5G大上行能力在行業(yè)數(shù)字化中的價(jià)值白皮書

1、目CO錄NTENTS概述 1行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型勢(shì)不可擋 2 HYPERLINK l _TOC_250016 數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展 2 HYPERLINK l _TOC_250015 5G 成為新基建之首，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心驅(qū)動(dòng)力 3 HYPERLINK l _TOC_250014 大上行能力成為行業(yè)數(shù)字化剛需 4行業(yè)數(shù)字化典型案例 5 HYPERLINK l _TOC_250013 5G 在智慧港口中的應(yīng)用及價(jià)值 5 HYPERLINK l _TOC_250012 港口業(yè)務(wù)流程及數(shù)字化改造需求 6 HYPERLINK l _TOC_250011 5G 大上行在港口智慧化中的應(yīng)用場(chǎng)景和價(jià)值 7 HYPER

2、LINK l _TOC_250010 5G 在智慧鋼鐵中的應(yīng)用及價(jià)值 8 HYPERLINK l _TOC_250009 鋼鐵業(yè)務(wù)流程及數(shù)字化改造需求 9 HYPERLINK l _TOC_250008 5G 大上行在鋼鐵數(shù)字化中的應(yīng)用場(chǎng)景和價(jià)值 10 HYPERLINK l _TOC_250007 5G 在智慧礦山中的應(yīng)用及價(jià)值 12 HYPERLINK l _TOC_250006 礦山業(yè)務(wù)流程及數(shù)字化改造需求 12 HYPERLINK l _TOC_250005 5G 大上行在礦山數(shù)字化中的應(yīng)用場(chǎng)景和價(jià)值 135G 創(chuàng)新解決方案助力上行能力提升 15 HYPERLINK l _TOC_25

3、0004 專屬幀結(jié)構(gòu)解決方案 15 HYPERLINK l _TOC_250003 SUL 上行增強(qiáng)解決方案 16 HYPERLINK l _TOC_250002 上行載波聚合解決方案 17 HYPERLINK l _TOC_250001 組網(wǎng)解決方案 17總結(jié)及展望 18 HYPERLINK l _TOC_250000 附錄：縮略語 19概述5G 從定義之初，就致力于構(gòu)建一個(gè)人與人、人與物、物與物等萬物互聯(lián)的智能世界。ITU 對(duì)于 5G 的定義包含三類典型應(yīng)用場(chǎng)景：eMBB( 移動(dòng)寬帶增強(qiáng) )、uRLLC( 超高可靠超低時(shí)延通信 ) 和 mMTC( 大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng) )。3GPP 5G 第一個(gè)技

4、術(shù)版本 R15 在 2018 年底完成，eMBB 已經(jīng)正式走向商用; 2020 年 7 月初 3GPP 發(fā)布 R16 標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì) 9 月底完成對(duì) uRLLC 技術(shù)的全部定義 ; 預(yù)計(jì)在2021 年，3GPP 5G 標(biāo)準(zhǔn)會(huì)完成對(duì)mMTC 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義。在未來十年，5G 技術(shù)將不斷演進(jìn)創(chuàng)新，以持續(xù)夯實(shí)面向行業(yè)的能力。隨著 5G 在全球的商用部署和在行業(yè)數(shù)字化中的探索，5G正在加速與工業(yè)、醫(yī)療、交通、教育等各個(gè)行業(yè)深度融合，5G 作為聯(lián)接平臺(tái)的巨大潛力正在顯現(xiàn)。我們也同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在 5G 參與各個(gè)企業(yè)自動(dòng)化、智能化發(fā)展的過程中，大上行、低時(shí)延、高精度定位等能力成為最早一批 5G 應(yīng)用場(chǎng)景最迫切的需求

5、。而從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)和發(fā)展來看，大上行帶寬能力是運(yùn)營(yíng)商可以最先實(shí)現(xiàn)、最早商用的能力，并且可以解決當(dāng)前企業(yè)存在的大部分自動(dòng)化、智能化的需求。本文特別選取港口、鋼鐵和礦山等國(guó)家新基建首批應(yīng)用示范重點(diǎn)行業(yè)，結(jié)合中國(guó)移動(dòng)、華為在行業(yè)具體場(chǎng)景中的探索，從行業(yè)業(yè)務(wù)流程、企業(yè)聯(lián)接需求出發(fā)，分析對(duì)于 5G 的需求以及 5G 如何在其中發(fā)揮作用并產(chǎn)生價(jià)值。同時(shí)，本文也會(huì)對(duì)如何從當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提升上行寬帶能力提出建議。行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型勢(shì)不可擋數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展數(shù)據(jù)的流動(dòng)方式從根本上決定了經(jīng)濟(jì)的交互方式。當(dāng)今世界，數(shù)字經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為全球最重要的產(chǎn)業(yè)，正以澎湃的驅(qū)動(dòng)力成為各國(guó)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇新引擎。發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)已成為打造經(jīng)濟(jì)

6、發(fā)展新高地、應(yīng)對(duì)國(guó)際激烈競(jìng)爭(zhēng)、搶抓戰(zhàn)略制高點(diǎn)的重要手段。各國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要組成部分。根據(jù)世界銀行統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，數(shù)字經(jīng)濟(jì)在各個(gè)國(guó)家中的 GDP 占比逐年增多。2018 年，在測(cè)算的 47 個(gè)國(guó)家中，英美德數(shù)字經(jīng)濟(jì)已經(jīng)在 GDP 占比已經(jīng)達(dá)到 60% 以上，韓國(guó)、日本等國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)在 GDP 占比超過 40%，新加坡、中國(guó)、芬蘭等國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)占比也已超過 30%，還有 25 個(gè)國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)占比介于 15%30% 之間。與同期 GDP 增速相比，2018 年 80% 的國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)增速顯著高于 GDP 增速。（來源：信通院全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)版圖）在中國(guó)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模不斷擴(kuò)張，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中地位更加

7、突出。從 2014 年到 2019 年的六年時(shí)間，我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)對(duì) GDP 增長(zhǎng)始終保持在 50% 以上的貢獻(xiàn)率，成為驅(qū)動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的核心關(guān)鍵力量。120.00100.0080.0060.0040.0020.0040.00%35.00%30.00%25.00%20.00%15.00%10.00%5.00%0.002005200820112014201520162017201820190.00%GDP數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模數(shù)字經(jīng)濟(jì)占 GDP 比重圖 1：中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展白皮書（2020）對(duì)于數(shù)字經(jīng)濟(jì)占 GDP 比重的統(tǒng)計(jì)5G 成為新基建之首，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心驅(qū)動(dòng)力2020 年，新基建站上風(fēng)口，成為激活經(jīng)濟(jì)

