14 06
2018

5G助力“智能制造”,中国商用部署加快!

发布者:品牌公关部 来源:中证金葵花研究部综合

 

 

5G定义可能于2018年下半年确定,正式的5G标准将于2019年由联合国行动通信联盟编写成文。

 

作为新一代移动通信技术,5G技术的迅猛发展正好切合了传统制造企业智能制造转型对无线网络的应用需求,5G技术定义的三大场景不但覆盖了高带宽、低延时等传统应用场景,而且还能满足工业环境下的设备互联和远程交互应用需求,这种广域网全覆盖的特点为企业构建统一的无线网络提供了可能。

 

 

一、5G定义的三大场景

 

从当前电信服务商做的基站测试结果看,5G的速度将会比4G更快且功耗更低,理论带宽将突破每秒10G。这保证你能够在一秒钟内下载一部高清电影,而4G需要至少10分钟。凭借这一得天独厚的优势,业界普遍认为,5G将对智能工业、无人驾驶汽车、VR以及物联网等领域产生重要推动作用。

 

2016年,华为主推的PolarCode方案被国际无线标准化机构3GPP确定为eMBB场景的控制信道编码方案,而数据信道的上行和下行短码方案则归属高通LDPC码。eMBB即增强移动宽带,是3GPP会议上定义5G三大场景之一。华为的PolarCode信道编码技术只是5G众多核心技术的一种。除eMBB之外,5G场景还包括mMTC和URLLC。

 

eMBB(增强移动宽带):主要面向3D/超高清视频等大流量移动宽带业务,eMBB除了在6GHz以下的频谱发展相关技术,也会发展在6GHz以上的频谱。而小型基地台将会是发展eMBB的重要设备,由于目前6GHz以下的频谱,大多是以大型基地台发展的传统网络模式为主,而较以6GHz以上频谱的毫米波技术,便须要小型基地台来把速度冲得更快。

 

mMTC(海量机器类通信):主要面向大规模物联网业务。mMTC将会发展在6GHz以下的频段,其将会应用在大规模物联网上,目前较可见的发展是NB-IoT。以往普遍的Wi-Fi、Zigbee、蓝牙等,较属于家庭用的小范围技术,回传线路主要都是靠LTE,近期随着大范围覆盖的NB-IoT、LoRa等技术标准的出炉,可望让物联网的发展更为广泛。

 

URLLC(超可靠低时延):主要面向无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。在智慧工厂,由于大量的机器都内建传感器,从传感器、后端网络、下指令,再传送回机器本身的这些过程,若以现有的网络传输,将出现很明显的延迟,可能引发工安事故。有鉴于此,URLLC将网络等待时间的目标压低到1毫秒以下。

 

 

二、5G支撑的工业应用

 

2.1、物联网

 

随着工厂智能化转型的推进,物联网作为连接人、机器和设备的关键支撑技术正受到企业的高度关注。这种需求在推动物联网应用落地的同时,也极大的刺激了5G技术的发展。面对复杂的工业互联需求,5G技术需要适应不同的工业场景,能满足物联网的绝大部分连接需求。因此,5G与物联网是相辅相成的关系,物联网应用落地依赖于5G提供不同场景的无线连接方案,而5G技术标准的成熟也需要物联网应用需求的刺激和推动。

 

在推动物联网落地过程中,5G三大场景能分别支撑不同的功能应用需求。比如eMBB能支撑起远程视频监控、视频会议等高带宽的应用场景;mMTC能满足大量低功耗嵌入式终端的数据连接与传输需求。URLLC可以将网络等待时间的目标压低到1毫秒以下,以支撑工业自动化控制过程中系统和设备对数据传输的实时性的诸多指标和要求。

 

2.2、工业自动化控制

 

自动化控制是制造工厂中最基础的应用,核心是闭环控制系统。在该系统的控制周期内每个传感器进行连续测量,测量数据传输给控制器以设定执行器。典型的闭环控制过程周期低至ms级别,所以系统通信的时延需要达到ms级别甚至更低才能保证控制系统实现精确控制,同时对可靠性也有极高的要求。如果在生产过程中由于时延过长,或者控制信息在数据传送时发生错误可能导致生产停机,会造成巨大的财务损失。

 

5G可提供极低时延长、高可靠,海量连接的网络,使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。基于华为5G的实测能力:空口时延可到0.4ms,单小区下行速率达到20Gbps,小区最大可支持1000万+连接数。由此可见,移动通信网络中仅有5G网络可满足闭环控制对网络的要求。

 

2.3、物流追踪

 

