智慧製造2019.02.28

5G 玩的是什麼把戲?

飛飛

物聯網 自造者 創新

#瘋5G @全球首支 5G 智慧手機即將在美上市,首個 5G 商用通訊也將於南韓開通。2019 年才新春,我們已經跟 3G 說拜拜,迎來滿滿滿的 5G 新聞與話題。

5th Generation Mobile Networks 榮登今年科技界 It Girl 新主,讓我們一賭版面女王的迷人風采、一身精品行頭,當然還有她將如何顛覆你我生活的震撼影響力:

 

頻段

蜂巢式移動通訊,主要以一塊塊相鄰區域銜接成廣域覆蓋,其中最常見為六角蜂巢型的覆蓋區域單位。在無線電波頻率中,數字高低代表波紋振動多寡,而振動愈快,資訊載量就愈高;然而,愈高頻也代表繞射愈顯不夠力,容易產生通訊死角。因此,根據 3GPP 釋出版本,目前 5G的一般建議頻率分為用於高人口密度及高資訊載量空間的極高頻(24.25 - 43.5GHz*)段毫米波、填補死角用途的較低頻(6 GHz 以下)兩種,兼顧覆蓋率。以台灣的 4G 而言,其頻率仍落在MHz單位之間(700 - 1800 MHz),即可知 5G 威力。

 

波束成型 、 Massive MIMO

在 4G 及其幾個前代,基地台(Tx)與手機(Rx)之間的射頻傳送與接收,乃是由基地台天線發送訊號,手機搜尋後接收;其發射訊號為單向直線路徑。Beamforming,則取自類比訊號利用障礙物反射的物理原理,反向改由基地台天線搜尋手機天線,擔負複雜的演算定位後發送訊號;此可改善過往基地台訊號溢散問題、手機搜尋訊號之間的相互干擾。由於基地台所有天線採同步多工搜尋地面所有手機的作業,所有傳送與接收同步交叉進行,從而稱為 Massive (巨量) MIMO (多重輸出入作業),有別於過往個別天線單一作工。

 

網路切片

隨著網路虛擬化 ( SDN、NFV 等)技術愈發成熟與全面化進展,網路資源分配精緻化也自然浮上檯面;再加上,5G 特性包括基於同一基礎設施之上的異質化網路策略性運用,達成萬物聯網裡「大網包小網、小網連大網」,因此,將兩者結合後,透過 Network Slicing 就能依用途選擇最適切的通訊網路路徑,包括達成 D2D 裝置間通訊的高效率萬物互聯。譬如:自駕車 V2X 優先著重延遲性低、智慧零售通常資訊流量高,或是 LPWAN 低頻廣域網為相對於高頻的另一個異質化選項 。

 

5G NR  vs 5G TF

5G New Radio 為 3GPP 所使用 5G 規格的簡稱,其使用的 OFDM 技術,有別於不相容的 4G LTE,而稱為新空中介面 (NR)。5G Technical Forum  則為美國 Verizon 行動通訊供應商的 5G 規格,其頻率區隔、延遲性均不同於 5G NR。

 

在 5G 物聯網時代的遠景,工業智動化能即時連結全球數百座工廠,從遠端預測性維護單一機器人,到數百條產線變更預設,還能產業垂直整合連線,供需緊密配合;智慧零售讓消費者能從智慧語音助理下單,無人機送貨上門;自駕車能自動擷取智慧路燈所傳送訊息,機動選擇事故/塞車路段的替代選擇;智慧醫療能以 VR 協助手術導航;智慧安控能自動即時警示可疑事件。5G 通訊將階段性達成標凖規格,屆時就能實現高速低延遲資訊流,實務應用大規模數據、高演算負載, AI 也將能走向更深度的商業化成熟度 。

 

* 24.25 - 43.5GHz:參照主要 5G 搶先開通國家歐、美、中、日、韓及台灣的實際預定開放頻率。 另,美國亦提及可能開放 64 - 71 GHz 超高頻率。

延伸討論

智慧製造

關於感測器的兩三事

飛飛
感測收集的資料囊括類比、數位兩種訊號輸出。一般自然界的連續波都屬於類比訊號,包括:風速、太陽幅射、光強度、聲波、電波等;由於數位時代電子儀錶的蓬勃發展,許多感測器均已能轉化類比訊號為數位訊號,方便數位資料處理。隨著科學研發成果進展愈發豐碩,人類對環境中的基本物質愈發瞭解,透過物理特性(如:聲波回傳測距、幅射能反應為熱感指標等)、化學變化(如:特殊物質遇特定氣體產生濃氣味或色變的氣體偵測等)等感測指標也已愈發多元又精密,還能以不同感測數據交叉比對,滿足高精準度要求的感測結果。
智慧製造

感測器怎麼裝?

飛飛
時間不回頭,感測回報的數據也沒有重來的機會。精準度當然是毫無疑問的考量。然而,感測器的裝設還牽涉成本,這其中除了裝置的初始成本,還必須考量維護成本、耗能成本等。因此,感測器的裝設看似簡單概念,實行起來倒像是裝置藝術了。這話怎麼說呢?
智慧製造

晶片所面對的 5G 物聯網新需求

飛飛
晶片的設計與製造,始終都是效能、耗能與體積三角點之間的完美平衡。過往,資料處理具備像是電腦、行動裝置等獨立專用裝置,無非強調運算速率提升、記憶體存取速度加快等規格優越性,如今資料處理體系走出專用裝置,結合種種用途各異的電子物件,還有供新型雲端體系所承載巨量資料流處理的共享伺服器新興市場,再加上迎接 5G 所帶來全新通訊技術與規格的通訊功能,晶片產品進入了另一階段的新技術考量及挑戰。