8、新動(dòng)能的關(guān)鍵舉措。根據(jù)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)的定義，新型基礎(chǔ)設(shè)施主要包括信息基礎(chǔ)設(shè)施、融合基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施三個(gè)方面的內(nèi)容。其中，信息基礎(chǔ)設(shè)施包括以 5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等為代表的新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，以數(shù)據(jù)中心、智能計(jì)算中心為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施等。5G 作為新基建之首，在行業(yè)數(shù)字化進(jìn)程中，主要參與到各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)過程中，使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)即制造、所見即所得、制造即服務(wù)”，同時(shí)形成商業(yè)正循環(huán)，達(dá)到“數(shù)據(jù)變機(jī)會(huì)、機(jī)會(huì)變服務(wù)、服務(wù)變收入”， 使 5G 數(shù)字化生產(chǎn)模式真正為企業(yè)創(chuàng)造新的價(jià)值。融合基礎(chǔ)設(shè)施城市交通通信能源電力金融制造醫(yī)療

9、教育精準(zhǔn)感知，在線處理，智能決策，使能數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級(jí)和融合化創(chuàng)新傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型升級(jí)數(shù)據(jù)中心 智能計(jì)算中心云計(jì)算 人工智能 區(qū)塊鏈衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)5G物聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)算力新技術(shù)通信網(wǎng)路AI云5G信息基礎(chǔ)設(shè)施智能化之“基”數(shù)字化之“基”網(wǎng)絡(luò)化之“基”5G+AI+ 云，新基建三要素，讓數(shù)據(jù)流動(dòng)起來，釋放數(shù)據(jù)紅利和價(jià)值重大科技科教產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施圖 2：國(guó)家發(fā)改委對(duì)于新基建的定義大上行能力成為行業(yè)數(shù)字化剛需港口礦山視頻監(jiān)控鋼鐵通過對(duì)鋼鐵、礦山、港口、制造、教育等行業(yè)的數(shù)字化探索發(fā)現(xiàn)，視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制和機(jī)器視覺等是行業(yè)的典型應(yīng)用場(chǎng)景，均存在對(duì)大上行能力（包括單點(diǎn)上行速率以及單小區(qū)上行容量）

10、的要求，且隨著視頻從高清到超清、以及機(jī)器視覺對(duì)檢測(cè)精度的不斷提升，未來對(duì)上行能力的需求也將逐步提升。教育制造機(jī)器視覺遠(yuǎn)程控制行業(yè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)需求單點(diǎn)上行：330Mbps(720P4K)單小區(qū)：300Mbps1Gbps單點(diǎn)上行：330Mbps(720P4K)單小區(qū)：300Mbps1Gbps定位精度：10 米1 米可靠性：2 個(gè) 95 個(gè) 9時(shí)延：100ms10ms單點(diǎn)上行：600Mbps1Gbps視頻監(jiān)控 遠(yuǎn)程控制 機(jī)器視覺視頻監(jiān)控 遠(yuǎn)程控制 機(jī)器視覺 人員定位視頻監(jiān)控 遠(yuǎn)程控制 機(jī)器視覺 設(shè)備定位視頻監(jiān)控 遠(yuǎn)程控制 機(jī)器視覺 設(shè)備定位視頻監(jiān)控 視頻直播視頻監(jiān)控 物聯(lián)傳感視頻監(jiān)控機(jī)器視覺物聯(lián)傳感

11、視頻監(jiān)控視頻監(jiān)控物聯(lián)傳感集群通信列控列調(diào)移動(dòng)警務(wù)物聯(lián)傳感交通列控列調(diào)（測(cè)試）公安電力人員設(shè)備定位醫(yī)療圖 3：對(duì)上行存在需求的典型行業(yè)、業(yè)務(wù)場(chǎng)景及上行能力要求在高清監(jiān)控和遠(yuǎn)程操控的視頻回傳中，從視頻清晰度上來看，當(dāng)前業(yè)界視頻清晰度普遍為 720P1080P，未來必然向 2K、4K和 8K 演進(jìn)，方能提升更高的辨識(shí)度并保障安全性，因此單點(diǎn)上行速率也將從 3Mbps 達(dá)到 20Mbps，甚至到 60Mbps 以上。另外，視頻回傳在大部分場(chǎng)景是多點(diǎn)并發(fā)，因此對(duì)總體小區(qū)的上行容量也將呈指數(shù)級(jí)上升。在機(jī)器視覺場(chǎng)景中，一般高精度檢測(cè)，對(duì)單幀圖像時(shí)延要求苛刻且不能有圖像質(zhì)量損失，未來對(duì) 1 秒內(nèi)圖片識(shí)別的圖像

12、精度和幀率還會(huì)持續(xù)提升，因?yàn)閷?duì)上行能力的要求也會(huì)逐步攀升。從當(dāng)前已經(jīng)部署的 5G 網(wǎng)絡(luò)能力來看，單一 TDD 系統(tǒng)一般為 8:2 或者 7:3 的時(shí)隙配比，在測(cè)試中的峰值可以達(dá)到 250370Mbps，僅可以滿足部分場(chǎng)景的上行需求。同時(shí)，隨著行業(yè)數(shù)字化的快速推進(jìn)，行業(yè)對(duì)大上行的需求將逐漸提高，因此，5G 網(wǎng)絡(luò)持續(xù)需持續(xù)提升上行能力，更好的支持行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。行業(yè)數(shù)字化典型案例在5G 行業(yè)數(shù)字化的推進(jìn)過程中，中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合華為及行業(yè)伙伴進(jìn)行了大量的探索，下面主要從在港口、鋼鐵和煤礦等行業(yè)出發(fā)，分析 5G 在企業(yè)數(shù)字化改造中的需求和價(jià)值。5G 在智慧港口中的應(yīng)用及價(jià)值港口是水陸交通的集結(jié)點(diǎn)和樞紐處

13、，是工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和外貿(mào)進(jìn)出口物資的集散地，全球貿(mào)易中約 90% 由海運(yùn)業(yè)承載，因此港口在國(guó)際貿(mào)易中起著舉足輕重的作用。根據(jù)亞太港口服務(wù)組織（APSN）發(fā)布的2019 亞太港口發(fā)展報(bào)告分析，2019 年全球港口集裝箱吞吐量達(dá)到 8.0 億 TEU 標(biāo)準(zhǔn)箱，增速 2.3%。全球共有 4300 多個(gè)港口，中國(guó)有 200 多個(gè)港口，然而90% 以上為傳統(tǒng)港口，全球范圍內(nèi)的全自動(dòng)化碼頭有近 34個(gè)，中國(guó)僅 4 個(gè)。傳統(tǒng)港口高度依賴人力近端操作集裝箱起重機(jī)械，且工作環(huán)境惡劣、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、用工成本高。為滿足全球海運(yùn)快速發(fā)展的需求，港口信息化、智能化建設(shè)被視為提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段，也是其降低物流成本、提

