應用5G設備模塊設計成功的六大關(guān)鍵因素

在為您的 5G 設備應用選擇模塊時(shí)，需要考慮以下六個(gè)關(guān)鍵因素，包括預認證。

根據 Omdia 和 TeleGeography 的數據，到 2021 年底，全球 5G 連接數和 220 個(gè)商業(yè)網(wǎng)絡(luò )有望超過(guò) 5.4 億個(gè)。這些數字對于工程師、系統設計師和其他負責將蜂窩連接添加到他們的設備和工作流程的人意味著(zhù)什么?

一個(gè)要點(diǎn)是數量驅動(dòng)的好處。設備和網(wǎng)絡(luò )越多，5G 降低成本曲線(xiàn)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(jià)格敏感的應用越來(lái)越可行。

這種趨勢似乎是開(kāi)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(méi)有那么明確。這就是為什么——以及在決定是否、何時(shí)以及如何開(kāi)始使用 5G 時(shí)需要考慮的六個(gè)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(yíng)商選擇、目標市場(chǎng)和成本。5G 設計為在 63 個(gè)頻段中運行，遠遠超過(guò)任何上一代。這些頻段的范圍也從 600 MHz 到 48 GHz，其中許多頻段遠遠超出了傳統的蜂窩頻段。這意味著(zhù)即使您有將蜂窩調制解調器集成到設備中的經(jīng)驗，5G 仍然伴隨著(zhù)陡峭的學(xué)習曲線(xiàn)。

例如，每個(gè)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 — 支持數千兆位速度，非常適合帶寬密集型應用，例如 4K 視頻監控攝像頭回程或將 8K 視頻流式傳輸到街邊數字標牌。

需要注意的是，移動(dòng)運營(yíng)商通常僅在某些區域部署毫米波基站，例如市中心、商場(chǎng)、商業(yè)園區和體育場(chǎng)。這是因為頻率越高，信號范圍越短，這意味著(zhù)運營(yíng)商必須部署更多站點(diǎn)來(lái)覆蓋給定區域。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才有足夠大的潛在客戶(hù)群，讓運營(yíng)商能夠收回所有這些額外站點(diǎn)的資本支出和運營(yíng)支出。

如果應用程序在小城鎮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(gè)頻率的多個(gè)信號以實(shí)現目標帶寬。

另一個(gè)因素是物理障礙。在更高的頻率下，墻壁、窗戶(hù)甚至樹(shù)葉都會(huì )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備將在哪里使用：在室內?戶(hù)外?兩個(gè)都?同樣的問(wèn)題也適用于 5G 基站。例如，如果設備用于室內，例如工廠(chǎng)自動(dòng)化，如果基站也在室內，而不是試圖通過(guò)外墻發(fā)送信號，吞吐量將更加一致，連接將更加可靠。

誰(shuí)擁有 5G 網(wǎng)絡(luò )?

工廠(chǎng)自動(dòng)化場(chǎng)景突出了另一個(gè)關(guān)鍵考慮因素：誰(shuí)擁有您的設備將使用的 5G 網(wǎng)絡(luò )?如果產(chǎn)品針對的是商業(yè)市場(chǎng)，它可以是專(zhuān)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(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò ) (RAN)，就像移動(dòng)運營(yíng)商一樣。

· 該企業(yè)使用移動(dòng)運營(yíng)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(jìn)行廣域覆蓋。

移動(dòng)運營(yíng)商可以使用比私人運營(yíng)商更多的頻段。例如，在美國，專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )可能使用CBRS 頻譜(3.55 至 3.7 GHz)，也稱(chēng)為頻段 48。因此，如果設備的目標市場(chǎng)是擁有 5G 網(wǎng)絡(luò )的美國企業(yè)，那么其模塊和天線(xiàn)必須支持 CBRS。

如果一些目標客戶(hù)使用公共網(wǎng)絡(luò )的虛擬切片或混合組合，那么另一個(gè)考慮因素是 5G 可用性。盡管截至 2021 年底，大約有 220 個(gè) 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(gè)網(wǎng)絡(luò )相匹配還需要幾年的時(shí)間。事實(shí)上，TeleGeography 估計，到 2023 年底，5G 仍然不到一半，全球約有 329 個(gè)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)的地區使用。這種稱(chēng)為“雙連接”或 EN-DC 的功能增加了模塊的復雜性，這也帶來(lái)了與監管批準和移動(dòng)運營(yíng)商認證相關(guān)的額外挑戰和成本。

預認證可減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本

即使模塊不需要 4G 支持，認證也是一個(gè)關(guān)鍵考慮因素，因為它們會(huì )影響將 5G 產(chǎn)品推向市場(chǎng)的成本和交貨時(shí)間。為了最大限度地減少這兩種情況，請尋找由主要移動(dòng)運營(yíng)商和監管機構預先認證的 5G 模塊，例如聯(lián)邦通信委員會(huì ) (FCC)、PCS 類(lèi)型認證審查委員會(huì ) (PTCRB)、無(wú)線(xiàn)電設備指令 (RED)、全球認證論壇 (GCF)、日本無(wú)線(xiàn)電法 (JRL)、日本電信商業(yè)法 (JTBL) 和韓國通信委員會(huì ) (KCC)。

運營(yíng)商和監管機構的認證也會(huì )影響 5G 設備的潛在市場(chǎng)和收入潛力。擁有的越多，可以銷(xiāo)售的國家和地區就越多。這種靈活性對跨國企業(yè)客戶(hù)也特別有吸引力。

功耗：更少意味著(zhù)更多

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

5G 標準包括旨在最大限度延長(cháng)電池壽命的功能。例如，5G 可以比前幾代更快地傳輸數據，因此設備花費更少的時(shí)間——因此更少的能量——發(fā)送和接收。多輸入多輸出 (MIMO) 天線(xiàn)技術(shù)還增加了信號強度，這有助于最大限度地減少數據包丟失，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(jìn)一步延長(cháng)電池壽命。其中一些取決于其他選擇，例如頻譜。例如，如果 5G 設備將使用毫米波頻譜，則該模塊應與低功率天線(xiàn)配對。

檢查速度規格

5G是速度的代名詞。例如，3GPP 5G 標準包括增強型移動(dòng)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 應用，例如監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(gè)與速度相關(guān)的細微差別涉及 CA 和 EN-DC 的聚合。仔細檢查模塊的 EN-DC 和 CA 組合，以確保它們不會(huì )在實(shí)際部署中產(chǎn)生性能限制。例如，由于缺少 EN-DC 組合，有時(shí) 5G 性能在某些領(lǐng)域甚至可能低于 4G。

最大化 5G 模塊的價(jià)值和使用壽命

精心設計的 5G 模塊還可以降低設備的物料清單 (BOM) 成本，從而有可能提高盈利能力。較低的 BOM 成本還可以使該設備開(kāi)拓更大的市場(chǎng)，包括對價(jià)格敏感的物聯(lián)網(wǎng)應用，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(hù)空間應用程序，無(wú)需單獨的硬件。這也可能是利用嵌入式應用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境的機會(huì )，例如可以由 Linux 客戶(hù)端應用程序調用的一組功能。

最后，考慮設備的物理環(huán)境。例如，如果它會(huì )受到較大的溫度波動(dòng)和振動(dòng)(例如車(chē)隊遠程信息處理模塊)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計。避免使用為消費級設備設計的模塊，例如筆記本電腦、平板電腦和移動(dòng)熱點(diǎn)。