應(yīng)用5G設(shè)備模塊設(shè)計成功的六大關(guān)鍵因素

在為您的 5G 設(shè)備應(yīng)用選擇模塊時，需要考慮以下六個關(guān)鍵因素，包括預(yù)認(rèn)證。

根據(jù) Omdia 和 TeleGeography 的數(shù)據(jù)，到 2021 年底，全球 5G 連接數(shù)和 220 個商業(yè)網(wǎng)絡(luò)有望超過 5.4 億個。這些數(shù)字對于工程師、系統(tǒng)設(shè)計師和其他負(fù)責(zé)將蜂窩連接添加到他們的設(shè)備和工作流程的人意味著什么?

一個要點是數(shù)量驅(qū)動的好處。設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)越多，5G 降低成本曲線的速度就越快。這使得 5G 對于物聯(lián)網(wǎng)和消費電子產(chǎn)品等價格敏感的應(yīng)用越來越可行。

這種趨勢似乎是開始使用 5G 而不是 4G 的明確信號。在很大程度上，這是真的。但情況并沒有那么明確。這就是為什么——以及在決定是否、何時以及如何開始使用 5G 時需要考慮的六個關(guān)鍵事項。

瀏覽頻譜選項

頻譜選擇直接影響您產(chǎn)品的性能、可靠性、電池壽命、運營商選擇、目標(biāo)市場和成本。5G 設(shè)計為在 63 個頻段中運行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何上一代。這些頻段的范圍也從 600 MHz 到 48 GHz，其中許多頻段遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)的蜂窩頻段。這意味著即使您有將蜂窩調(diào)制解調(diào)器集成到設(shè)備中的經(jīng)驗，5G 仍然伴隨著陡峭的學(xué)習(xí)曲線。

例如，每個頻段都有自己的信號傳播特性和帶寬能力。毫米波 (mmWave) 頻譜 — 24 GHz 及更高 — 支持?jǐn)?shù)千兆位速度，非常適合帶寬密集型應(yīng)用，例如 4K 視頻監(jiān)控攝像頭回程或?qū)?8K 視頻流式傳輸?shù)浇诌厰?shù)字標(biāo)牌。

需要注意的是，移動運營商通常僅在某些區(qū)域部署毫米波基站，例如市中心、商場、商業(yè)園區(qū)和體育場。這是因為頻率越高，信號范圍越短，這意味著運營商必須部署更多站點來覆蓋給定區(qū)域。路燈桿上的毫米波基站可能只有幾百米的覆蓋范圍。只有人口稠密的地區(qū)才有足夠大的潛在客戶群，讓運營商能夠收回所有這些額外站點的資本支出和運營支出。

如果應(yīng)用程序在小城鎮(zhèn)和州際高速公路等其他地方需要千兆速度怎么辦?然后它的 5G 模塊必須支持其他較低頻率的頻段，以確保連接始終可用。這也可能需要載波聚合 (CA)，其中組合多個頻率的多個信號以實現(xiàn)目標(biāo)帶寬。

另一個因素是物理障礙。在更高的頻率下，墻壁、窗戶甚至樹葉都會將信號衰減到帶寬驟降的程度——或者連接完全丟失。這就是為什么重要的是要考慮設(shè)備將在哪里使用：在室內(nèi)?戶外?兩個都?同樣的問題也適用于 5G 基站。例如，如果設(shè)備用于室內(nèi)，例如工廠自動化，如果基站也在室內(nèi)，而不是試圖通過外墻發(fā)送信號，吞吐量將更加一致，連接將更加可靠。

誰擁有 5G 網(wǎng)絡(luò)?

工廠自動化場景突出了另一個關(guān)鍵考慮因素：誰擁有您的設(shè)備將使用的 5G 網(wǎng)絡(luò)?如果產(chǎn)品針對的是商業(yè)市場，它可以是專用網(wǎng)絡(luò)，可以采用以下三種形式之一：

· 企業(yè)擁有核心和無線接入網(wǎng)絡(luò) (RAN)，就像移動運營商一樣。

· 該企業(yè)使用移動運營商公共 5G 網(wǎng)絡(luò)的虛擬私有切片。

· 一種混合組合，企業(yè)擁有本地網(wǎng)絡(luò)，但也使用公共 5G 網(wǎng)絡(luò)的私有切片進行廣域覆蓋。

移動運營商可以使用比私人運營商更多的頻段。例如，在美國，專用網(wǎng)絡(luò)可能使用CBRS 頻譜(3.55 至 3.7 GHz)，也稱為頻段 48。因此，如果設(shè)備的目標(biāo)市場是擁有 5G 網(wǎng)絡(luò)的美國企業(yè)，那么其模塊和天線必須支持 CBRS。