14、高物流效率的關(guān)鍵所在。港口業(yè)務(wù)流程及數(shù)字化改造需求船舶在進(jìn)港之后，根據(jù)貨物流向，其全作業(yè)流程包括橋吊卸貨、集裝箱理貨、場(chǎng)內(nèi)水平運(yùn)輸、堆場(chǎng)裝卸貨等。外集卡 12 3123岸橋物流：船上 - 內(nèi)集卡橋吊卸貨：橋吊將集裝箱從船上移動(dòng)到水平運(yùn)輸工具 (AGV，內(nèi)集卡，跨運(yùn)車 ) 上。智能理貨：裝卸信息采集和錄入。港口內(nèi)物流：內(nèi)集卡 - 堆場(chǎng)水平物流：運(yùn)輸工具將集裝箱從裝卸區(qū)移動(dòng)到堆場(chǎng)。堆場(chǎng)：內(nèi)集卡 - 堆場(chǎng) - 外集卡龍門吊：將集裝箱從水平運(yùn)輸工具上卸下，放于堆場(chǎng)內(nèi)，運(yùn)出閘口運(yùn)往目的地。圖 4：典型港口作業(yè)流程港口作業(yè)，效率為王。大型船舶租金一天可高達(dá)幾十萬到數(shù)百萬，多等待或多作業(yè)一小時(shí)，即浪費(fèi)數(shù)萬元

15、；若裝卸時(shí)間長(zhǎng)，轉(zhuǎn)運(yùn)效率低，會(huì)給貨主帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益損失，貨主會(huì)選擇其他碼頭。因此，對(duì)于港口來說，提升貨物轉(zhuǎn)運(yùn)效率是港口的核心業(yè)務(wù)訴求，貨物的轉(zhuǎn)運(yùn)重點(diǎn)集中在岸橋裝卸區(qū)和集裝箱堆場(chǎng)區(qū)，因此整個(gè)港口對(duì)于無線的核心訴求集中在橋吊、集卡運(yùn)輸、輪胎吊和軌道吊等作業(yè)流程中，主要涉及高清視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程駕駛、無人駕駛、機(jī)器視覺檢測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)景，而這些應(yīng)用對(duì)于帶寬、時(shí)延的要求基本上都可以通過 5G 來滿足。流程當(dāng)前業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)連接需求網(wǎng)絡(luò)需求橋吊卸貨人工現(xiàn)場(chǎng)高空作業(yè)，工作環(huán)境惡劣；部分港口改造光纖支持靈活性差、成本高、難度大。遠(yuǎn)程 / 無人操控橋吊單個(gè)上行帶寬速率不低于 30Mbps平均時(shí)延小于 18ms，最大時(shí)延

16、不超過 30ms集裝箱理貨信息多、錄入時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大；4G 帶寬傳輸視頻質(zhì)量差，識(shí)別效率低。機(jī)器視覺檢測(cè)高清圖像 / 視頻傳輸上行帶寬不低于 30Mbps傳輸時(shí)延低于 20ms場(chǎng)內(nèi)水平運(yùn)輸依賴人工駕駛，用工成本高；地磁成本高、線路固定、靈活性差、維護(hù)量大無人集卡遠(yuǎn)控車路、車車等協(xié)同上行帶寬大于 20Mbps最大時(shí)延不超過 20ms堆場(chǎng)卸 / 裝貨工作環(huán)境惡劣，易患職業(yè)病。原有通信換場(chǎng)轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)會(huì)中斷通信龍門吊遠(yuǎn)控裝卸集裝箱遠(yuǎn)控單個(gè)輪胎吊上行大 20Mbps平均時(shí)延小于 18ms，最大時(shí)延不高于 30ms圖 5：港口業(yè)務(wù)流程當(dāng)前挑戰(zhàn)和對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接的需求5G 大上行在港口智慧化中的應(yīng)用場(chǎng)景和價(jià)值輪胎

17、吊遠(yuǎn)控是港口核心生產(chǎn)業(yè)務(wù)，其改造能實(shí)現(xiàn) 90% 自動(dòng)化，對(duì)網(wǎng)絡(luò)需求高，對(duì)港口價(jià)值高，下面以 5G 在輪胎吊遠(yuǎn)控業(yè)務(wù)中的使用來進(jìn)行深入介紹。傳統(tǒng)輪胎吊有三大核心痛點(diǎn)：作業(yè)條件艱苦，司機(jī)室30 米高空低頭彎腰全人工操作，容易疲勞有安全隱患，易得職業(yè)病，45 歲轉(zhuǎn)崗；人力需求高：每臺(tái)龍門吊 24 小時(shí)作業(yè)配備 4 名司機(jī)輪換（3 班倒 +1 備份），碼頭對(duì)司機(jī)人力需求高；資源不能共享，碼頭不是所有輪胎吊同時(shí)作業(yè)，部分現(xiàn)場(chǎng)司機(jī)會(huì)閑置。輪胎吊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制之后，工作環(huán)境由惡劣高空到舒適辦公室，由全人工到 90% 自動(dòng)化，由“一人一吊”轉(zhuǎn)變?yōu)椤癗人M（M4N）吊”，工作效率大幅提升；現(xiàn)場(chǎng)無人作業(yè)，極大的降低

18、安全隱患。傳統(tǒng)吊機(jī)操控：1 人 1 吊遠(yuǎn)程吊機(jī)控制：N 人多吊自動(dòng)化改造：遠(yuǎn)程操控x18x18x18x18圖 6：傳統(tǒng)輪胎吊與遠(yuǎn)程輪胎吊作業(yè)對(duì)比【5G 網(wǎng)絡(luò)需求】5G 港口作業(yè)屬于室外局域場(chǎng)景，對(duì) 5G 上行的典型要求是：5G 龍門吊遠(yuǎn)控：?jiǎn)闻_(tái)龍門吊一般有 1821 路攝像頭，單路視頻分辨率 480P1080P 不等，按照 1080P 計(jì)算，每路視頻上行速率要求在 24Mbps，在同一時(shí)刻會(huì)選擇 810路視頻同時(shí)上傳用于遠(yuǎn)程操控，因此單個(gè)輪胎吊對(duì)上行速率的要求平均 2040Mbps。每堆場(chǎng)有 14 區(qū)，業(yè)務(wù)繁忙時(shí)，每區(qū)可能會(huì)有 2 個(gè)龍門吊，因此一個(gè)堆場(chǎng)繁忙時(shí)總共約 20 臺(tái)龍門吊同時(shí)工作，因

19、此單堆場(chǎng)中對(duì)上行容量要求會(huì)達(dá)到 400800Mbps。5G 無人集卡物流：?jiǎn)蝹€(gè)堆場(chǎng)中還將有無人集卡業(yè)務(wù)，單個(gè)無人集卡業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)視頻回傳的要求為 20Mbps 以上，忙時(shí)單堆場(chǎng)的無人集卡數(shù)量可達(dá) 20 輛，所需上行容量將達(dá)到 400Mbps。因此，當(dāng)前單個(gè)堆場(chǎng)中兩種業(yè)務(wù)對(duì) 5G 小區(qū)整體上行容量的需求將達(dá)到 800Mbps1.2Gbps。由于行業(yè)客戶對(duì)視頻的 I 幀可靠性要求較高，未來會(huì)考慮預(yù)留 36 倍的冗余，因此對(duì)上行容量需求將會(huì)更高。寧波舟山港是國(guó)家的主樞紐港之一，是我國(guó)大陸重要的集裝箱遠(yuǎn)洋干線港、國(guó)內(nèi)最大的鐵礦石中轉(zhuǎn)基地和原油轉(zhuǎn)運(yùn)基地。其貨物吞吐量連續(xù)十一年位居世界第一，2019 年達(dá)到

