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实现物联网 5G 承诺

时间:2022-05-06 11:50:51 作者:Nir Shapira, Business Development Director, CEVA 阅读:
移动网络运营商和整个生态系统希望通过 5G 网络基础设施实现巨大投资变现的领域。物联网革命的预期 5G 效果是将移动网络扩展到数十亿个物联网节点。他们不需要完整的 eMBB(增强移动宽带)5G 性能,但他们的功率/成本期望要比智能电话或固定终端更严格,而且在各种应用中都要求极低的延迟。这就是新的 5G RedCap 标准的用武之地。
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对于我们消费者而言,5G 是指更高的(手机)性能、更高分辨率的视频、更快的手游速度,是通过更多方式满足我们消费者的需求。但 5G 的真正承诺是为众多垂直非手机的市场服务。这也是移动网络运营商和整个生态系统希望通过 5G 网络基础设施实现巨大投资变现的领域。物联网革命的预期 5G 效果是将移动网络扩展到数十亿个物联网节点。这是一个远大目标,因为 5G 除了要实现移动网络规模爆炸式增长之外,还必须适应这些网络终端(以下简称“物”)的多样性。此处提到的物,从需要大量带宽的移动电话和“频繁运行”的固定无线网络,到只需要不经常传输或接收小数据包的场景的传感器。许多物联网产品的需求介于两者之间,这一点不足为奇。他们不需要完整的 eMBB(增强移动宽带)5G 性能,但他们的功率/成本期望要比智能电话或固定终端更严格,而且在各种应用中都要求极低的延迟。这就是新的 5G RedCap 标准的用武之地。

3GPP 宽带标准在 4 个不同(但相关)方向发展(见下方图表)。自第 15 版开始,首个且主要的方向是 eMBB,面向消费类手机和固定无线接入 (FWA)。自第 16 版开始,第二个方向是低延迟 URLLC,面向对时间要求严格的边缘计算和支持未来的 AR/VR 设备。第三个方向是 Sidelink,主要面向汽车 V2X,但预计自第 18 版开始才会支持非汽车用例,涵盖工业和物联网领域(此领域将与 RedCap 融合)。第四个方向是物联网 5G。LTE(尤其是 LTE Cat-1)目前提供部分服务,但随着在第 17 版中引入 5G RedCap,5G 现在已完全接管这些服务,并预计在第 18 版中进一步改进和优化。

图 SEQ Figure \* ARABIC VALUE 1 5G 宽带标准演变

什么是 RedCap

RedCap 简单来说就是降低容量。5G 的所有优势,在网络中尤为明显,其性能与上一代 LTE 相当,但延迟明显更低,主要针对支持 eMBB 和 URLLC 的基线全性能 5G 设备(峰值速率在 Gbps 范围内)之间缺少的性能等级,和窄带宽 MMTC(支持仅 1Mbps)。RedCap 设备将支持大约 85 Mbps 的性能等级,可用于各种工业和物联网用例  

但是如果不充分利用速度的话,使用 5G 有什么好处?好处有很多。通过 5G 网络支持物联网,可以实现经济高效的绿地部署(无需支持 3 个网络:5G、LTE 和 eMTC/NB-IoT)。5G 关注降低容量的使用案例,与基础设施方面私有网络的快速增长速度相一致,这绝非巧合。两者的结合为以全新且经济高效的部署方式解决企业和工业应用难题开辟了领域。5G 网络还可提供更多频谱选项,包括未经许可的频谱。如果有限的覆盖范围可在频谱复用中发挥优势,RedCap 还将支持毫米波操作。5G 网络利用先进的波束形成技术(复杂性在于基础设施方面),还可在低于 6GHz 的范围内提供更广的覆盖范围,使用户端设备更精简、紧凑及节能。 

5G 还可以改进设备定位,并有望在即将发布的第 17 版中实现厘米级定位精度,进一步促进工业应用。 

5G 网络还提供了比 LTE 更好的网络管理,支持有保障的服务质量 (QoS),例如安全性方面。

通过基于软件的网络切片、安全和移动边缘计算 (MEC) 选项,可以在通用网络基础设施中提供这种增强的管理。网络切片可以提供多级 QoS,而无需增加更多网络硬件成本,并重新使用相同的网络基础设施来支持高度分散的工业应用。MEC 将传统云计算功能迁移到网络中,以减少拥塞,提高成本,降低延迟。比如说,安全和人工智能功能可在本地网关中提供。专用蜂窝网络是另一种可能的应用,在这种应用中,超高性能可能不如增强安全程度、改进可用性、扩大覆盖范围以及根据该网络的需要提供切片选项带来的优势那么重要。 

这些增强功能可使哪些类型的物联网应用程序受益?工厂和电网中的工业传感器(例如压力、CO2、湿度、运动、温度传感器等)、监控监测器、可穿戴设备(包括新兴的 XR 设备,尤其是眼镜形式的设备)、车用资通系统、电子健康和医疗监测设备。他们共享或必须响应的信息都具有一定程度的关键度。不过,以上所有应用都在市场中对成本和功率非常敏感。RedCap 旨在帮助物联网产品制造商找到满足其需求的合适平衡点。 

汽车遥测是一个具体示例。我们通常会考虑 V2X 车辆中的蜂窝应用,既车辆与其他车辆或基础设施进行通信,或用于确保安全、导航、交通管理的基础设施。这就需要 Side-link 通信提供专属支持,以及类似 5G Redcap 的性能。遥测是一种截然不同的应用。车联网通信盒(T-Box)是现代汽车中的一个成熟电子设备,负责远程连接车辆功能等。这些系统使用蜂窝技术,而新兴系统则开始使用 5G。在这种应用中车联网通信盒可以处理无线更新、收集和传达车辆统计数据,并在检测到问题时安排服务。据估计,远程通信链路的数量将超过 V2X,非常适合 Redcap 性能范围。 

那么,我们如何跟上 RedCap 的脚步?

这听起来不错,但 RedCap 尚未完全获批;预计将在 2022 年年中获批。我们预计将在 2024-2025 年之间对 RedCap 进行初始部署,在 2026 年之后实现用户数量激增。但这是否意味着当 RedCap 上线时,通讯功能必须被完全取代? 如果是的话,这种变化可能对进度和开发成本带来昂贵成本。建议最好使用既可以在 LTE 中运行,又可以通过软件更新形式或简单衍生版本轻松切换为支持 RedCap 的通信系统来构建您的产品。许多产品制造商都渴望找到这样的解决方案,这是一种通信链路,可以帮助他们在标准成熟后顺利迁移到 5G RedCap,从而在明天将产品上架。在不影响短期收入的情况下,为下一代做规划始终存在风险,但这种风险应该是可控的。由于物联网应用需要低成本,我们预计 RedCap 实施将更加集成,不仅是数字基带和 RF 部分,而且在某些情况下还与其他互补通信技术以及应用特定的 SoC 集成。这将允许根据特定应用优化 SoC,并为不专门从事通信的新供应商和原始设备制造商 (OEM) 提供选择,通过将 RedCap IP 集成到 SoC 实现差异化优势。类似他们现在对 WiFi 的作为。 

责编:Amy.wu
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