目錄

一、5G白皮書與基礎

1、工業應用場景對通信技術的性能要求

2、5G無線技術發展歷程

3、5G NR標準發展歷程

4、5G網絡部署方式

?二、工業5G的測試床

三、5G + 智慧工廠應用示范

四、工業5G應用實現方式?

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一、5G白皮書與基礎

• 描繪鋼鐵行業“新藍圖”：華為5G智慧鋼鐵白皮書發布 - 通信產業網.
• 5G 網絡智能化白皮書（附下載）.?
• 周圣君-5G零基礎入門
• 5G網絡理論：網絡部署與優化

1、工業應用場景對通信技術的性能要求

表1 典型應用場景對信息通信技術的性能要求

生產場景		可靠性	時延(ms)	數據包大小(Bytes)	設備數量	工作空間(m)
運動控制	打印設備	>99.9999%	<2	20	>100	100X100X30
	工具器械	>99.9999%	<0.5	50	約20	15X15X3
	打包機	>99.9999%	<1	40	約50	10X5X3
移動機器人	協作運動控制	>99.9999%	1	40~250	100	<1 km^2
	視頻操作遠程控制	>99.9999%	10~100	15~150	100	<1 km^2
移動控制面板	裝配機器人或銑床	>99.9999%	4~8	40~250	4	10X10
	移動吊車	>99.9999%	12	40~250	2	40X60
加工自動化（生產監控）		>99.99%	>50	各異	10000臺/km^2

2、5G無線標準制定歷程

ITU：2017年下半年啟動5G技術方案征集，2020年完成5G標準制定。

圖1 5G無線技術發展趨勢

R15主要針對eMBB場景應用，R16主要針對URLCC、D2D等場景應用，R17主要針對mMTC場景應用。?

3、5G NR標準與頻譜

圖2 5G NR 標準發展歷程

3.1 5G頻譜?

FR1：sub 6G頻段，3 GHz以下的稱為sub 3G，3~6 GHz的稱為c-band。

FR2：毫米波，資源豐富。

表2 5G頻譜優劣對比

頻段類型	頻段優勢	頻段劣勢	部署策略
sub 3G	頻段低，覆蓋性能好	可用頻率資源有限，大部分被當前系統占用	初期不建議部署，后續可用過refarming和cloudair技術進行部署，作為5G的廣覆蓋層
c-band	NR新增頻段，頻譜資源豐富，帶寬大	上行鏈路覆蓋較差，上下行不平衡問題明顯	5G主要頻段，最大可部署100 MHz帶寬。上下行不平衡問題可通過上下行解耦特性解決
毫米波	NR新增頻段，小區帶寬最大	覆蓋能力差，對射頻器件性能要求高	初期部署不作為主要選擇，主要作為熱點eMBB容量補充，D2D等特殊場景

3.2 中國5G中低頻譜分配

表3 中國5G頻譜分配情況?

中國移動	2.515-2.675 GHz, 4.8-4.9 GHz
中國聯通	3.5-3.6 GHz
中國電信	3.4-3.5 GHz
中國廣電	700 MHz, 4.9-4.96 GHz

表4 5G NR頻率范圍

NR頻段號	上行頻段 基站接收/UE發射	下行頻段 基站發射/UE接收	雙工模式
n41	2496-2690 MHz	2496-2690 MHz	TDD
n77	3300-4200 MHz	3300-4200 MHz	TDD
n78	3300-3800 MHz	3300-3800 MHz	TDD
n79	4400-5000 MHz	4400-5000 MHz	TDD

4、5G網絡部署方式

5G網絡的部署主要包括無線接入網RAN和核心網5GC。無線接入網主要由基站組成，為用戶提供無線接入功能，核心網主要為用戶提供互聯網接入服務和相應的管理功能等。

3GPP根據5G控制面錨點不同，分為獨立部署（SA）和非獨立部署（NSA）兩種部署方式。SA指新建一個網絡，包括新基站、回程鏈路以及核心網，并且以5G NR為控制面錨點接入5GC。NSA指使用現有的4G網絡基礎，進行5G網絡的部署。