20、 11.19億噸，集裝箱吞吐量位居全球第三，2019 年超 2753 萬標(biāo)準(zhǔn)箱，現(xiàn)有生產(chǎn)泊位 620 多座。目前，輪胎吊 5G 遠(yuǎn)控在寧波舟山港輪胎吊作業(yè)中已經(jīng)開始常態(tài)化投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn) 90% 以上的操作由機(jī)器完成，司機(jī)只需要干預(yù)“抓 / 卸”集裝箱兩個(gè)操作，這樣實(shí)現(xiàn)了從 1 人 1 吊到 N 人M 吊，大幅提升生產(chǎn)作業(yè)效率。以一年吞吐量 500 萬 TEU 寧波舟山港梅山港區(qū)為例，傳統(tǒng)港口人力是最大成本，占整個(gè)港口成本的 30% 以上。橋吊和龍門吊通過 5G 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化之后，人力成本可以節(jié)省上億元，工作效率可以提升 20%，同時(shí)也降低了操作風(fēng)險(xiǎn)，減少了停工分享和故障處理的時(shí)間?？梢灶A(yù)見，5G 在

21、港口的各個(gè)作業(yè)流程中將發(fā)揮巨大作用。一方面，5G 天生具有的大帶寬、低時(shí)延能力可以基本滿足當(dāng)前部分業(yè)務(wù)的遠(yuǎn)程操控、高清監(jiān)控、機(jī)器視覺等需求，提升作業(yè)效率；另一方面，5G 可以一網(wǎng)多用，且簡(jiǎn)單易維護(hù)，可以為港口降低運(yùn)營(yíng)成本。未來，隨著 5G 技術(shù)低時(shí)延高可靠及大規(guī)模物聯(lián)技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)，5G 將為整個(gè)港口的性能提升和成本下降提供保障，加快港口的自動(dòng)化、智能化的轉(zhuǎn)變，為港口發(fā)展提供新的空間。5G 在智慧鋼鐵中的應(yīng)用及價(jià)值隨著基礎(chǔ)自動(dòng)化建設(shè)、信息化建設(shè)的發(fā)展，中國(guó)鋼鐵行業(yè)從弱到強(qiáng)，建立了比較完整的工業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；?、批量化生產(chǎn)。目前，中國(guó)鋼鐵行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了技術(shù)發(fā)展的深水區(qū)。面對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展、

22、柔性制造和智能制造的需求，鋼鐵行業(yè)須重新思考生產(chǎn)設(shè)備的管理方式，如何從中獲取最大的價(jià)值。與此同時(shí)，鋼鐵企業(yè)需要提升數(shù)字化制造能力以應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。以 5G 為代表的新一代信息技術(shù)不斷推動(dòng)鋼鐵企業(yè)智能化進(jìn)程加快，在生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)等領(lǐng)域應(yīng)用不斷深化，并向工藝過程智能化、產(chǎn)線管控智能化、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)智能化方向發(fā)展。推動(dòng)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)及時(shí)精準(zhǔn)地獲取數(shù)據(jù)、傳遞信息，建模和分析數(shù)據(jù)、科學(xué)決策、實(shí)施管控。華菱湘鋼是中國(guó)南方千萬噸級(jí)的精品鋼材生產(chǎn)基地，具備年產(chǎn)鋼 1200 萬噸生產(chǎn)規(guī)模，擁有鋼鐵全流程的先進(jìn)技術(shù)裝備和生產(chǎn)工藝，但在效率提升和降低能耗方面都遇到了瓶頸，同時(shí)鋼鐵廠的高溫高危環(huán)境也讓年輕人不愿意進(jìn)入鋼鐵廠工作。為進(jìn)

23、一步提升生產(chǎn)力、降低能耗、改善工作環(huán)境，并提高員工的工作幸福感和獲得感，華菱湘鋼下定決心要充分利用 5G、AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等 ICT 技術(shù)進(jìn)行全流程、全業(yè)務(wù)的數(shù)字化升級(jí)，打造鋼鐵行業(yè)的智能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。一方面推動(dòng)華菱湘鋼的高質(zhì)量發(fā)展，另一方面也推動(dòng)鋼鐵行業(yè)向智慧鋼鐵、綠色鋼鐵方向發(fā)展。鋼鐵業(yè)務(wù)流程及數(shù)字化改造需求全國(guó)領(lǐng)先的鋼鐵企業(yè)的主要生產(chǎn)線基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但如果要進(jìn)一步推進(jìn)智慧鋼廠的建設(shè)，受制于生產(chǎn)廠區(qū)范圍大、生產(chǎn)環(huán)境苛刻、電磁屏蔽嚴(yán)重，當(dāng)前 Wi 信號(hào)傳輸丟包嚴(yán)重，無法滿足目前對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和實(shí)時(shí)性的要求，導(dǎo)致很多作業(yè)還是需要人工進(jìn)行操作，推進(jìn)智慧鋼廠的 5G 智能制造建設(shè)已迫在眉睫。

24、網(wǎng)絡(luò)連接是工廠數(shù)字化的前提，連接由有線為主向無線為主過渡，由多種接入方式整合為以 5G+ 光纖共存的模式為主，共同打造低時(shí)延、高可靠的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。連接是實(shí)現(xiàn)全要素各環(huán)節(jié)深度互聯(lián)的前提。工廠連接六要素：生產(chǎn)環(huán)境、物料、物流車輛、生產(chǎn)設(shè)備、制造執(zhí)行控制系統(tǒng)、人。 生產(chǎn)環(huán)境制造執(zhí)行管控系統(tǒng)產(chǎn)品物料工業(yè)生產(chǎn)連接 6 要素人物流車輛生產(chǎn)設(shè)備圖 7：鋼鐵企業(yè)產(chǎn)線流程及生產(chǎn)要素生產(chǎn)環(huán)境包括溫度、濕度、灰塵、有害氣體、循環(huán)風(fēng)速、光照等環(huán)節(jié)要素，通過傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集。物料供應(yīng)用于生產(chǎn)制造的物料、儲(chǔ)存物料的庫房貨架等。物流車輛運(yùn)送物料的車輛（如吊車、AGV、貨車）。生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)設(shè)備如高爐、軋機(jī)、機(jī)械臂、機(jī)床、

