5G准备在现实世界部署？

在5G推出之前，每一代移动电话技术的主要目的都是改善手机的操作。直到2008年4G技术被采用，真正的智能手机功能才得以实现，4G移动宽带导致了智能手机应用程序的开发，多媒体和流媒体服务的激增，以及高速的移动互联网接入。

今天5G网络的安装标志着新一代移动技术首次围绕机器和系统的需求而不是手机用户的需求建立起来。电信业的5G计划设想了三个主要参数的技术突破——延迟、可靠性和确定性;连接的密度;带宽和数据传输速度。

在这些参数中提高性能的原因是能够实时监控和控制兼容的密集浓度的设备。

通过5G标准规格中体现的三种技术增强功能来满足对潜伏期，密度和带宽的要求。这些是：

• 用于实时控制系统的超可靠性低延迟通信（URLLC）。
• 增强的移动宽带（embb）支持新的带宽依赖性用例，包括增强和虚拟现实。
• 用于低功耗、广域无线网络的增强型/大规模机器类型通信(eMTC)。

这些功能使5G技术能够支持工厂控制系统的实时确定性和“六9”（99.9999％）可用性的要求。然而，大多数移动手机用户访问2G，3G或4G网络的现实世界经验仍然是覆盖弱或不存在的黑点，并且偶尔和不可预测的掉线连接。

那么有一种现实的前景，移动电话技术将用于连接关键任务，时间敏感的工业机器吗？

寿命为4-20mA

对于所有最先进的5G技术的所有炒作，现实是，今天的大多数新工艺设备设备包括通过有线4-20mA链接进行控制 - 经过验证，可靠的技术。这使得在实施任务或安全关键控制系统时，致力于行业的确定性和避免风险。

改变的潮流不能永远殴打，而工厂的创新是运作的，控制系统设计人员评估4-20mA替代品的好理由。由于行业4.0加速了工厂运营所发展的步伐，推动了新的网络技术的推出：引进自主移动机械，以及更灵活的制造工具的开发，以满足对个性化或配置产品的日益增长的需求。

在工厂和仓库设置中，使用自主引导车辆（AGV），协作机器人和其他自主移动设备提供了提高效率和生产率的有效方法。

新一代自主移动设备，例如AGVS需要无线通信连接，该连接提供了实时控制的低延迟，高带宽，以从多个传感器携带来自诸如激光扫描仪和摄像机的多个传感器的信号，以及对干扰的高免疫力 - 标志5G移动网络。

当工厂运营商用无线连接取代有线连接时，他们也获得了快速重新配置工厂设备的灵活性，以满足消费者新的或不同的需求。电子商务的兴起促使消费者对订单产品的近乎即时送达的期望越来越高，并希望能够从比以往任何时候都更广泛的产品选择中进行选择。更快速、更容易地移动生产或加工设备的能力正在增值。固定的有线通信基础设施不如设备可以从任何位置连接到的无线网络灵活。无线网络还降低了安装通信电缆的成本、不便和技术难度。

从长远来看，工厂运营商与建立有线通信技术的无线控制能力开放。然而，在即时的未来，行业必须优先考虑其最重要的要求，可实现高可靠性和可用性;安全;应对挑战性的工业运行条件的鲁棒性;和超低延迟。

这些因素利于4-20mA的工厂通信标准的寿命。而且，虽然工厂运营商正在寻求更换4-20mA的技术，但今天他们的重点是执行有线工业以太网通信的时敏网络（TSN）标准，而不是无需无线。

TSN已成为工厂中高带宽，有线数据通信的首选标准，因为它提供了可靠性，鲁棒性，高数据传输速率，低延迟以微秒为单位的理想组合，并且与企业IT网络轻松集成系统。

由于TSN规范是一个受益于跨行业支持的标准，它正在迅速发展一个丰富的TSN组件和系统供应商生态系统。

验证索赔

然而，在实施TSN网络的同时，通过实施无线网络来加强工厂运作的范围也在积极评估之中。工业界的一些早期采用者已经开始在工厂内测试、验证和评估5G网络系统的运行，同时用新的TSN以太网网络替换传统的4-20mA系统。这一验证过程将为5G技术找到最合适的应用。

因此，工厂运营商现在开始测试5G规范的创新功能，例如“大规模MIMO”能力 - 使用天线阵列来提供发射器和接收器之间的多个物理传输路径。阵列可以被配置为形成发送到多个接收器的多天线波束。这允许实现诸如信道硬化，波束成形，快速信道估计和天线（空间）分集的技术的实现，其效果是大大提高了与4G移动网络相比的可靠性和减少延迟。

5G标准开发人员的一个目的之一是使无线网络能够实现与有线以太网网络的数据包传输相当的六个9秒的可靠性，并且相当于数据包误差比为1：1,000,000。1ms的潜伏期也是可能的，这在许多工业控制应用中施加的限制范围内。

问题是，这种表现可以在工厂内部经验的现实世界条件下实现，其中通信设备可能受到多个高幅度射频干扰，瞬态电压事件，高温和其他干扰的影响吗？

在验证5G安装的实际性能方面，工厂系统设计师可以选择：他们可以利用移动网络服务提供商提供的5G覆盖范围。5G标准还规定实施私人系统，或所谓的非公共网络（NPN），例如，工业校园或大型工厂复杂。不同的工业用户和用例将有利于不同的公共网络或专用网络。

通过OpenRan（Open Radio接入网络）规范的移动网络运营商的开发，还促进了工厂中5G网络的实施。除了传统上服务电信设备市场的人之外，这已将5G无线电和核心设备开辟了5G无线电和核心设备的市场，以更广泛的供应商。这有可能拓宽可供选择的设备选择，以满足与大众市场公共网络运营商不同的用例的需求，并鼓励由专注于工业市场的供应商开发5G产品。

虽然立即将来属于有线工业以太网技术，但很容易想象出厂内部的AGV和机器人通过5G网络传输和接收时间和任务关键数据有效载荷 - 以及5G网络覆盖的可用性意味着这是今天的实际而不是理论上的可能性。

本文最初出现在控制工程欧洲。