在目前已成规模的机器对机器市场中,其应用将包括人员跟踪和在途高价商品等。但(较)高连接成本限制了该市场的增长。预计5G将在深度覆盖、低功耗和低成本(规模经济)以及作为3GPP标准技术方面提供额外优势。5G提供的改进将包括在广泛产业中优化物流,提升工人安全和提高资产定位与跟踪的效率,从而最小化成本。它还将扩展能力以实现动态跟踪更广泛的在途商品。随着在线购物增多,资产跟踪将变得更加重要。

 

在物流方面,从仓库管理到物流配送均需要广覆盖、深覆盖、低功耗、大连接、低成本的连接技术。此外,虚拟工厂的端到端整合跨越产品的整个生命周期,要连接分布广泛的已售出的商品,也需要低功耗、低成本和广覆盖的网络,企业内部或企业之间的横向集成也需要无所不在的网络,5G网络能很好的满足这类需求。

 

2.4、工业AR

 

在未来智能工厂生产过程中,人将发挥更重要的作用。然而由于未来工厂具有高度的灵活性和多功能性,这将对工厂车间工作人员有更高的要求。为快速满足新任务和生产活动的需求,增强现实AR将发挥很关键作用,在智能制造过程中可用于如下场景:如:监控流程和生产流程。生产任务分步指引,例如手动装配过程指导;远程专家业务支撑,例如远程维护。

 

在这些应用中,辅助AR设施需要最大程度具备灵活性和轻便性,以便维护工作高效开展。因此需要将设备信息处理功能上移到云端,AR设备仅仅具备连接和显示的功能,AR设备和云端通过无线网络连接。AR设备将通过网络实时获取必要的信息(例如,生产环境数据、生产设备数据、以及故障处理指导信息)。在这种场景下AR眼镜的显示内容必须与AR设备中摄像头的运动同步,以避免视觉范围失步现象。通常从视觉移动到AR图像反应时间低于20ms,则会有较好的同步性,所以要求从摄像头传送数据到云端到AR显示内容的云端回传需要小于20mms,除去屏幕刷新和云端处理的时延,则需无线网络的双向传输时延在10ms内才能满足实时性体验的需求。而该时延要求,LTE网络无法满足。

 

2.5、云化机器人

 

在智能制造生产场景中,需要机器人有自组织和协同的能力来满足柔性生产,这就带来了机器人对云化的需求。和传统的机器人相比,云化机器人需要通过网络连接到云端的控制中心,基于超高计算能力的平台,并通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。通过云技术机器人将大量运算功能和数据存储功能移到云端,这将大大降低机器人本身的硬件成本和功耗。并且为了满足柔性制造的需求,机器人需要满足可自由移动的要求。因此在机器人云化的过程中,需要无线通信网络具备极低时延和高可靠的特征。

 

5G网络是云化机器人理想的通信网络,是使能云化机器人的关键。5G切片网络能够为云化机器人应用提供端到端定制化的网络支撑。5G网络可以达到低至1ms的端到端通信时延,并且支持99.999%的连接可靠性,强大的网络能力能够极大满足云化机器人对时延和可靠性的挑战。

 

2.6、总结

 

5G技术已经成为支撑智能制造转型的关键使能技术。5G技术可以利用三大场景将分布广泛、零散的人、机器和设备全部连接起来,构建统一的互联网络。由于实时性和可靠性高,5G技术不但能应用于工业场景中,还能支撑起个人移动化互联网应用。5G技术的发展可以帮助制造企业摆脱以往无线网络技术较为混乱的应用状态,这对于推动工业互联网的实施以及智能制造的深化转型有着积极的意义。

 

 

三、全球5G标准即将敲定,中国掌握10%5G专利

 

2018年5月底,3GPP在韩国釜山的三星电子总部召开“完成5G第一阶段标准制定”的最后一场会议,3GPP RAN1、RAN2、RAN3、RAN4、RAN5工作组共同确认5G第一阶段国际标准(3GPP R15),完成了有关5G独立组网(SA)的标准技术。华为、OPPO、VIVO也参会商讨并提交了提案。

 

6月,3GPP将在美国召开RAN全会,上述5GSA标准技术审查通过后,将正式获批并发布。对于5G标准的定义可能于2018年下半年确定,正式的5G标准将于2019年由联合国行动通信联盟编写成文。标准确定后,设备企业有基于标准的设备就都可以商用。

 

中日韩将在新一代通信标准“5G”的实用化方面展开合作。5月28日在东京都内召开的中日韩信息通信部长会议就此达成一致。为2019年-2020年左右实现“5G”商用化,三国将在国际机构的5G频率谈判中开展合作,还将共享实证实验成果等信息。作为5G技术领先的三国,彼此合作可以在相关技术方面得到互相支持,有利于5G技术的成熟和标准的进一步统一。

 

在经历了2G时代的一无所有、3G时代登上舞台、4G时代基本并跑,中国在5G时代已经有了与日韩等国谈判合作的实力。

 

