5G通信技术在国内外的最新应用研究.docx

1、5G通信技术在国内外的最新应用研究5G 通信技术在国内外的最新应用研究什么是 5G 技术5G，全称第五代移动通讯系统，紧随 “2G”3“G”4“G”而来。 有人问，为什么会有 5G？我们先来回忆一下：十多年前，我们的上 网工具是插网线的台式机，手机的功能只是打电话、发短信。慢慢地， 我们有了笔记本电脑，有了无线网络 有. 了集上网、娱乐功能于一体的 智能手机。手机左上端的显示由 GSM到GPRS到 CDMA再到现在的 4G （LTE），信息化的变革历程也成为我们生活水平不断提高的一个见证。 时代在进步！从 1G 到 5G，他们都是网络末端的一部分（网络末端包括有线和无 线，无线包括 *G、WI

2、FI，卫星等），用户是直接体验方。举个例子，我们 在手机里看视频，并不代表视频存在于你手机上。这个视频存储于云端 的服务器中，用户和服务器之间通过骨干网的连接实现视频观看。 “下载一个 1.2G的电影仅需 8 秒!”，应该是描述 5G速度之快的一个最直 观的例子。全球 5G 技术应用投资建设情况目前，世界各国都在以制定政策和成立联盟的方式加快推动 5G与工 业互联网的融合发展，并已开展了 5G+工业互联网应用的初步探索。 2017 年起，美国就开始着手 5G 的应用并逐步扩大， 美国联邦通信委员会 （FCC）通过设立 5G 基金等方式推进 5G 向精准农业、 远程医疗、 智能交 通等领域渗透。

3、 “5G 美洲 ”是美国的一个工业贸易组织，主要由领先的电 信服务提供商和制造商组成。 “5G 美洲 ”通过发布涉及 5G+工业应用的白 皮书来推动 5G技术在美洲工业领域的应用， 例如在 2018年 11月发布了 垂直行业内用于自动化的 5G通信白皮书和 5G高可靠低时延通信支 持的新业务和应用白皮书，在高可靠低时延通信支持的新业务和应用 白皮书，在 2018 年 3 月发布了蜂窝 V2X 通信到 5G白皮书。与此同 时，美国电信运营商也加快了 5G 与制造业融合的应用实践，例如美国电 信运营商 AT&T 与三星电子在德克萨斯州打造了美国第一个专注于制造 业的 5G 应用测试平台，并且探索了

4、工业设备状态监测、员工培训等 5G 应用。欧盟早在 2016 年就发布了 “5G Action Plan”,并在 2018 年启动了 5G 规模试验。2018年 4月，欧盟成立工业互联与自动化 5G联盟（ 5G-ACIA ）， 联盟集合了 OT 龙头企业、 ICT 龙头企业、学术界等完整的生态系统，共 同推进对工业需求的理解并向 3GPP 标准导入，同时探讨 5G 用于工业领 域所涉及的话题， 包括组网架构、运营模式、频谱需求等。 2018 年7月， 欧洲 5G研究计划 5G公私合作伙伴关系（ 5G PPP）正式启动了第三 阶段的研究，其中 5G Verticals 创新基础设施项目通过提供端

5、到端（ E2E） 设施，支持工业、港口等垂直行业应用的端到端试验。德国作为工业 4.0 的发起国，更是通过 “5G Strategy for Germany ”和 “Digital Strategy 2025 ” 推进5G在德国的应用，尤其是在工业领域， 以西门子、博世为代表的 OT 企业积极推进 5G 服务工业的应用研究与实践，并在汉诺威工业展上展示 了基于 5G 的 AGV 应用等研究成果。欧盟各国电信运营商也纷纷与制造 企业合作开展 5G应用探索，如英国伍斯特郡 5G 工厂，探索使用 5G进行 预防性维护、机器维护远程指导等应用。在亚洲，日本确定了 2020 年东京奥运会实现 5G大规模

