精品文档5G超级上行助力全椒海螺智能工厂创新升级研究.docx

精品文档5G超级上行助力全椒海螺智能工厂创新升级研究.docx

《精品文档5G超级上行助力全椒海螺智能工厂创新升级研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品文档5G超级上行助力全椒海螺智能工厂创新升级研究.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

精品文档5G超级上行助力全椒海螺智能工厂创新升级研究

5G超级上行助力全椒海螺智能工厂创新升级研究

5G超级上行助力全椒海螺智能工厂创新升级研究

【摘要】为积极响应党中央号召，加快5G技术在工业互联网领域落地，安徽电信滁州分公司通过5G创新实践，携手华为公司，成功为海螺集团全椒厂区提供基于5G超级上行的矿区无人机巡检、爆破AI监测、VR参观等网络服务，有力地支撑了海螺集团水泥智能工厂2.0创新升级。

随着5G2B业务发展，在保证下行体验不变的前提下，大幅提升上行体验并缩短时延，是对网络提出的新的需求和挑战，本文通过对5G超级上行在上行覆盖及时延控制方面的研究，为全椒海螺水泥智能工厂建设提供了强有力的支撑，也为5G在流程工业的规模商用开启了新的篇章。

【关键字】5G超级上行、2B、AI监测、VR参观、无人机巡检

【业务类别】数传业务低时延

一、问题描述

安徽海螺集团有限责任公司是我国最大的建材企业集团之一，2019年，集团以实现利润总额452.2亿元，迈进世界500强，名列第441位，是世界上最大的单一品牌供应商，旗下的全椒海螺水泥工厂被认为我国水泥行业首个智能工厂。

为积极响应党中央号召，加快5G技术在工业互联网领域落地，安徽电信滁州分公司通过5G创新实践，携手华为公司，成功为全椒海螺水泥提供基于5G超级上行的矿区无人机巡检、爆破AI监测、VR参观等网络服务，有力地支撑了海螺集团水泥智能工厂2.0创新升级。

5G时代万物互联，与2C的eMBB不同，2B行业应用的海量数据将自下而上的产生，在传统下行大带宽的基础上，提出了上行大带宽、低时延的新需求。

而3.5G上下行时隙配比主要针对eMBB场景设计，典型采用7：

3，即整体资源70%的时间用于下行，30%的时间用于上行，因此下行单用户速率可以达到1.5Gbps，上行只有280Mbps；而终端在接收下行数据时，反馈ACK/NACK需等待上行时隙到来才能发送，因此造成7:

3配比下最大时延约3.7ms，平均时延约2.7ms。

随着5G2B业务发展，下行体验不变的情况下，大幅提升上行体验并缩短时延，是对网络提出的新的需求和挑战，本文通过对5G超级上行在上行覆盖及时延控制方面的研究，积累实践经验，更好地保障了企业关键业务对无线网络带宽、时延、覆盖等性能的高要求。

二、分析过程

2.1海螺水泥智能工厂打造-网络需求

全椒海螺水泥智能工厂2.0创新升级，需要满足工厂运行自动化、管理可视化、故障预控化、全要素协同化和决策智慧化，具体需求如下：

（1）矿区爆破警戒：

矿区面积大且地形复杂，人力爆破警戒效率低，耗时费力。

（2）机械设备巡检：

大型机械焊点松动人力巡检不便，远距离观测准确度低。

（3）水泥裂纹巡检：

水泥仓需要定期（季度）巡检裂纹，人工肉眼+望远镜检查,精度、效率较低。

（4）无人驾驶：

无人驾驶矿车进入试点阶段，实时视频及远程控制保障安全生产，提升效率。

（5）5G视频监控：

堆料车间、码头大型移动设备有高清视频监控需求，有线部署不便。

Ø典型场景带宽需求

2.23.5G与2.1G/1.8GHz覆盖对比分析

●3.5G覆盖及时延分析：

•橙色区域为上行覆盖区域，绿色区域为下行覆盖区域，当终端位于远点时，下行覆盖可以满足需求，上行覆盖无法满足需求。

•7:

3的时隙配比下，发送第一个上行时隙需等待4个时隙的时间，第二个上行时隙需等待3个时隙的时间，平均时延2.7ms，最大时延3.7ms。

●2.1G/1.8GHz覆盖：

•2.1G/1.8G上下行覆盖距离相等，当终端位于远点时，上行覆盖可以满足需求。

●3.5G与2.1G/1.8GHz上行覆盖对比：

•在相同的上行吞吐率情况下，3.5G比2.1G/1.8G上行覆盖差9-10dB。

所以5G网络无线网络覆盖的短板在上行，由于基站功率可达200W，但手机的发射功率只有0.2W，功率差1000倍（200W:

0.2W），再加上时隙配比7:

3等原因，上行覆盖和时延问题成为3.5G部署的关键瓶颈，无法满足海螺水泥全椒智能工厂2.0创新升级的网络需求，是当前迫切需要解决的问题。

三、解决措施

为了满足海螺业务需求，安徽滁州电信和华为共同提出“超级上行”，解决海螺痛点，助力海螺智能工厂多业务多场景智能升级，超级上行是将TDD和FDD协同，高频和低频互补，合力提升5G网络上行覆盖和上行带宽能力，并缩短时延。

它是首个时频结合的技术，是无线技术的又一座里程碑。

5G超级上行技术有效保障了移动场景下的无缝安全作业、恶劣环境下的智能预警和实时监控，提升整体企业生产效率，改善安全健康生产环境，为垂直行业应用提供更好的发展空间。

3.1超级上行原理介绍

超级上行原理:

5GTDD3.5G上行带宽不够，通过FDD上行带宽来补充，用TDD+FDD的方式合力提升上行吞吐率，并缩短时延。

超级上行不仅提升覆盖，同时提升上行容量与体验。

3.5GHzSA组网与3.5GHz+2.1GHz超级上行SA组网

3.5G64QAM上行峰值约为280Mbps，2.1G64QAM上行速率约为90Mbps。

超级上行打开后，理论上行峰值速率可达到280+0.7*90=343Mbps，速率提升20%。

从时延上分析，由于ACK/NACK反馈更加及时，可以使TDD的时延从最大3.7ms降低到2.7ms以内，时延降低30%左右（超级上行：

具备N+1反馈和N+1上行数传的能力）。

3.2实施超级上行前后覆盖对比

3.35G上行技术增强及优势对比

3.3.15G上行增强技术对比

超级上行=上行全时隙调度（中近点）+上下行解耦SUL（远点）

ØSUL主要用于解决C-Band上行覆盖问题，而“超级上行”在小区中近点还有上行容量和体验有优势，且可保证全场景有增益。

3.3.2SA架构下，超级上行和CA的性能对比

假设SA、C-BAND带宽100MHZ,TDD时隙配比7:

3；Sub3G（2*20MHZ）

目前市场上手机终端上行最大支持64QAM编码，不支持256QAM速率，5G（SA）网络上行64QAM峰值速率280Mbps,上行256QAM峰值速率370Mbps。

3.3.3超级上行的优势对比分析

优势1：

相对于CA，超级上行只需要Sub3G上行频谱，更易获得

NRCA同时需要Sub3G上行和下行频谱

存量网络Refarming获得NRSub3G上行和下行频谱，存量网络变动大，影响2G/3G/4G网络性能和用户感受。

优势2：

相对于CA，超级上行接入时延短+信令负荷低

相比CA，超级上行降低空口信令负荷约23%：

1-22/28.7=23%

•PCC锚点变更/上行载波变更：

5条.和驻留策略相关，一般需锚点变更的用户占比40%，测量3条+2条重配，5条*40%=2条。

•SCC增加：

平均2条.和组网相关，60%用户可盲配，40%用户测量，盲配置2条，测量5条，60%*2+40%*5=3.2条。

•SCC删除：

平均3.5条.和覆盖相关，SCC添加后，会下发A2/4/6测量（2条），一般50%用户会触发A2和删除（3条），平均2+50%*3=3.5条。

优势3：

相对于CA，超级上行用户移动性体验优

超级上行对比CA在移动性测试中：

超级上行的切换次数明显少于CA：

超级上行=上行全时隙调度（中近点）+上下行解耦SUL（远点），上行覆盖能力明显强于CA，此外测试过程中，超级上行需进行上行载波变更，而CA小区需要进行切换，所以超级上行用户体验更优。

3.4超级上行测试对比--滁州全椒海螺水泥厂

3.4.1全椒海螺水泥上行站点介绍

已开通扇区的主要覆盖方向为矿区，矿区为盆地地形，最底层平台地势平坦,站点及终端参数配置如下:

3.4.2全椒矿区定点测试。

全椒矿区选取的近、中、远点位置区域如图所示，水平方向上距离最远约630米。

CQT定点测试结果：

近中点上行速率提升17~80%，弱覆盖区域提升100%~400%。

3.4.3全椒矿区室外拉网测试

全椒矿区室外拉网测试速率增益20%~60%，边缘提升100%以上。

3.4.4全椒矿区多用户验证，超级上行提升多业务顺畅并发数量。

用户位置

SSB-RSRP

NR3.5GTDD上行速率

超级上行上行速率（Mbps）

超级上行增益

视频业务情况

超级上行关

视频业务情况

超级上行开

（dBm）

（Mbps）

全椒矿区

-97.68

23.26

38.52

65.61%

摄像头回传视频卡顿严重

1个4k摄像头流畅

全椒矿区

-101

9.69

25.3

161.23%

2个4k摄像头流畅

全椒矿区

-88.28

57.39

88.45

54.12%

3个4k摄像头流畅

•矿区地形复杂多变：

爆破频繁，横向扩张，同时海拔下降造成山坡。

•自动驾驶矿车：

线路不固定，1车至少2个HD摄像头。

•远程挖掘：

洼地作业，无线信号环境相对恶劣，1车3~5个HD摄像头带宽需求超过24Mbps。

通过超级上行可以不新增站点，保障道路和作业区域的有效连续覆盖及性能提升克服复杂地形阻挡，作业区维持3~5个HD摄像头流畅作业。

3.55G超级上行商业应用

3.5.15G超级上行+移动视频监控

5G超级上行提供更高上行体验，满足海螺生产安防监控系统在移动场景和弱覆盖场景的正常作业。

例如堆料取料车间，用于存储和分批提取用于生产的水泥原料，由于设备移动导致布线困难，且无线屏蔽较大。

通过5G超级上行为来回移动作业的堆料取料机器提供实时高清视频监控，减少工人长时间在恶劣粉尘环境下的工作难度。

3.5.25G超级上行+矿区无人机巡检及爆破AI监测

水泥生产所需的矿石原料的开采需预先对矿区进行爆破，以使埋在地下的矿石暴露出来，因此矿区的爆破是矿石原料开采的一个重要环节。

安全爆破也是目前企业安全生产中的重中之重，在矿区爆破前，安全员会对爆破区域进行巡逻以确保爆点危险距离以内没有人员和车辆。

海螺水泥现启动利用5G+AI的技术实现矿区警戒的智能巡检项目，利用无人机进行矿区辅助巡逻，无人机通过5G网络将实时视频流传输给AI分析服务器进行人员和车辆的检测，若检测到目标则会发出告警信息。

基于5G超级上行技术，可以进一步保障视频清晰度与业务体验，将爆破警戒覆盖范围从原先500米扩大到了2公里，将原有2小时检查人力工作量，降低为半小时，生产效率大幅提升，并提高了爆破的安全性。

3.5.35G超级上行+厂区无人机巡检（水泥仓外壁裂纹AI识别） 

东厂区4个大水泥仓,需要定期（季度）巡检裂纹,目前实现方式为人工肉眼+望远镜检查, 检查不全面、不够精确、效率低，存在一定的安全隐患（裂纹将导致水泥仓垮塌）。

通过5G无人机航拍，结合Al图像识别,对水泥塔表面进行检查,并将画面回传至Al图像识别系统，自动识别裂纹，及时告警。

四、展望

超级上行技术为5G带来了更高的上行体验速率以及更广的覆盖范围，除满足当前已有的网络需求，还可有效支撑其他更多智能工厂的应用。

•矿山无人机+AI矿山地形地表分析

航拍数据通过5G网络回传至数据处理服务器，进行预处理，预处理后的数据发送给数字化矿山系统服务器，并更新地形地表信息。

（全椒大祁山矿区，矿山开采后更新地形地表信息，通过无人机航拍，完成地形地貌的更新，地形地貌比例1：

1000）。

•冒灰污染AI智能检测

通过高清摄像头监控厂区发运区域等位置，利用5G大带宽能力实时回传，自动识别和发现产区内冒灰事件，并及时告警，减少操作失误造成的冒灰现象，最大化避免冒灰造成的损害健康和社会影响。

•5G工业数据网

利用5G网络实现无线形式代替有线连接回传厂内大量传感器（温度、震动、电流等信息），