如果一些目標(biāo)客戶使用公共網(wǎng)絡(luò)的虛擬切片或混合組合，那么另一個考慮因素是 5G 可用性。盡管截至 2021 年底，大約有 220 個 5G 網(wǎng)絡(luò)投入商業(yè)服務(wù)，但要與 4G 目前擁有的近 700 個網(wǎng)絡(luò)相匹配還需要幾年的時間。事實上，TeleGeography 估計，到 2023 年底，5G 仍然不到一半，全球約有 329 個網(wǎng)絡(luò)。

因此，該模塊將需要支持 4G，以便在尚未提供 5G 獨立網(wǎng)絡(luò)(公共或私有)的地區(qū)使用。這種稱為“雙連接”或 EN-DC 的功能增加了模塊的復(fù)雜性，這也帶來了與監(jiān)管批準(zhǔn)和移動運營商認(rèn)證相關(guān)的額外挑戰(zhàn)和成本。

預(yù)認(rèn)證可減少開發(fā)時間和成本

即使模塊不需要 4G 支持，認(rèn)證也是一個關(guān)鍵考慮因素，因為它們會影響將 5G 產(chǎn)品推向市場的成本和交貨時間。為了最大限度地減少這兩種情況，請尋找由主要移動運營商和監(jiān)管機構(gòu)預(yù)先認(rèn)證的 5G 模塊，例如聯(lián)邦通信委員會 (FCC)、PCS 類型認(rèn)證審查委員會 (PTCRB)、無線電設(shè)備指令 (RED)、全球認(rèn)證論壇 (GCF)、日本無線電法 (JRL)、日本電信商業(yè)法 (JTBL) 和韓國通信委員會 (KCC)。

運營商和監(jiān)管機構(gòu)的認(rèn)證也會影響 5G 設(shè)備的潛在市場和收入潛力。擁有的越多，可以銷售的國家和地區(qū)就越多。這種靈活性對跨國企業(yè)客戶也特別有吸引力。

功耗：更少意味著更多

許多 5G 應(yīng)用將涉及電池供電的設(shè)備，例如醫(yī)療可穿戴設(shè)備和工業(yè)傳感器。在這些情況下，功耗是一個主要考慮因素，特別是如果應(yīng)用程序是關(guān)鍵任務(wù)，或者如果設(shè)備預(yù)計在該領(lǐng)域中保持十年不變。

5G 標(biāo)準(zhǔn)包括旨在最大限度延長電池壽命的功能。例如，5G 可以比前幾代更快地傳輸數(shù)據(jù)，因此設(shè)備花費更少的時間——因此更少的能量——發(fā)送和接收。多輸入多輸出 (MIMO) 天線技術(shù)還增加了信號強度，這有助于最大限度地減少數(shù)據(jù)包丟失，從而減少重傳的需要。

但是還有許多額外的考慮因素可以進一步延長電池壽命。其中一些取決于其他選擇，例如頻譜。例如，如果 5G 設(shè)備將使用毫米波頻譜，則該模塊應(yīng)與低功率天線配對。

檢查速度規(guī)格

5G是速度的代名詞。例如，3GPP 5G 標(biāo)準(zhǔn)包括增強型移動寬帶 (eMBB) 功能集，支持 10 Gbits/s 的峰值下行鏈路速度。令人印象深刻的是，對于許多 5G 應(yīng)用，例如監(jiān)控攝像頭回程和企業(yè)辦公室的 SD-WAN，模塊的上行鏈路功能將同樣重要或更重要。

另一個與速度相關(guān)的細(xì)微差別涉及 CA 和 EN-DC 的聚合。仔細(xì)檢查模塊的 EN-DC 和 CA 組合，以確保它們不會在實際部署中產(chǎn)生性能限制。例如，由于缺少 EN-DC 組合，有時 5G 性能在某些領(lǐng)域甚至可能低于 4G。

最大化 5G 模塊的價值和使用壽命

精心設(shè)計的 5G 模塊還可以降低設(shè)備的物料清單 (BOM) 成本，從而有可能提高盈利能力。較低的 BOM 成本還可以使該設(shè)備開拓更大的市場，包括對價格敏感的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如智能電表。

例如，具有強大處理能力的模塊也可以運行用戶空間應(yīng)用程序，無需單獨的硬件。這也可能是利用嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境的機會，例如可以由 Linux 客戶端應(yīng)用程序調(diào)用的一組功能。

最后，考慮設(shè)備的物理環(huán)境。例如，如果它會受到較大的溫度波動和振動(例如車隊遠(yuǎn)程信息處理模塊)的影響，請選擇工業(yè)級模塊。尋找 –40?C 至 85?C 的溫度范圍，以及有效散熱的熱設(shè)計。避免使用為消費級設(shè)備設(shè)計的模塊，例如筆記本電腦、平板電腦和移動熱點。