6、商用部署的目 标， 5GMF 组织推动了 5G 规模试验，同时日本发布了 “White Paper on Manufacturing Industries ”以推进 5G 在工业领域的应用。韩国于 2018 年 底成为全球第一个向公众提供基于 3GPP标准的 5G 商用服务国家，同时 韩国发布了 “Manufacturing Industry Innovation 3.0 ”， 推进制造创新发展。 韩国在 2019年4月发布 5G+战略，确定五项核心服务和十大 5G+战略产 业，其中智慧工厂是五项核心业务之一。韩国三大电信运营商在 2018 年 12 月推出的 5G网络服务主要聚焦在企业侧，

7、首批用户均为制造厂商。 韩 国 SK电讯的第一个 5G 客户锁定为汽车配件商明化工业， 为其提供 5G+AI 机器视觉质检服务，资费模式因客户而定制。 LGU +的第一个 5G 客户是 从事工业机械和先进零件的公司斗山工程机械， LGU+与其共同开发了 5G 远程控制挖掘机。此外，加拿大( “Digital Canada 150 ”)、澳大利亚( “Digital Economy Strategy”)、新加坡( “Smart Nation 2025 ”)、沙特阿拉伯( “Vision 2030 supports digital economy growth ”)、印度( Made in Ind

8、ia and Digital India for the future )、巴西( “Efficient Brazil Strategy”)、俄罗斯( “Digital Economy Strategy”)、泰国(“Thailand 4.0”)、马来西亚(“Digital Malaysia ”) 等发达国家以及发展中国家也都制定了数字化战略，直接或间接地为 5G 服务工业提供了国家战略支持。我国 5G 技术应用投资建设情况我国高度重视 5G与工业互联网的融合发展，各省市也纷纷制定策推 进5G+工业互联网的应用示范落地。2017年11月，国务院印发关于深化 “互联网+先进制造业 ”发展工业 互联

9、网的指导意见，明确将 5G列为工业互联网网络基础设施，并开展 5G面向工业互联网应用的网络技术试验，协同推进 5G在工业企业的应用 部署。2019 年 1 月，工业和信息化部发布工业互联网网络建设及推广 指南，工作目标中指出到 2020 年，形成相对完善的工业互联网网络顶层 设计，初步建成工业互联网基础设施和技术产业体系。 5G 作为工厂外网 及内网重要组成部分，将在标准、标杆网络、公共服务平台、测试床等方 面获得国家项目及政策支撑。 2019 年，工业和信息化部在工业互联网创 新发展工程中设置工业互联网企业内 5G 网络化改造及推广服务平台项目， 支持 5 家国内工业企业及联合体开展 5G

10、内网部署模式、应用孵化推广、 对外公共服务等方面开展探索。 2019 年 8 月，工业和信息化部在上海中 国商用飞机有限责任公司召开 “5G+工业互联网 ”全国现场工作会议，会议 首次提出落实 “5G+工业互联网 ”512 工程，加强试点示范、应用普及、培 育解决方案供应商，加快 “5G+工业互联网 ”在全国推广普及。同时我国已有十几个省市地区发布了 5G产业规划，北京、上海、广 东、深圳、浙江、福建等地都将 5G与工业的融合应用作为产业规划的重 点。浙江省明确提出开展 “5G+工业互联网 ”试点示范，在重点企业打造 人、机、物全面互联的工厂物联网网络体系，推进 5G与物联网、人工智 能的融合

11、应用。在5G+ 工业互联网的应用方面，我国以 5G应用产业方阵和工业互联网 产业联盟为跨界合作交流平台，以 “绽放杯 ”5G应用征集大赛为抓手推动 5G向工业互联网领域渗透，涌现出一大批优秀的 5G+工业互联网应用示 范企业，如中国上飞、杭汽轮、精功科技、青岛港、南方电网等。依托 5G网络，中国上海飞机制造有限公司实现了大飞机制造的智慧工业园 区，青岛港已成为全球首个 5G试点智慧港口，南方电网实现了电力场景 采集和控制类关键业务的智能化改造。中国电信、中国移动、中国联通三大电信运营商纷纷制定计划，推进 5G 应用的落地和发展。中国电信正在积极推进 5G+工业互联网的创新研 发工作，坚持 SA