2017年,高通就高调公布了5G的专利收费计划,对每台使用其专利的手机收费2.275%到5%。也就是说,一部1000元售价的手机所交专利费在22.75-50元区间。根据新华社报道,2017年我国手机产量有19亿部,按这个标准计算,高通会收取几百亿的专利费。

 

全球证券和投资银行集团杰富瑞2017年9月发布报告《电信服务——5G和IoT(物联网)的地缘政治》中指出,仅美国高通一家就有15%的5G专利,诺基亚占11%,爱立信占8%。当然,中国在5G研发上的地位也在发生变化。该报告总结,截至2017年初,在1450项5G网络重要专利中,有10%为中国人所有,他们预计这一数字还会有所上升。

 

 

四、抓住机遇回归,中兴依然是5G技术领头羊

 

今年4月16日,美国商务部以违反协议为由对中兴激活拒绝令,禁止中兴向美国供应商采购元器件,导致中兴进入“休克”状态。

 

6月7日,美国商务部长罗斯宣布与中兴达成新和解协议。根据协议内容,中兴要想解除拒绝令,必须支付10亿美元罚金和4亿美元(其中3亿美元已于2017年缴纳)保证金并接受美方对采购元器件的严格监管等措施。目前协议已达成,拒绝令预计在本月中旬正式解除。

 

作为全球主要综合通信解决方案提供商之一,中兴通讯与众多美国供应商保持着良好的合作关系,为全美近13万个高科技就业岗位提供支持。专家指出,由于中兴通讯与不少美国企业合作密切,美国政府对中兴的出口管制措施将使高通、英特尔等这些中兴在美国的供应商也蒙受损失。

 

虽然禁令对中兴造成了沉重打击,包括大约20亿美元的经济损失。但中兴的核心竞争力并没有被打断,那就是技术。禁令期间,中兴的技术核心力量,多达3万多名研发人员队伍得以保留。市场方面,中兴分布在全球100多个代表处、1.5万人的销售、MKT、工程服务队伍人员稳定,一旦禁令解除,将迅速投入工作开展。技术的研发和创新将得以延续。乐观的未来和现状也获得了一些重点客户的谅解,这些都是中兴迅速恢复运营的资本。

 

尤其在面向未来的5G领域,中兴多年研发投入,已经取得了行业领先成果,这些技术储备不会因两个月的暂停运营而遭受影响。截止2017年底,中兴拥有5G战略布局专利全球2000件;Ovum在报告中指出,中兴是全球唯二具备端到端5G解决方案的厂商之一。

 

今年下半年,5G将完成关键标准制定和产品方案成熟,明年开启规模商用。中兴以“5G先锋”为旗帜,不仅在产品技术层面不断突破,在市场层面也斩获颇丰。于欧洲,去年10月拿下建设首个5G预商用网络项目;于中国,今年4月在广州成功打通了国内第一个5G电话。随着禁令解除,中兴将很快回到5G圆桌前。5G商用这种万亿元级别的市场,也需要中兴的力量。

 

 

五、工信部强力推进,中国5G商用部署加快

 

中国积极推进第五代移动通信(5G)和超宽带关键技术研究,启动5G商用被列入“十三五”规划。国内三大运营商也已经公布了5G时间表:今年进行5G规模试验,明年预商用,2020年正式商用。据《日本经济新闻》报道,中国三大通信运营商2020年之前将实施3000亿元规模的投资,建立新一代无线通信标准5G的通信网。随着作为“物联网(IoT)”和自动驾驶基础设施的5G在全球最大的中国市场快速普及,源自中国的技术和服务有可能接近实际的世界标准。

 

作为世界最大的手机大国,虽然与日本和美国等发达国家相比在固定电话和通信基础设施建设方面起步较晚,但以智能手机为核心的电子支付等金融服务和配车服务等已经普及。在手机相关服务方面已经走在世界最前端。5G产品越早越广地被投入到试点城市试验,越能够有效地验证运营商制定的5G网络技术参数是否可行,越能够提早制造和部署符合5G国际统一标准的设备进而全球推广。

 

随着5G商用临近,中国正在加快对5G应用的开发和推广,其中包括车联网、工业互联网、智慧医疗等。

 

6月初,《经济参考报》从工信部等权威部门获悉,网络强国建设三年行动年内将启动,以网络强国战略为基础,聚焦数字经济发展“硬件”升级,主要围绕城市和农村宽带提速、5G网络部署、下一代互联网部署等领域,加大网络基础设施建设。

 

2018年,我国将进一步扩大5G试点城市范围,同时适时启动5G网络的部署工作,并力争在2020年正式商用5G网络。首个国际统一的5G全球标准将在年内公布,我国在标准制定上具有很大的话语权,一旦标准公布,我国的5G部署工作也将适时展开,有望成为全球最早实现5G网络商用的国家之一。