目前3GPP共列舉8種5G架構選項，其部署方式如下所示。

圖3 3GPP關于4G/5G融合部署方式 表5 5G網絡部署方案對比

		優勢	劣勢
獨立NR部署	option 2	對現有2G/3G/4G網絡無影響，不影響現網用戶； 可快速部署，直接引入5G新網元，不需要對現網改造； 引入5GC，提供5G新功能和新業務。	當5G NR沒有連續覆蓋時，語音連續性依賴跨系統切換，QoS無法得到保障； 需同時部署NR和5GC，成本較高。
非獨立NR部署	option 3系列	對NR覆蓋無要求； 改動小，投資少，建網速度快； 語音業務連續性有保障； 適合初期引入NR終端比例小的情況。	無法支持5GC引入的新業務
	option 7系列	數據業務對NR覆蓋無要求； 支持5GC引入的新業務，實現全5G能力，有效避免后續無線網絡的多次升級； 語音業務連續性通過VoLTE保證，要求VoLTE連續覆蓋； 適合在5GC產業成熟情況下引入。	需要新建5GC，建網進度依賴于5GC產業成熟度； 需要推動5G到2G/3G網絡的CSFB的語音回落流程； LTE需改造升級為eLTE，改動較大。
	option 4系列	5G基站為主站，4G基站為從站，主從站共用5G核心網。

?二、工業5G的測試床

5G-ACIA（5G互聯產業與自動化聯盟）是解決、討論和評估工業領域 5G相關技術、法規和業務方面問題的中心，5G-ACIA（5G互聯產業與自動化聯盟）是解決、討論和評估工業領域 5G相關技術、法規和業務方面問題的中心。

表6?工業5G測試床

測試床名稱	簡介
ABB基于5G的工業機器人測試平臺	ABB與愛立信合作，作為歐盟5G-SMART項目的一部分，在瑞典Kista的愛立信智能工廠建立了5G測試平臺，以探討5G如何改善制造業生產，該平臺重點關注機器人技術。瑞典Kista測試平臺的主要目的是研究和驗證生產用例，其中用于控制工業機器人的軟件已從機器人本身重新定位到邊緣云平臺，并通過5G連接到機器人。其他需要驗證的功能是邊緣云中用于對象識別和定位的機器圖像處理，邊緣云中機器人狀態的存儲以及基于增強現實的車間操作員的支持。
博世半導體工廠的5G-SMART測試平臺	通過在羅伊特林根的博世半導體生產工廠建立和運營5G測試平臺，共同驗證5G技術及其在工業自動化中的用例。該測試平臺包括一個獨立的，非公共的5G室內網絡實施方案，覆蓋了8000平方米的工業生產車間。測試臺的目的是演示5G如何在實際生產環境中支持工廠自動化和內部物流。這可以通過在工廠車間中開發和測試用例（例如啟用5G的云控制自動導引車（AGV）和基于5G的工業以太網）來實現。
華為慕尼黑基于測試平臺的5G智能制造和工業AI服務	華為針對基于5G的智能制造和工業AI服務的測試環境旨在加快5G單機版、5G移動專用網的提供。測試平臺的目的是在考慮到5G標準的下一個版本的情況下，在未來三年內為聯網的智能工廠和可擴展的AI服務開發和驗證新穎的解決方案。該環境包括以下用例的驗證和性能度量活動：1. 帶有AI Machine Vision云處理功能的聯網AGV（無人駕駛運輸系統）；2. 用于質量控制通過無線監控進行預測性維護；3. 機器檢查無線自動化模塊的安全性。
亞琛歐洲5G工業園區測試平臺	測試平臺包括5G室內和室外解決方案，該解決方案延伸到亞琛Fraunhofer IPT工業生產車間。測試平臺合作伙伴Fraunhofer IPT，愛立信，u-blox和Marposs正在開發和驗證用于工件和機器監控的多傳感器平臺以及用于監控切削刀具狀況的聲發射傳感器系統。另外，各種數據源通過新型同步設備進行同步，以將數據合并為數字孿生。該試驗臺是歐盟項目5G-SMART的一部分。