12、发展方向，引领行业发展，通过 5G网络切片、行业 MEC、 工业互联网平台等自主研发成果， 助力企业数字化转型。 中国移动全面实 施“5G+”计划，通过推进 5G+4G 协同发展、 5G+AICDE 融合创新、 5G+ Ecology 生态共建，实现 5G+X 应用延展，推动 5G 融入工业互联网等行 业，目前已在 14 大行业与头部企业开展探索，在 2020 年将打造 100 个 标杆示范应用。中国联通先后成立了中国联通 5G 应用创新联盟、中国联 通工业互联网联盟， 面向制造业数字化、 网络化与智能化升级进行了深入 的研究与探索， 结合自身的通信管道技术、 云平台服务以及资源优势赋能 工业

13、企业创新转型升级， 在港口、 钢铁、电子家电等行业进行了基于 5G+ 工业互联网的技术验证与应用，取得了良好的示范效果。5G 技术应用平台建设和使用情况2.1概述5G 是数字化从个人娱乐为主推向全连接社会的起点，是移动通 信行业的机遇。然而 5G与工业互联网的融合也对现有移动通信技术 提出了挑战。 5G与工业互联网融合应用出现了八大类新型场景，分 别为5G+超高清视频、 5G+AR、5G+VR、5G+无人机、 5G+云端机器 人、 5G+远程控制、 5G+机器视觉以及 5G+云化 AGV，相应应用场景对 5G 网络提出了新的需求。在应用场景发展节奏方面： 5G与超 高清视频的融合应用已进入应用

14、成熟期，将成为 5G 在工业互联网领 域的第一批应用场景； 5G+AR、5G+VR 以及 5G+ 机器视觉等应用 已进入高速发展期，经济价值逐渐显现，未来 1-2 年将成为工业互 联网的主流应用场景； 5G+云化 AGV、5G+无人机等应用受限于与 设备深度融合的需求，还需等待产品成熟，未来 2-3 年将有较快发 展； 5G+远程控制和 5G+ 云端机器人等应用由于涉及工业核心控制 环节，目前还处于探索期，有待进一步的测试验证。2.25G 数据信息采在生产车间内有大量的传感器数据需要回传到数据中心，从而监控生 产过程是否正常。借助 5G 网络的大带宽和低延时特性，并用其取代传 统的有线网络传输

15、方式，实时传输传感器数据到本地数据中心，减少了 布线和维护成本，缩短了工程周期，提升了数据采集的效率。 5G 网络 在部署使用后，整体网络特性（如上行带宽 100Mbps/s ，网络时延低于 20ms，链接数量等）比原来有了极大的提升。 5G模组、终端将广泛应用 于车间物联网，并结合 5G网络技术构建适合智能车间的边缘计算 MEC 平台、软件架构和 AI、大数据软件等，通过提供端到端网络切片方案来 协助运营商重塑商业模式。2.35G+AR 应用增强现实（AR）是人工智能和人机交互的交叉的学科，是一种实时地 计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、 视频、3D 模型的技术， 也是一种把真实世界

16、和虚拟世界信息有机集成的技术。 AR 把原本在 现实世界一定时空范围内很难体验到的实体信息 （主要包括视觉和听觉 信息）通过计算机模拟仿真后叠加，将虚拟的信息应用到真实世界并被人 类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。目前 AR 的应用已融入到了工业制造的交互、营销、设计、采购、生产、物 流和服务等各个环节，典型的应用包括 AR 远程协助、 AR 在线检测、 AR 样品展示等。利用基于 5G 的 AR 远程协助，后台专家可以通过语 音视频通讯、 AR 实时标注进行远程协作，实现了现场人员和远程专家 的“零距离”沟通，大大提高了工业生产、设备维修、 专业培训等价值链的效率。AR 远程协助对于