25、天車等，以及其他設(shè)備如工具、儀器、監(jiān)控、消防等，可通過物聯(lián)網(wǎng)卡進(jìn)行網(wǎng)聯(lián)，或通過 PLC 進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。（PLC 介于制造執(zhí)行管控系統(tǒng)中的 MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備之間。MES 系統(tǒng)調(diào)度控制幾個(gè)產(chǎn)線 PLC；產(chǎn)線 PLC 是一條生產(chǎn)線的總自動(dòng)控制模塊，同時(shí)控制幾個(gè)站點(diǎn) PLC；一個(gè)站點(diǎn) PLC 控制一個(gè)作業(yè)單元的設(shè)備，直接與生產(chǎn)設(shè)備的閥門、I/O 模塊、傳送帶、機(jī)器人對(duì)接。）制造執(zhí)行管控系統(tǒng)一個(gè)車間內(nèi)的頂層執(zhí)行管控系統(tǒng)，在傳統(tǒng)車間主要由 MES 系統(tǒng)構(gòu)成，用于車間的制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、工具工裝管理等。MES 系統(tǒng)一般會(huì)集成 SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)

26、）等傳統(tǒng)制造執(zhí)行層面信息系統(tǒng)。而隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，一些諸如環(huán)境檢測(cè)管理、AGV（自動(dòng)引導(dǎo)車）調(diào)度控制、生產(chǎn)設(shè)備預(yù)防性維護(hù)等新管控系統(tǒng)補(bǔ)充了 MES 系統(tǒng)，與 MES 系統(tǒng)共同構(gòu)成更加智能化的制造執(zhí)行管控系統(tǒng)。而隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，一些諸如環(huán)境檢測(cè)管理、AGV（自動(dòng)引導(dǎo)車）調(diào)度控制、生產(chǎn)設(shè)備預(yù)防性維護(hù)等新管控系統(tǒng)補(bǔ)充了 MES 系統(tǒng)，與 MES 系統(tǒng)共同構(gòu)成更加智能化的制造執(zhí)行管控系統(tǒng)。5G 大上行在鋼鐵數(shù)字化中的應(yīng)用場(chǎng)景和價(jià)值由于鋼鐵生產(chǎn)過程，工藝流程繁雜，基于客戶調(diào)研和 5G 技術(shù)特點(diǎn)和性能評(píng)估，選取如下幾個(gè)典型場(chǎng)景進(jìn)行初期階段智慧化改造。5G+ 智慧天車圖 8: 鋼鐵企業(yè) 5G 智慧天車操控現(xiàn)場(chǎng)

27、天車集裝卸、搬運(yùn)、運(yùn)輸功能于一身，是鋼鐵生產(chǎn)最主要的設(shè)備之一，也是決定鋼廠高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。天車經(jīng)常運(yùn)行在廠房?jī)?nèi)的高空，過去需靠人工在天車操作室里操作，不但效率低，且工作環(huán)境惡劣、危險(xiǎn)。為了提高效率，消除作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)展無人化天車系統(tǒng)已是必然趨勢(shì)。在無人天車遠(yuǎn)程操控中，通過天車上安裝的 3D 掃描儀、測(cè)距儀、編解碼器和多個(gè)高清攝像頭，結(jié)合激光 3D 輪廓掃描技術(shù)，獲取周邊物料、車輛、車斗高度及裝卸位置信息畫面，通過超大帶寬超高速率超低時(shí)延的 5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器端，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并建立三維模型，計(jì)算出動(dòng)作指令集，下發(fā)給天車執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)天車無人化自動(dòng)裝載運(yùn)輸。 5G 天車遠(yuǎn)程操控可解決工

28、業(yè) WIFI 覆蓋及容量不足、抗干擾能力差、光纖鋪設(shè)困難、成本高、維護(hù)復(fù)雜等問題，同時(shí)極大改善了職工的工作環(huán)境，顯著提高人工勞效。5G+AI 機(jī)器視覺隨著工藝發(fā)展以及人對(duì)質(zhì)量訴求越來越高，鋼材表面質(zhì)量檢測(cè)已經(jīng)變成必備工作。例如汽車面板的表面缺陷不能大于 2處，家電鋼板更要求表面“0”缺陷?，F(xiàn)階段工業(yè)品的質(zhì)量檢測(cè)基于傳統(tǒng)人工檢測(cè)手段，稍微先進(jìn)一點(diǎn)的檢測(cè)方法是將待檢測(cè)產(chǎn)品與預(yù)定缺陷類型庫進(jìn)行比較，上述方法的檢測(cè)精度和檢測(cè)效率均無法滿足現(xiàn)階段高質(zhì)量生產(chǎn)的要求，缺乏一定的學(xué)習(xí)能力和檢測(cè)彈性，導(dǎo)致檢測(cè)精度和效率較低。而且由于計(jì)算能力較弱，4G 的時(shí)延過高、帶寬較低，數(shù)據(jù)無法系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，處理都在線下進(jìn)行，耗

29、費(fèi)極大的人力成本?；?5G 的大帶寬低時(shí)延，通過 5G+AI+ 機(jī)器視覺能夠觀測(cè)微米級(jí)的目標(biāo)；獲得的信息量是全面且可追溯的，相關(guān)信息可以方便的集量、需要更快的傳輸速度，5G 能夠完全解決視覺檢測(cè)的傳輸問題，為制造長(zhǎng)上眼睛。【5G 網(wǎng)絡(luò)需求】鋼鐵企業(yè)天車遠(yuǎn)控和機(jī)器視覺屬于典型的工廠室內(nèi)場(chǎng)景，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求是：5G 智慧天車5G智慧天車對(duì)上行帶寬的要求是遠(yuǎn)程操控視頻回傳。在遠(yuǎn)程操控視頻回傳中，每個(gè)天車上共有 5 個(gè)攝像頭（1080P）和 1 個(gè)全景攝像頭（4K），視頻上行要求分別是 24Mbps/ 路和 816Mbps/ 路，每臺(tái)天車的帶寬要求在 1836Mbps，單個(gè)區(qū)域 5 臺(tái)天車的總帶寬要

30、求為 90180Mbps。由于天車的遠(yuǎn)程操作對(duì)視頻質(zhì)量和流暢度要求較高，考慮到 I 幀峰值和撞幀的概率因素，一般會(huì)留出 36 倍左右的冗余，此時(shí)每臺(tái)天車的帶寬要求在 54216Mbps, 單個(gè)區(qū)域 5 臺(tái)天車的總帶寬要求為 2701080Mbps；后續(xù)，如果在遠(yuǎn)控基礎(chǔ)上進(jìn)行無人天車操控，需要增加激光測(cè)距和 3D 掃描儀，上行帶寬增加 10Mbps，PLC 控制時(shí)延要求達(dá)到 20ms 以內(nèi)。因此，在不考慮預(yù)留冗余的情況下，單個(gè)區(qū)域?qū)?5G上行總?cè)萘啃枨鬄?140230Mbps；考慮預(yù)留冗余，則單個(gè)區(qū)域?qū)?5G 上行總?cè)萘啃枨鬄?3201130Mbps。5G+AI 機(jī)器視覺質(zhì)檢質(zhì)檢對(duì)于上行帶寬的要