三、5G + 智慧工廠應用示范

表7 5G+智能工廠應用示范項目

項目名稱	項目背景	解決方案
宏電5G+WiFi Mesh組網方案成功應用在5G智慧工廠示范項目中?	當前主要面臨以下難題： （1）有線部署困難：由于廠區大，環境復雜，光纖網線會存在設備老化和故障情況，影響使用效率； （2）WiFi組網不穩定：現有WiFi組網一個工廠需要安裝多個路由器，兩臺路由器切換區域容易發生信號不穩現象，且WiFi組網無法滿足生產對時延上及可靠性的需求。 （3）聯網設備多、數據量大，網絡不穩定造成影響大：工廠聯網設備和聯網終端的增加，每秒鐘的計算量、交互量隨之增加，網絡基礎設施不足等網絡問題造成數據采集中斷。如算力問題導致出現排隊、經常停機等事件。 （4）工廠數據處理量大、云端數據管理任務重：對設備狀態遠程控制，包括設備運行和產能，以及潛在故障分析等，尤其是潛在故障分析，需要建立龐大的數據庫，配合邊緣計算才能完成。	通過5G AIoT新型技術融合應用，實現公司精益化、智能化管理，降低生產運營成本，提高生產效益，其工廠數字化改造、設備物聯化需求迫切。因此提出了5G智慧工廠Mesh無線自組網方案。 （1）定制開發了5G無線Mesh組網和強AP，實現對存量終端的接入和無縫漫游服務；擺脫有線困境，實現對“有線﹢WiFi”網絡的整體替代和低成本改造。 （2）部署5G SA + MEC邊緣計算，建立設備到工廠云平臺的私有網絡通道，實現流量本地卸載，有效保障工廠數據安全性。支持本地數據處理和分析，擴展部署5G邊緣計算和網絡切片，實現設備預測性維護、智能巡檢等5G智造場景的應用。
……

四、5G與工業應用的融合

1、5G網絡在工業企業的部署模式?

（a）虛擬專網：又稱公網共用，網絡切片虛擬專網；

（b）混合虛擬專網：又稱公網專用，邊緣UPF混合專網；?

（c）獨立專網：又稱專網專用，智能定制專網。

圖4 工業5G兩種實現方式 表8 工業5G網絡的部署模式

部署方式		簡單描述
混合5G專網：部署獨立于移動運營商的5G公共網絡，物理隔離的專用5G網絡（5G孤島），企業或移動運營商可建立專用的5G網絡。	公網共用	利用5G切片等技術在面向公眾服務的 網絡中，為企業用戶提供QoS定制化的專用通道服務（時延、帶寬等），實現不同用戶不同業務間的邏輯隔離。
	公網專用	原有在運營商核心網側部署的UPF等下沉部署在企業內或附近，保障企業業務數據本地存儲，具有較高的安全性和實時性。
獨立5G專網：通過共享移動運營商的5G公共網絡資源池來構建私有5G網絡，運營商將為企業建立專用的5G網絡。	專網專用	工業企業專用的5G網絡，只承載企業自有業務，與公網隔離。

2、工業5G融合終端???????

目前市場上能提供5G商用芯片的企業包括：華為海思、紫光展銳、聯發科、高通和三星。能提供5G商用芯片及模組方案有華為海思和高通，基于這兩家方案，長虹、移遠通信、日海智能、廣和通等企業推出相應的5G模組產品。

目前工業場景中的5G融合終端主要以網關等數據終端形態出現，5G與工業應用融合建設的方式包括：

• 1）采用5G模組（工業設備嵌入5G通信模組）集成到設備內部，實現5G與工業通信的深度融合應用；
• 2）采用集成網關、CPE等，實現5G與現有工業體系的無縫連接和互通互操作（現階段工業企業普遍采用）。如在生產線上，使用集成5G模組的MES工業網關，

隨著遠程操控、智能物流等對網絡速率要求高、時延敏感的工業互聯網場景的廣泛應用，融合5G工業終端形態將逐步從現有的網關等數據終端向各種5G行業終端擴展，行業應用和專網需求加速5G融合終端成熟及多樣化。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的工业5G概述、应用与测试床建设的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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