17、 5G 网络的需求典型应用通信速率通信时延应用范围维修指导520Mbps （上行）50Mbps （上行）25Mbps（4K ）600kbps100Mbps（8K）设备巡检2.15G+机器视觉应用机器视觉是人工智能的一个重要分支，在工业上的应用极为广泛， 可 以有效提高生产的柔性和自动化水平。适用于一些人工作业的危险 工作环境或者人工难以满足要求的场合。目前机器视觉的应用主要包含五大类，包括图像识别、图像检测、视觉 定位、物体测量、物体分拣等。为了保证判别结果的准确性和应用的正常运作，整套系统的信号传输 是一个关键的因素。通过5G 网络，机器视觉系统实现以移代固，将视觉系 统单元配置为无线传输来

18、替代传统有线连接方式；图像采集自由分布于多个 工位且共享图像处理单元，共同实现高速，低成本自动化检测生产线。同时 通过5G+MEC 搭建的“5G虚 拟专用网 ”将生产过程数据的传输范围控 制在企业工厂内，满足生产数据安全性要求， 确保了网络安全和生产 安全。基于 5G 虚拟专网和万物互联部署，机器视觉系统可以实现实时 远程监测功能。依托 5G 高速率、大连接特性，不用进车间即可通过 移动终端和便携终端监视制造企业生产过程执行管理系统（ MES获），取 视觉检测系统的运行状态，如正常运行时间，有效运行时间，故障原因机器视觉对于 5G 网络的需求典型应用通信速率通信时延应用范围图像信息实时上传50

19、Mbps（8K）1Mbps50Mbps （8K ）50kbps10ms控制指令下达2.1 5G+ 云端机器人应用2017 年发布的人工智能时代的机器人 3.0 新生态白皮书把 机器人的发展历程划分为三个时代，分别称之为机器人 1.0、机器人2.0、机器人 3.0。在机器人 2.0 的基础上，机器人 3.0 实现从感知 到认知、推理、决策的智能化进阶。 2019 年 6 月，机器人 4.0 白 皮书发布，机器人 4.0 时代是在机器人 3.0 时代加上自适应能 力，对三维环境语义的理解，在知道它是什么的基础上，把看到的信 息变成知识，让存储就变得更加合理，而且可搜索、可查询、可关 联、可推理。近

20、几年来人工成本不断提高，不但使得工业企业的利润持续降 低， 而且大量的人工操作不利于产品质量控制和企业管理。机器人成 为了 解决人工成本的优秀替代方式，很多制造业工厂都开始加快机器 人应 用的步伐，尤其是一些操作工序复杂或精密度较高的工作。传统 的工 业机器人存在不足，比如工作范围受限、工作内容有限、设备成 本高 等问题。随着人工智能、云计算等技术的不断成熟，云化机器人 将逐 渐成为主流。云化机器人将控制 “大脑 ”放在云端，根据本地机器 人的 不同工作内容和工作地点针对性控制，真正实现机器人的自主服 务和自主判断。同时由于 “大脑”放在了云端， “大脑 ”可以将所有机器 人检索的信息进行整合

21、，完善自身的学习能力和自优化能力。随着云 端学习能力的提升和数据共享，本地机器人本身不需要存储资料信 息，也不需要具备超强的计算能力，这样一来机器人的开发成本和时 间也会大大缩减。实现云端机器人大规模密集部署和应用拓展，对 5G 网络提出了 两个需求，即：满足通信调度及业务数据实时交互需求和集成其它视 觉应用的通信需求。云端机器人系统包括室内及室外应用场景，可满 足工业高可用指标 99.9999%，通信时延 10100ms 。目前单个机器人 安装 1020 个摄像头（实现视觉导航、视觉检查等多种功能） ，移动 速度提升到 23m/s ，因而网络上行带宽需求小于 1Gbps（随着低时 延的视频压缩和解压技术成熟， 可以在机器人端实现视频压缩预处理， 节省上行带宽），时延 10100ms 。云端机器人对于 5G 网络的需求典型应用上行带宽通信时延应用范围云端机器人调度 通信1Mbps-10Mbps10-100ms机器人端处理机器人语音、视觉、遥操作协同。云端机器人实时 操控或协作集成 其它视觉应用需 求10Mbps-1Gbps10-100ms通信调度及语音、视觉、遥操作协同等 业务数据实时交互， 机器人本体完成终 端传感器预处理（网络需求按移 动速度、预处理方案不同而不同）