31、求主要從像素（期望檢測(cè)的精度，一般工業(yè)相機(jī) 500W、1000W 及 2000W 像素不等）、圖像格式（顯示內(nèi)容的豐富性一般有 1 位、 8 位、16 位、24 位、32 位等）、幀率（應(yīng)用要求，即在確定時(shí)間周期范圍內(nèi)可以允許多長(zhǎng)的圖像采集時(shí)間），因此質(zhì)檢對(duì)于帶寬的要求不是一個(gè)固定值，而是取決于具體的應(yīng)用要求。以 3D 結(jié)構(gòu)光 SPI 視覺檢測(cè)為例，在 500ms 內(nèi)需要 8 張 500W 像素 8Bit 灰階圖像，單張圖像處理時(shí)延 62.5ms，因此單張圖像大小是 5MB, 8 張為 40MB，500ms 的傳輸頻率，對(duì)于每個(gè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)上行速率要求是 640Mbps。5G+ 智慧天車提高了天車

32、運(yùn)行效率、降低故障率、降低能源消耗，又可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升安全性；在人力成本節(jié)約上，傳統(tǒng)天車一臺(tái)需要 34 名工人輪班倒，天車無人化一臺(tái)僅需 0.5 人。5G+AI 鋼材表面檢測(cè)，對(duì)比傳統(tǒng)人工檢測(cè)，抽檢率最高 45%，機(jī)器視覺不僅實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)，抽檢率提升到 91%；另外，機(jī)器的檢測(cè)精度可達(dá)到 u 級(jí)，人眼無法檢測(cè)可使用機(jī)器完成。5G 在智慧礦山中的應(yīng)用及價(jià)值煤炭是基礎(chǔ)能源和重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，煤礦開發(fā)是從機(jī)械化到自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化等逐步發(fā)展的過程。就中國(guó)而言，截止 2018 年，全國(guó)采煤機(jī)械化程度達(dá)到 78.5%。自動(dòng)化技術(shù)( 滾筒式采煤機(jī)等設(shè)備) 也在煤礦企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。目前，煤

33、炭智能化開采還處于示范階段，適用于條件較好的工作面，隨著技術(shù)水平的提升，未來 10-20 年內(nèi)或?qū)⒋蠓秶鷳?yīng)用。中國(guó)大概有 5300 座煤礦?，F(xiàn)階段，采煤作業(yè)面需要工人現(xiàn)場(chǎng)操控采煤機(jī)，需要大量人員對(duì)采煤現(xiàn)場(chǎng)感設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢查等，且工作環(huán)境惡劣、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、用工成本高，且一旦出現(xiàn)事故，均為省市級(jí)以上重大事故。智慧礦山可以應(yīng)用到非煤礦山（金屬礦工等），同時(shí)由于井下環(huán)境極其惡劣，有防爆等要求，其適用油氣、石化行業(yè)等環(huán)境惡劣的生產(chǎn)領(lǐng)域。在非煤礦山方面，全國(guó)還有 3 萬多座，智能化發(fā)展具有較大需求。礦山業(yè)務(wù)流程及數(shù)字化改造需求煤礦開采分為井上開采以及井下開采，主要分為兩個(gè)工作面，在綜采面進(jìn)行采煤工作，并將

34、采完的煤礦從巷道運(yùn)輸?shù)骄稀?. 控制礦山2. 感知礦山1. 實(shí)時(shí)互聯(lián)礦山智慧化主要包括智能控制、全面感知以及實(shí)時(shí)互聯(lián)三大類場(chǎng)景。智能控制場(chǎng)景主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的精準(zhǔn)控制，后續(xù)基于機(jī)器視覺的自行判斷下發(fā)。全面感知基于狀態(tài)、視頻、定位感知，主要負(fù)責(zé)上傳不同形式的數(shù)據(jù)，用于監(jiān)控。實(shí)時(shí)互聯(lián)主要用于隨時(shí)隨地的通信以及簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程診斷。圖 9：典型煤礦數(shù)字化改造示意場(chǎng)景大類場(chǎng)景子類場(chǎng)景子類描述RTT(ms)設(shè)備連接數(shù)（個(gè)）/典型小區(qū)上行能力單用戶上行峰值速率小區(qū)平均容量單用戶邊緣速率智能控制精準(zhǔn)遠(yuǎn)程控制采煤工作面掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)遠(yuǎn)程集中控制10050上行需求不大機(jī)器視覺采集高清視頻回傳，完成遠(yuǎn)程控制。后續(xù) AI

35、自己下發(fā)判斷。10030-40 個(gè)攝像頭 ,4K 清晰度( 范圍：240 米綜采面）20Mbps0.8Gbps10Mbps全面感知狀態(tài)感知人、機(jī)、環(huán)監(jiān)測(cè)：人體健康狀態(tài)，環(huán)境（氣體、壓力等），設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)100上行需求不大視頻感知運(yùn)輸轉(zhuǎn)載點(diǎn)、運(yùn)輸場(chǎng)視頻。不用于遠(yuǎn)程控制，僅用于問題故障反查。100若干固定攝像頭 + 移動(dòng)攝像頭 ( 范圍： 200 米巷道）10Mbps0.3Gbps5Mbps定位感知人的定位、車輛定位、設(shè)備定位等100米級(jí)定位上行需求不大實(shí)時(shí)互聯(lián)及時(shí)通訊以及遠(yuǎn)程診斷工人手持無線終端，滿足移動(dòng)通信 ,滿足在不同地點(diǎn)快速診斷100語音：10 組視頻：3-5 組10Mbps0.2Gbps

36、5Mbps煤礦的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境以及智能化改造要求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信在時(shí)延、穩(wěn)定性、安全性、多并發(fā)性、定位等方面提供更苛刻的要求。5G 大上行在礦山數(shù)字化中的應(yīng)用場(chǎng)景和價(jià)值礦山少人化的實(shí)現(xiàn)依托于遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制、以及無人控制。智慧礦山對(duì) 5G 需求存在如下方面：1大上行在綜采面需滿足 30-40 個(gè) 4K 攝像頭回傳。2大連接一個(gè)智慧礦山預(yù)測(cè)需要 5 萬個(gè)以上的傳感器，如果全部通過有線連接，地下網(wǎng)絡(luò)將成為一張蜘蛛網(wǎng)狀，不符合實(shí)際安裝條件。3確定性低時(shí)延能力高清實(shí)時(shí)視頻回傳屬于典型上行大帶寬 + 時(shí)延敏感業(yè)務(wù)，以典型 25Fps 視頻為例，幀周期為 40ms，高實(shí)時(shí)性視頻要求傳輸時(shí)延低于幀周期。4高可靠性網(wǎng)絡(luò)

