邬贺铨:5G发力IoT,赋能物联网升级

2022-06-23 09:12:51
半导体产业纵横编辑部
文章摘要: 5G工业网关是在5G工业模组基础上,增加PLC等工控设备功能,还可加入边缘计算、物联网、区块链、IPv6等功能,推动IT与生产技术的融合,实现企业网扁平化、智能化。

5G发力,AI+loT=AloT。

作者:半导体产业纵横编辑部

邬贺铨院士曾经说过“相比前几代移动通信,5G的高带宽、低时延等特性适合、适应工业应用。中国工业面临高质量发展转型,5G为我国整个工业体系迎来新的改变及提升机遇。”今日,中国工程院邬贺铨院士在第四界挚物AIoT产业领袖峰会上再次分析了5G和AIoT的发展。

5G时代比3G、4G进步许多,数据率可高达100兆比特每秒,还有大连接物联网,虽然数据率只有160兆比特每秒,但是每平方公里可以连接100万个传感器,当然这还需要借助中速物联网。

最近开发了无源物联网,可以实现1平方公里内1000万个传感器联网。下图比较了窄带物联网、中低速物联网、宽带物联网等的特性。

5G大宽带物联网

5G在Sub6GHz频段单载波带宽为100MHz,下性峰值Gbps。但5G上性峰值因TDD主流时隙配比为7D3U在100MHz3.5GHz仅350Mbps。

而工业应用需要大上行,通过上行载波聚合,增加一个载波频段;上下行解耦,把上行和下行分别处在不同的载波频段;以及超级上行,TDD和FDD协同,高低频互补,时频域聚合,带宽提升20%,时延降低30%。

应用在那里呢?

共享单车、AGV、环境监测等都需要应用到5G大连接物联网。以云端大脑通过5G的低时延来管理大量机器人、AGV和无人机等,来实现低成本的协同作业。

原理是5G新增空口带宽切片功能、将100MHz载波分割可同时支持大连接窄带物联网,还可以与eMBB和URLLC同频组网;5G的IAB技术采用同频和空口资源同时提供接入和回传能力,支持D2D应用;以及通过NB-IoT无话音与多媒体业务功能。

5G中速低时延物联网

5G中速物联网,又称为5G新型心空口和精简能力的5G。数据率在10-20 MHz带宽中提供上下行速率50100Mbps,时延5-10ms。

技术上,带宽从100MHz降低到20MHz中断接收天线数从2或4减少到1,最大下行调制阶数从256降到64QAM在FDD中支持半双工操作,减少盲解码次数降低PDCCH复杂性,以及拓展了不连续接收功能。

成本上预计可比5G模组成本降低百分之六十到七十,期待控制在100到200元。它的应用也比较广泛,比如支持工业传感器、监控摄像头、可穿戴设备、医疗监控设备等联网应用。

5G无源物联网

除了刚才提到的物联网应用以外,生活中还会有其他的场景。比如快消品、物流包裹、产品外包装、仓库货物盘点和智能水表等海量物理终端每年有千亿件之多,但由于本身条件和成本限制不具备小型电池供电,无法使用NB-IoT。过去这些领域用的是RFID,但是它能量及发射和接收信号都来自专用读写器,导致发收自干扰,传输距离短,存储数据量小,无NFC难与手机互动,而且无法用在拥有非常密集终端的场景中。由此,无源物联网应运而生。

无源物联网终端从空间的无线电波中获取能源,5G无源物联网则由基站信号赋能。

能量获取技术——由于5G每一个赋形波束朝着一个狭小的方向并且持续移动,极难准确采集5G波束的能量。可用罗特曼透镜同时采集与汇聚多波束能量,采用高响应度金属—半导体—金属MSM二极管,提升能量转换效率。

信号传输技术——终端吸收射频信号并调制天仙反射系数实现数据传输。

网络技术——5G标准化演进中通过精简射频、DSP、协议栈、同步性、覆盖性增强技术、新的干扰管理技术等来实现低成本广覆盖及规模化。

5G与云计算

物联网还可以跟AI和云计算结合。通信网络带宽不足,时延大,导致人工智能决策不能第一时间反馈到物联网去执行,错过了最佳的集成时间,现在5G打通了数据从采集到决策的全过程,带宽高,低时延,将物联网与云计算和人工智能无缝融合,AI芯片与操作系统操作系统嵌入5G物联网模块构成AIoT终端。

5G AIoT终端

5G的工业模组是典型的AIoT终端,跟手机比它有着很大的不同,在通信方面跟手机比要简单,但是在带宽上面,工业模组从终端到网络的要求很高,此外在芯片的面积功耗成本要求上,5G工业模组会比手机低,但是环境条件要求就高很多了。

5G工业网关是在5G工业模组基础上,增加PLC等工控设备功能,还可加入边缘计算、物联网、区块链、IPv6等功能,推动IT与生产技术的融合,实现企业网扁平化、智能化。

IPv6也能很好的帮助5G物联网,可也获得IPv6多归属功能,可为终端的一个PDU会话分配多个IPv6前缀,为移动边缘计算提供基于源地址的不同QoS业务分流应用,还为5G切换提供先建后断的业务连续性。

5G物联网不仅是物联网的一种连接方式,而且是5G内生的一些特点赋能物联网升级。5G开拓了物联网向移动、宽带、大连接、低时延应用的新领域。5G缺省采用IPv6和内置的网络安全能力以及MEC(边缘计算)的结合,提供对时延、可靠性敏感的物料网应用的支持。

5G+IPv6+MEC将加固物联网的安全,助力解决IoT终端对网络安全防御能力薄弱的问题。5G物联网具有云网边端融合的特点,围绕5G+边缘云平台可聚合物联网产品与应用,可解决传统物联网产品类型多难以规模化以及物联网企业小而散难成集群的问题。

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