接。

结果就是，越来越多的制造业、能源、采矿、配电、物流和其他领域的企业开始转向专网。他们正在远离传统的网络运营商，创建他们自己的无线网络。

无线技术带来的灵活性和性能

在过渡到无线专网后，可根据需要灵活地重新配置、升级和更替设置，从而保证工厂顺利、高效地运营。在设计、部署和运营私有网络时，还可以针对一系列特定需求进行优化，例如覆盖范围、隐私安全和性能。即使在商业网络连接受限的环境中，也能保证持续、可靠的网络连接覆盖。由于数据不会通过更易受到剽窃或攻击的公共信道进行传播，因此就能更好地保护专有信息。运营无线专网还能简化网络配置或功能，例如保护高层数据或支持特定数据速率，这些是商业网络提供商无法提供的。

当前专用网络中使用的无线技术多种多样。一些应用采用相对简单的基于802.11的设置，而其他应用使用蜂窝网络协议，例如700 MHz LTE蜂窝网络。2008年，美国联邦通信委员会(FCC)授权将这一网络用于商业用途。

可实现长期增长

随着蜂窝网络的普及，我们期望依靠作为其专用无线网络服务。工业自动化是5G的重点之一，并且也是逐步推出的5G标准的重要组成部分。

在2019年，5G Release 15标准扩展了对目前工业物联网(IoT)中使用的低功耗广域(LPWA)技术的支持，并引入了新无线电(NR)，以此为更高级功能提供基础。计划于2020年发布的Release 16标准将通过引入超可靠低延迟通信(URLLC)为工业自动化提供进一步的支持。

借助URLLC，工厂车间的无线连接将变得异常稳定，并且可以以接近或低于一毫秒的端到端延迟速率运行。超高可靠性、高可用性和超低延迟的结合意味着URLLC可以为使用人工智能、增强现实和先进机器人技术的智能工厂提供支持。5G的URLLC功能使蜂窝网络具备推动工业自动化更进一步的能力。

得益于5G为工业自动化提供的诱人承诺，包括德国和日本在内的多个国家已经在这类部署中分配频谱以供5G专网使用。

需要的5G功能

5G标准通过两种方式满足工厂自动化的需求——通过5G NR无线电通信技术和通过5G系统架构。在无线电通信中，灵活参数集、空间分集、多点协作(CoMP)操作、精确到厘米的定位、服务质量(QoS)和频谱结构的灵活性（包括工作在非授权的NR频段）等特性能够提高网络的稳定性，并减少网络延迟。在系统中，网络切片、增强的安全性、全新身份验证方法、易用的边缘云部署以及支持时间敏感网络(TSN)等功能增强了5G对工厂自动化的支持。

恩智浦观点

恩智浦是工业自动化专用5G网络的坚定支持者。我们将5G视为工业运营的未来，并正在努力实现这一未来。为此，我们依靠我们在工业应用领域的专业知识和领先地位。

恩智浦产品组合一直以来都立足于工业网络和控制领域。我们行业领先的Layerscape LS1043、LS1028和i.MX系列支持高级连接，同时还提供工业应用所需的可靠性和长期可用性。扩展此功能以支持5G连接是合理的下一步。

2019年10月，恩智浦推出全新Layerscape Access完全可编程基带产品系列，面向5G Access Edge系统。这个全新的5G系列基于我们现有Layerscape处理器、面向5G蜂窝基站的Airfast系列射频多芯片模块以及EdgeVerse解决方案组合。结果就是，对于工业4.0等高级应用，我们优化了从天线到处理器功能。我们还通过高度灵活、基于软件的解决方案为其提供支持，并得到了软件供应商生态系统的协助以提供完整的解决方案。

本文作者：Stuart Forbes

Stuart Forbes在半导体行业拥有36年的丰富经验。他目前是恩智浦边缘处理产品管理团队的成员，专门负责推广Layerscape Access产品线。

要了解有关恩智浦5G路径和工业应用中使用专用无线网络的更多信息，请访问：nxp.com/5g。