37、煤炭行業(yè)作為特種行業(yè)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)具有嚴(yán)苛的可靠性要求，需要電信級(jí)的設(shè)備可靠性支撐。5一網(wǎng)兩用礦下場(chǎng)景間距 toB 應(yīng)用及 toC 人員保障通信，采用 5G 一網(wǎng)兩用方案規(guī)避雙層網(wǎng)重復(fù)建設(shè)的疊加成本和浪費(fèi)。6高安全性煤礦的安全生產(chǎn)隸屬于國(guó)家能源戰(zhàn)略安全范疇，5G 提供更高的網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)。煤礦屬于對(duì)安全要求極高的全封閉場(chǎng)景，其對(duì)于 5G 網(wǎng)絡(luò)需求是：5G 遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制的先決條件是看得清、看的全，因此，高清視頻回傳是至關(guān)重要的應(yīng)用。以一個(gè) 240 米綜采面為例子，平均 6 米安裝一個(gè)固定攝像頭在支架上，需要 40 個(gè)攝像頭?？紤]到需要直接應(yīng)用在井下環(huán)境看清楚，并未來用于機(jī)器視覺，需采用 4K 攝像頭。每

38、路視頻上行速率要求在 816Mbps, 整個(gè)在 240 米范圍內(nèi)對(duì)上行容量的要求是 320640Mbps。【5G 網(wǎng)絡(luò)需求】2020 年 6 月，中國(guó)移動(dòng)與陽煤集團(tuán)、華為公司聯(lián)手打造的全國(guó)首座 5G 智慧煤礦宣布正式落成，陽煤集團(tuán)新元煤礦依托目前國(guó)內(nèi)地下最低的 5G 網(wǎng)井下 534 米“超千兆上行”煤礦 5G 專用網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了煤礦智慧化管理，解決了煤炭行業(yè)的諸多痛點(diǎn)問題。5G 通過超千兆上行解決方案對(duì)多個(gè)攝像頭并發(fā)的視頻上傳要求，以及在時(shí)延方面的保障尤其重要。中國(guó)移動(dòng)攜手華為開發(fā)全鏈條井下專用通信設(shè)備，取得全國(guó)首家 5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備隔爆認(rèn)證，在陽煤集團(tuán)新元煤礦井下 534 米建成 5G 專用網(wǎng)絡(luò)，

39、推出機(jī)電硐室無人巡檢、掘進(jìn)面無人操作、綜采面無人操作三項(xiàng) 5G 應(yīng)用，幫助煤礦實(shí)現(xiàn)了礦井無人化、自動(dòng)化、可視化運(yùn)行。陽煤煤礦地下 534 米：看井下就像看地面，使能遠(yuǎn)控傳統(tǒng)井下操作5G 遠(yuǎn)程控制地下高清視頻通話行業(yè)級(jí)防爆設(shè)備 井下人員14060人力成本節(jié)省安全生產(chǎn)16萬/月0事故* 以陽煤新元煤礦為例智慧煤礦：陽煤 / 霍煤 / 內(nèi)蒙古煤礦中國(guó)煤礦5300 座產(chǎn)業(yè)空間530億 人民幣圖 10：山西陽煤 5G 改造產(chǎn)生的價(jià)值及全國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)空間現(xiàn)場(chǎng)少人化、無人化作業(yè)，極大的降低安全隱患。傳統(tǒng)井下巡檢，需要大量的人員對(duì)采煤設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢查，有了 5G 網(wǎng)絡(luò)，我們就可以通過高清攝像頭，在監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程巡

40、檢，單巷道的工作人員從傳統(tǒng)的 140 人減少到了 60 人。從總體目標(biāo)，一個(gè)礦井未來要減少到 100 人，初步預(yù)估，一個(gè)礦井可以節(jié)省 7 億元的人力支出。5G創(chuàng)新解決方案助力上行能力提升針對(duì) 5G 上行能力的提升，當(dāng)前主流的方向，一方面是通過在當(dāng)前上行通道的基礎(chǔ)上聚合更多頻譜、更大帶寬，來提升上行能力，主要技術(shù)包括SUL 上行增強(qiáng)、上行載波聚合等；另一方面通過調(diào)整 TDD 頻段的上下行時(shí)隙配比，增加上行時(shí)隙資源，來提升上行能力。同時(shí)，還可以考慮從多頻段組網(wǎng)、小區(qū)分裂以及未來毫米波組網(wǎng)等方式來進(jìn)行上行能力提升。專屬幀結(jié)構(gòu)解決方案在提升上行能力方面，還有一種最簡(jiǎn)單直接的辦法就是改變當(dāng)前 TDD 系

41、統(tǒng)中的時(shí)隙配比，通過增加上行資源提升上行能力。5G TDD 系統(tǒng)中，其主流時(shí)隙配比包括7:3, 8:2 和1:3等，對(duì)下行資源的分配遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上行，下行能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上行能力。因此，我們可以通過引入特殊的時(shí)隙配比如下行與上行配比為 DSUUU（1D3U）的方式，來增加上行資源的調(diào)度，提升上行容量。在外場(chǎng)測(cè)試中，將原來 TDD 系統(tǒng)的時(shí)隙配比進(jìn)行調(diào)整后，上行速率會(huì)成比例的提升，但同時(shí)下行速率也會(huì)因?yàn)榭捎觅Y源的減少而下降。子幀配比5ms 周期8D2U2.5ms 雙周期7D3U2.5ms 周期1D3U上行峰值速率250Mbps375Mbps747Mbps小區(qū)平均容量250Mbps242Mbps482M

42、bps上行邊緣速率14.4 Mbps2.8 Mbps5.6 Mbps目前網(wǎng)絡(luò)、芯片等多個(gè)廠家已支持 1D3U 的幀結(jié)構(gòu)配置，已在寧波舟山港進(jìn)行了試點(diǎn)，上行峰值速率可達(dá)到 747Mbps。預(yù)計(jì)明年初具備端到端商用能力，最快滿足行業(yè)大上行需求。綜上所述，5G 特殊時(shí)隙配比是單一頻段就可以進(jìn)行上行增強(qiáng)的解決方案，可提升單用戶上行能力和上行覆蓋，同時(shí)還可提升小區(qū)平均容量。由于 3U1D 幀結(jié)構(gòu)與公網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)可能不同，因此可能會(huì)帶來交叉時(shí)隙干擾，因此 3U1D 適用于行業(yè)對(duì)上行速率和容量有要求的完全封閉場(chǎng)景（如礦井）和室內(nèi)場(chǎng)景（如工廠）等有一定隔離度的場(chǎng)景中。SUL 上行增強(qiáng)解決方案5G SUL 上行增強(qiáng)

43、解決方案，就是通過兩段頻譜的協(xié)同、高頻和低頻的互補(bǔ)、以及時(shí)域和頻域的聚合，充分發(fā)揮高頻的大帶寬能力和低頻穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在近中點(diǎn)提升上行帶寬，在遠(yuǎn)點(diǎn)提升上行覆蓋，同時(shí)縮短網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。以高頻為 TDD 頻點(diǎn)，低頻為 FDD 頻點(diǎn)為例，在近中點(diǎn)，在 TDD 的覆蓋范圍內(nèi)，當(dāng) TDD 頻段傳送上行數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)DD 上行不傳送數(shù)據(jù)，以充分發(fā)揮 TDD 大帶寬和終端雙通道發(fā)射的優(yōu)勢(shì)，來提升上行吞吐率；當(dāng) TDD 頻段傳送下行數(shù)據(jù)時(shí)， FDD 傳送上行數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了 FDD 和TDD 時(shí)隙級(jí)的轉(zhuǎn)換，保證全時(shí)隙均有上行數(shù)據(jù)傳送。在遠(yuǎn)點(diǎn)，TDD 頻段上行覆蓋受限，終端離開 TDD 頻段上行覆蓋范圍時(shí)，該方案使

