发力5G M2M通信应用场景，英飞凌毫米波射频方案前瞻性破解

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5月29日，在电子发烧友主办的《2020年5G技术创新峰会》上，来自英飞凌电源与传感系统事业部应用市场经理沈卓羣带来了对工业4.0领域机器通信最新案例的解读。

德国在2019年3月进行了5G频谱拍卖，目前德国境内5G网络覆盖不到一半的人口。在德国，5G通信网络还没有大规模建成，英飞凌在工业4.0方向的机器通信如何破解工业应用的场景？沈卓羣表示，案例项目的目标实现自动化机器人中心，在工业区域服务中心，采用URLLC技术和5G场景协同，为工业、农业自动化运作带来的一流工业通信解决方案。

图：英飞凌电源与传感系统事业部应用市场经理 沈卓羣

英飞凌作为主要参与者，参加了行业联合体推动和德国政府设立的项目——非道路移动机械自治通信，主要目标是以建筑、工业和农业应用开发网络为导向，协同执行任务，实现机器协作的半自动化和全自动化。

英飞凌领衔的合作联盟，成员来自五家企业，BOMAG和Franhofer，一家是制造压路机公司，一家是制造农业型拖拉机的公司。Robotmaker，生产用于农业和建筑车辆的通讯模块，STW专注通信系统集成商，他们专门从事于机械到机械，人到机械的通讯。凯泽斯劳滕工业大学，他们在该领域提供系统测试和系统的解决方案。

沈卓羣演绎了应用场景，实际场景下铺路机和压路机的道路施工应用中，铺路机和压路机之间需要无线通讯以协调整个车队的速度和方向。重点三个协作：每个机种将选择要执行的任务，铺路机要沿跟随压路机路径进行或停止服务进行协同，还有施工现场和办公室的通讯。

在项目进行当中，英飞凌已经洞察到两个低延迟场景：第一、正在运行的无人压路机之间，传输距离300m，要求低延迟10ms；第二、压路机和工头之间，传输距离100m，要求低延迟50ms。而压路机与施工现场的办公室的连接需求，属于中等要求，延迟可以到1000ms。

这个项目具有前瞻性，探索的是M2M通信的应用场景。为什么要布局区域化的5G设施？沈卓羣指出，5G设施在欧洲很多地区没有部署，市场买到的WiFi模块难以支持远距离通讯。这个项目中不同公司完成不同的任务，通讯协议和要求对应每个公司有所不同。增强性宽带和5G技术加持下，场景应用会提供更多选择。

沈卓羣分享了一个具体用例——自治式沥青施工现场的机器协作，包括铺路机铺设沥青层、多台压路机合作将沥青压实、工头确定施工执行计划与方案、施工现场办公室监督施工进度。

另一个是农业应用案例，用于协调拖拉机的移动和动作将自动化卸载农产品到仓库，同时将数据发送到云端。

在车载单元（OBU）系统架构上，英飞凌提供毫米波前端模块（FEM），带8*8相控阵列天线的RF板。

据沈卓羣介绍，英飞凌毫米波前端模块（FEM），是带8*8相控阵列天线的GR板，64个天线振子，具备IP53耐候性能，支持双向TDD，具有专有控制接口，可通过USB实现GUI，该模块使用英飞凌18x波束形成器RFSoC和1x上下变频器RFIC。详细介绍见下图：

沈卓羣表示，实测数据非常接近于仿真数据，项目的系统优化和场外测试仍在进行，包括毫米波频段的移动，相控阵天线的波束技术优化和区域优化技术的研究还在继续，他坚信这个区域网络系统可以给市场带来价值。

5G M2M通信技术发展趋势和应用前景

沈卓羣指出，M2M通信适用于区域化网络，场景中机器数量不是特别多，如果未来客户要扩大机器数量，需要网络切片和IPV6技术来支持大量机器的通信，考虑到5G通信的大带宽、低时延、海量连接特性，网络切片可以针对特定场景设计专属网络，网络功能和系统性能达到最优。但是具体的场景上，通信运营商和企业根据具体项目来考虑网络架构和铺设安排。

车载电子行业应用是M2M应用的主要方向之一，沈卓羣认为，解决C-V2X技术和应用，除了具备5G SA网络外，还需要云计算和边缘计算。未来，期待5G网络逐步进入成熟期后，车联网应用才能真正实现。在工业网络，大部分是控制、同步和信息交换，可以在区域网中部署小区域网，连接任务相关性高和高关联度的机器来优化，网络端就在工厂附近，不用上传云端，可以在本地的中心办公室和数据中心进行计算，解决网络过载的问题。

沈卓羣看好5G和工业互联网的结合，在工业现场，在工厂部署局域网，配合5G技术协议和5G的高QoS，在工业现场部署数据中心，中心可以实现工作调配，根据不同机器给出的数据信息进行产线分配和制造决策。5G和工业技术的融合发展未来有更多的案例落地。未来5G通信逐渐推进，80%的应用来自工业联网，相信英飞凌未来会给工程师带来更多更好的落地应用。

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