實現物聯網的5G承諾

作者 : Nir Shapira,CEVA行動寬頻事業部業務發展總監

對消費者而言,5G代表更高的(手機)效能、更高解析度的影片、更快的手機遊戲速度。然而,5G真正的承諾是為許多非手持式產品的垂直市場提供服務。

對消費者而言,5G代表更高的(手機)效能、更高解析度的影片、更快的手機遊戲速度——更多滿足消費者需求的方式。然而,5G真正的承諾是為許多非手持式產品的垂直市場提供服務。這是行動網路業者(MNO)和整個生態系統希望能從5G網路基礎設施的龐大投資中真正獲利的所在,這也是物聯網革命所期待的5G:將行動網路延伸至數十億個物聯網節點。這是更加遠大的目標,因為除了行動網路規模暴增,5G還必須適應這些網路中性質各異的端點(物聯網的「物」)。

從需要大量頻寬和「頻繁運作」的手機和固定式無線網路,到只需要少次傳送或接收少量資料封包的戶外感測器,都是這裡所指的「物」。毫不意外地,許多物聯網產品的需求介於上述兩者之間。這些產品不需要完整的增強型行動寬頻(eMBB) 5G效能,但對於電力/成本方面的期望比智慧型手機或固定式終端機更嚴格,在廣泛的使用案例中也要求極低的延遲,這就是新的 5G RedCap標準發揮作用之處。

 

 

3GPP寬頻標準在4種不同(但相關)的方向發展(詳見下表)。從第15版開始,第一主要方向是針對消費型手持式產品和固定無線接入(FWA)的eMBB。自第16版開始,第二個方向是低延遲URLLC,鎖定的是分秒必爭的邊緣運算,並支援未來的擴增實境/虛擬實境(AR/VR)裝置。第三個方向是側鏈(Sidlink),主要針對車輛V2X,但是預計從第18版開始支援非車輛使用案例,包括工業和物聯網案例(與RedCap結合)。第四個方向為物聯網的5G,LTE (尤其是 LTE Cat-1)目前提供此一方面的部分服務,但第17版引進了5G RedCap,因此5G現在正全盤接管這些服務,並預計在第18版中進一步改善與最佳化。

 

圖1:5G寬頻標準發展。

 

RedCap是什麼?

RedCap簡單來說就是降低能力。擁有所有5G的優點(尤其在網路上特別明顯),效能與上一代LTE不相上下,但延遲明顯更低,主要是為了補足支援eMBB和URLLC (峰值速率在Gbps範圍之內)的基準全效能5G裝置,以及窄頻寬MMTC (僅支援1Mbps)之間缺少的效能等級。RedCap裝置支援約85Mbps的效能等級,可用於多種工業和物聯網使用案例。

 

 

但是如果沒有要充分利用速度,使用5G有何好處?好處非常多。透過5G網路支援物聯網,可提供符合成本效益的未開發部署(不需要支援3個網路:5G、LTE與eMTC/NB-IoT)。5G著重於「降低能力」的使用案例,與基礎設施方面的私人網路快速增加,彼此關係並非巧合。這兩者之結合開創出符合成本效益的嶄新部署方式,解決企業與工業使用案例的難題。5G網路也提供更多的頻譜選項,包括未授權的頻譜。如果有限的覆蓋範圍可在頻譜複用中發揮優勢,RedCap也支援毫米波操作。5G網路也利用進階波束成形技術(複雜之處在於基礎設施),在6GHz以下頻段提供更高的涵蓋範圍,讓使用者端設備更為精巧省電。

5G也能改善裝置定位,即將推出的第17版有機會達到公分等級的準確度,讓工業使用案例進而受益。5G網路還可提供比LTE更優異的網路管理能力,支援有保障的服務品質(QoS),適用於安全性等方面。

透過軟體型網路切片、安全性與行動邊緣運算(MEC)選項,可以在通用網路基礎設施上提供此類的增強管理功能。網路切片可以提供不同等級的QoS,不需要增加更多網路硬體成本,並重複使用相同的網路基礎設施來支援高度分散的工業使用案例。MEC將傳統雲端運算功能移至網路,減少壅塞情形並改善成本效益與延遲。舉例來說,安全性和人工智慧(AI)功能可在本機閘道中提供。私人行動數據網路是另一種可能的應用,其中超高效能可能不如強化安全性、提升可用性和涵蓋範圍,以及根據網路需求提供切片選項來得重要。

哪些物聯網應用可以獲益於這些增強功能?工廠與電網內的工業感測器(例如壓力、二氧化碳、濕度、動作、溫度感測器等)、監視器、穿戴式裝置(包括眼鏡造型的新興延展實境裝置),車載資通訊系統、電子健康與醫療監控裝置。這些應用所分享的資訊或必須回應的資訊都具有一定程度的重要性,然而,這些應用所在的市場都對成本和電力非常敏感,RedCap的目標在於幫助物聯網產品製造商找到符合他們需求的平衡。

車輛遙測即是一個實例。我們通常會想到車輛中針對V2X的行動數據應用,所謂V2X即是車輛為了安全、導航、交通管理等事宜與其他車輛或基礎設施進行通訊。這些通訊需要側鏈通訊的特別支援,並要求與5G Redcap相似的效能。遙測是不大一樣的應用,車載遙測終端盒(T-Box)是現代汽車中的成熟電子裝置,負責遠端連接車輛功能等等。這些車載系統採用行動數據技術,不過新推出的系統則開始使用5G。車載遙測系統在此可以處理無線更新、收集和傳輸車輛統計資料,以及在偵測到問題時安排維修。車載遙測的連結量據估會超過V2X,而且非常適合RedCAP效能範圍。

該如何搭上RedCap這股風潮?

這件事聽來很棒,但事實上RedCap尚未完全獲准,預計要到2022年中才會通過核准。我們預計2024~2025年間將有RedCap初步部署,但使用者數量要到2026年後才會大幅增加。但這是否代表RedCap準備上線時,通訊功能就必須完全遭到取代?這項變動可能會曠日費時,且開發成本昂貴。

在筆者看來,最佳實務做法是使用能在LTE中運作,又可以透過軟體更新或簡易版本重製即輕鬆切換至支援RedCap的通訊系統來打造產品。許多產品製造商都迫切想找到符合此條件的解決方案:能夠儘速推出產品,並幫助他們在標準訂定且成熟後流暢移轉至5G RedCap。若要規劃下一代產品,往往存在影響短期收入的風險,但這些風險應該也必須是可控的。由於物聯網應用的所需成本低廉,希望RedCap實作可以更加整合,不只是數位基頻和RF部分,在某些情況下還能整合其他通訊技術和特定應用系統單晶片(SoC)。如此一來,即可針對特定使用案例來最佳化SoC,並為非專精於通訊的新廠商和原始設備製造商(OEM)提供可用選項,將RedCap IP整合至SoC中達到差異化效果,這與他們目前針對Wi-Fi的作法類似。

 

 

 

 

 

 

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