44、用 FDD 低頻段來進(jìn)行上行資源發(fā)送，以此來補(bǔ)齊 TDD 上行覆蓋短板，從而擴(kuò)大覆蓋范圍。在實(shí)際的外場(chǎng)測(cè)試中，TDD 100MHz 頻譜與 FDD 20MHz頻譜，通過 5G SUL 上行增強(qiáng)解決方案相互協(xié)同，可以使近中點(diǎn)上行峰值速率達(dá)到 321Mbps, 遠(yuǎn)點(diǎn)通過上行補(bǔ)充延伸原來的 TDD 下行覆蓋 6dB，下行遠(yuǎn)點(diǎn) TCP 速率提升 100200%。在寧波港的 5G 龍門遠(yuǎn)程操控測(cè)試中，5G 通過 SUL 上行增強(qiáng)解決方案來解決多個(gè)攝像頭并發(fā)的視頻上傳要求，并對(duì)端到端的時(shí)延進(jìn)行保障。在寧波舟山港部署的 5G 網(wǎng)路中，采用了 TDD+FDD 的 SUL 上行解決方案，使上行能力達(dá)到 310M

45、bps，滿足 10 臺(tái)輪胎吊同時(shí)作業(yè)。同時(shí)，5G 網(wǎng)絡(luò)在耐久性測(cè)試中的平均時(shí)延也達(dá)到了 9ms，完全能滿足當(dāng)前輪胎遠(yuǎn)控對(duì)時(shí)延的需求。5 臺(tái)輪胎吊并發(fā)上行10ms 級(jí)平均速率300Mbps 耐久測(cè)試：連續(xù)工作 48 小時(shí)， PLC 時(shí)延抖動(dòng)小，平均時(shí)延 9ms,100% 無丟包SUL 上行增強(qiáng)實(shí)測(cè)增益24%50%，峰值達(dá)到 310Mbpsbps上行拉網(wǎng)測(cè)試350,000,000 60%300,000,000 50%250,000,000200,000,000150,000,000100,000,00050,000,000040%30%20%10%0%增益NUL基線超級(jí)上行138751121491

46、86223260297334371408445482519556圖 11：寧波舟山港口上行帶寬和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)試同時(shí)，為了解決行業(yè)中對(duì)超大帶寬的需求，SUL 上行增強(qiáng)解決方案還可以引入專屬的上行大帶寬頻譜（50100MHz），與 TDD 頻段協(xié)同，共同提升上行吞吐率。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中， TDD 100MHz 和專屬上行 100MHz 頻譜聚合，上行峰值可以達(dá)到1Gbps 以上，可以進(jìn)一步滿足大部分行業(yè)客戶的需求。值得一提的是，該方案在上行和下行的頻譜聚合是解耦的，意思就是上行和下行聚合的頻段不必相同，因此上行可以在原有 TDD 協(xié)同的基礎(chǔ)上選擇 FDD 頻段或者 SUL 專屬頻段進(jìn)行協(xié)同提升上行能力

47、，而下行也可以靈活與其他更大帶寬的 FDD 或者 TDD 頻段聚合而提升下行能力。5G SUL 上行增強(qiáng)解決方案在 R15 標(biāo)準(zhǔn)中立項(xiàng)，在 R16 中增加了更多頻段和更大帶寬的定義。目前，部分廠商初步支持該方案，但仍需更多產(chǎn)業(yè)力量投入，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)成熟。綜上所述，SUL 上行增強(qiáng)解決方案可提升單用戶的上行能力和上行覆蓋，TDD+FDD 的 SUL 適用于對(duì)上行帶寬、上行覆蓋均有一定要求的行業(yè)廣域、局域場(chǎng)景；采用 TDD+SUL 專屬上行大帶寬的 SUL 上行增強(qiáng)解決方案，適用于對(duì)上行要求最高可達(dá) 1Gbps 以上的場(chǎng)景。上行載波聚合解決方案速率與用戶可獲得的頻譜資源息息相關(guān)。為了達(dá)到提升容量和速率

48、的目的，增加頻譜是最直接的方法。但一個(gè)載波的頻譜資源大小受到頻譜分配結(jié)果的影響，還受到標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的約束。為了獲得更多的頻譜，可以通過載波聚合（Carrier Aggregation, CA）技術(shù)將多個(gè)分量載波（Component Carrier）聚合，使UE 可享受的頻譜達(dá)到多個(gè)載波的頻譜之和，因此速率也能獲得相應(yīng)的提升。上行載波聚合便是利用這一原理，通過聚合不同載波的上行頻段，實(shí)現(xiàn)上行能力的提升。當(dāng)采用 TDD+FDD 頻段進(jìn)行上行載波聚合時(shí)，近中點(diǎn)的上行兩個(gè)載波可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，上行峰值速率最大可以達(dá)到兩個(gè)獨(dú)立的載波峰值速率之和。在遠(yuǎn)點(diǎn)，由于 TDD 頻段的上行覆蓋受限，TDD 的上行載

49、波無法再參與載波聚合，此時(shí)上行仍可以使用 FDD 低頻段來進(jìn)行上行資源發(fā)送，最大程度保障上行的覆蓋。經(jīng)理論計(jì)算，以 2.6G 160M 上行載波聚合為例，上行峰值速率可達(dá)到 400Mbps， 2.6G+4.9G 載波聚合上行峰值速率可達(dá)到 500Mbps，后續(xù)還可以聚合其他頻段或聚合更多的頻段，進(jìn)一步提升上行能力。但是上行載波聚合的一個(gè)最大特點(diǎn)就是需要綁定對(duì)應(yīng)的下行載波，也就是說，如果一個(gè)載波的上行資源參與了上行載波聚合，它的下行資源就必須參與下行載波聚合。所以在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中，需要結(jié)合載波的下行資源的用途規(guī)劃綜合考慮。上行載波聚合在 R15 的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)支持，并在 R16 中進(jìn)行了增強(qiáng)和完善，預(yù)計(jì)明年網(wǎng)絡(luò)、芯片、手機(jī)終端、工業(yè)模組、工業(yè)終端等將具備端到端商用能力。目前 2.6G 1D3U 160M載波聚合已在山西礦井中驗(yàn)證，上行載波聚合后的實(shí)測(cè)峰值速率可達(dá)到 1100Mbps。綜上所述，上行載波聚合解決方案可以提升單用戶的上行能力和上行覆蓋。但該方案對(duì)下行頻譜的使用有一定的限制，需要結(jié)合下行資源的用途來綜合考慮。從行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景上來看，該解決方案主要適用于對(duì)上行帶寬和上行覆蓋有要求的