本期內容包括：

1.分級式工廠正在不斷發展

2.5G：支持各種IIoT連接應用

3.5G RedCap（NR-Light）： 物聯網連接難題中缺失的一環

4.5G：實現室內外無縫定位和授時

5.工業4.0的核心賦能者

作者

Sylvia Lu

u-blox公司戰略部；5G-ACIA董事會成員

與我們的家以及城市一樣，工廠也變得越來越智能。借助遠程監控、自動化和其他智能技術，工業4.0有望使制造業更安全、更高效、更具有生產力。與此同時，5G生態系統正在迅速擴展，提供了非常適合智能工業的多功能混合技術。

然而，要在工業4.0框架內充分釋放5G在工業物聯網 (IIoT) 中的潛力，至少還缺少兩個關鍵要素。

首先，需要為中層物聯網應用提供穩健可靠的連接。其次，需要精確無縫的室內定位、導航和授時（PNT）功能。

在了解5G IIoT如何釋放工業4.0的全部潛能之前，讓我們先簡要探討一下工廠中發生的演變。

分級式工廠正在不斷發展

向工業4.0轉型要求我們重新思考工廠的藍圖。如今，大多數工廠都采用傳統的金字塔式分層設計。最上面是信息技術領域，是企業資源規劃（ERP）功能的所在地。下面是操作技術（OT）領域。這通常包括與一系列控制器相連的制造執行系統，這些控制器又與工廠中的不同設備相連。

OT領域通常非常分散。各設備孤島都使用不同的連接技術和協議，如Profibus、Profinet和EtherCAT。網關將不同的設備島分隔開來。這種設置造成了操作的復雜性和不靈活性。

當前的系統雖然有效，但分段式設計阻礙了工廠的數字化進程。未來的工廠將不再采用自上而下的金字塔模式，而是采用完全連接的方式，從而提高生產率、靈活性、運營效率和可用性。在這種模式下，單個設備、工廠應用程序和外部系統將能夠直接相互通信，而無需通信網關。5G將是實現這一目標的核心推動力之一。

圖 1：得益于5G連接，明天的工廠將今非昔比。

1資料來源 《利用5G無線連接促進智能制造》，愛立信技術評論

5G：支持各種IIoT連接應用

5G在IIoT領域的主要優勢在于，它提供的連接解決方案能夠滿足現代工廠中許多不同的應用。

例如，自動導引車（AGV），如用于將零件從倉庫運送到生產線的自動導引車，或裝配線上的機器人控制器，都需要超可靠、低延遲、高度安全和更靈活的通信。

監控生產線的工業無線傳感器有著截然不同的需求。能夠使用多年的電池壽命、較低的復雜性以及可支持小范圍內的大量設備正是關鍵所在。但數據傳輸速率并不需要很高。

在其他地方，人工操作控制人員拿著筆記本電腦或平板電腦在現場走來走去，確實需要更高的數據傳輸速率和更低的用戶界面延遲。5G的增強型移動寬帶（eMBB）就非常適合這種應用。

不過，還有一類IIoT應用有著不同的要求。這就是我們所說的“中層”。在這些應用中，設備成本低、外形尺寸小、數據傳輸速率適中都非常重要。接下來，讓我們來關注一下這類設備。

5G RedCap（NR-Light）：

物聯網連接難題中缺失的一環

監控攝像頭和可穿戴設備等工業應用屬于這種中間層的連接要求。對數據傳輸速率的需求高于NB-IoT和LTE-M1等技術所能支持的水平，但全面的5G-NR連接則顯得過高。

這就是5G RedCap（也稱為NR-Light）將填補重要空白的地方。它是中層IIoT應用的最佳選擇，在數據傳輸速率和復雜性方面實現了更佳融合。5G Redcap以20 MHz部署時，能夠提供10 Mbps到220 Mbps左右的中等數據傳輸速率，非常適合許多此類應用，其中一些應用目前可能正在使用LTE Cat 1和Cat 4。

圖 2：5G RedCap位于LTE-M1/NB-IoT和5G-NR之間。

雖然LTE網絡仍將使用數年，但隨著時間的推移，我們將不可避免地看到向5G獨立網絡的過渡。此外，根據不同的配置，RedCap可以實現比LTE Cat 4更高的峰值數據速率和更低的延遲，從而為設備制造商提供改進產品和服務的機會。RedCap還能在專用網絡中提供與5G核心網的固有連接，從而使關注網絡壽命的工廠主和運營商受益。

因此，5G RedCap為目前使用LTE Cat 1和LTE Cat 4的用戶提供了一條向先進5G技術過渡的戰略途徑。我們認為，隨著5G RedCap開始大規模應用，目前使用LTE Cat 1或Cat 4的IIoT用例將不可避免地過渡到5G RedCap，歐洲和美洲可能從2026年開始。

5G：實現室內外無縫定位和授時

雖然圍繞5G的討論大多集中在連接性上，但該技術還提供定位和授時功能，這是我們拼圖中所缺少的第二塊。

室內定位是一個不斷增長的市場，尤其是在制造業。應用包括跟蹤工具、機械和其他資產。在這種情況下，需要亞米級的精度，但功耗必須保持在較低水平，而且部署必須簡單快捷。然而，室內PNT的應用一直進展緩慢，原因是鋪設必要的基礎設施需要高昂的資本和運營成本（因為全球導航衛星系統 (GNSS) 信號無法穿透建筑物）。此外，市場已經碎片化，就更需要部署一系列技術和解決方案。

5G利用現有基礎設施為這一問題提供了解決方案。我們預計，隨著5G設備生態系統的日漸成熟，5G在室內定位方面的應用需求將開始增加。這很可能與更廣泛的RedCap采用時間表一致，即從2026年開始。

同樣，定時對于智能工廠的數據記錄和機器管理也很重要。通常的做法是與世界時間同步，但在室內使用衛星信號可能會出現誤差。我們展示了如何利用5G蜂窩信號在室內環境中實現許多工業應用所需的亞微秒精度。

工業4.0的核心賦能者

隨著我們進入2020年代后半期，工業5G的采用率正在穩步上升。我們正在從早期的概念炒作到實用、可擴展的解決方案，目前已經部署了一千多個專用網絡。到2028年，專用工業5G網絡的數量將比2024年第一季度部署的數量增長八倍多。發展軌跡顯而易見：工業5G正在發展壯大，代表著行業運營方式的轉變，利用5G推動效率和創新。

由于工業設備和基礎設施需要較長的使用壽命，因此IIoT設備的設計者必須采用具有開放接口和可擴展架構的靈活模塊化解決方案。這將使5G成為推動未來工業4.0推廣的關鍵技術。

/關于u-blox公司/

瑞士u-blox公司（SIX:UBXN）專注于為客戶提供豐富的芯片和模塊產品以及全面的物聯網服務，賦能客戶以實現精準定位與萬物互聯。我們憑借業界領先的解決方案持續推動未來汽車與物聯網行業的創新升級。u-blox公司總部設于瑞士蘇黎世塔爾維爾，目前全球員工約1,400名，可為客戶量身打造出兼具精準、智能和可持續性的解決方案。