【5G與智能工廠！】智能工廠是5G技術的重要應用場景之一。利用5G網(wǎng)絡將生產(chǎn)設備無縫連接，并進一步打通設計、采購、倉儲、物流等環(huán)節(jié)，使生產(chǎn)更加扁平化、定制化、智能化，從而構造一個面向未來的智能制造網(wǎng)絡。

1、移動通信技術的發(fā)展

回顧移動通信技術的發(fā)展歷程，第一代采用的是模擬技術，只能支持區(qū)域和距離限制的語音通話；第二代實現(xiàn)了數(shù)字化語音通訊，能進行簡單的語音和文字類交互，比如短信和郵件等；第三代就是大家熟知的3G技術，以多媒體通訊為特征，可以支持語音、文字和視頻交互，但由于帶寬有限，在進行大量數(shù)據(jù)交互時，如視頻交互時很難保證效果的流暢；第四代是正在鋪建的4G技術，通訊速率大幅提升，標志著進入無線寬帶年代。

5G，即第五代移動通信技術，國際電聯(lián)將5G應用場景劃分為移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)兩大類。5G呈現(xiàn)出低時延、高可靠、低功耗的特點，已經(jīng)不再是一個單一的無線接入技術，而是多種新型無線接入技術和現(xiàn)有無線接入技術（4G后向演進技術）集成后的解決方案總稱。

從當前電信服務商做的基站測試結果看，5G的速度將會比4G更快且功耗更低，理論帶寬將突破每秒10G。這保證你能夠在一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影，而4G需要至少10分鐘。恰是由于這一得天獨厚的優(yōu)勢，業(yè)界普遍認為，5G將對智能工業(yè)、無人駕駛汽車、VR以及物聯(lián)網(wǎng)等領域產(chǎn)生重要推動作用。

2、解讀5G技術

①5G定義的三大場景

2016年，華為主推的PolarCode方案被國際無線標準化機構3GPP確定為eMBB場景的控制信道編碼方案，而數(shù)據(jù)信道的上行和下行短碼方案則歸屬高通LDPC碼。eMBB即增強移動寬帶，是3GPP會議上定義5G三大場景之一。華為的PolarCode信道編碼技術只是5G眾多核心技術的一種。除eMBB之外，5G場景還包括mMTC和URLLC。

5G定義的三大場景

②5G支撐技術

1.網(wǎng)絡切片

網(wǎng)絡切片，本質(zhì)上就是將運營商的物理網(wǎng)絡劃分為多個虛擬網(wǎng)絡，每一個虛擬網(wǎng)絡根據(jù)不同的服務需求，比如時延、帶寬、安全性和可靠性等來劃分，以靈活的應對不同的網(wǎng)絡應用場景。

就5G而言，由于涵蓋的應用場景比較廣，包括移動寬帶、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)和關鍵任務型物聯(lián)網(wǎng)。

2.網(wǎng)絡的自組織

自組織的網(wǎng)絡是5G的重要技術，這就是網(wǎng)絡部署階段的自規(guī)劃和自配置;網(wǎng)絡維護階段的自優(yōu)化和自愈合。自配置即新增網(wǎng)絡節(jié)點的配置可實現(xiàn)即插即用，具有低成本、安裝簡易等優(yōu)點。自規(guī)劃的目的是動態(tài)進行網(wǎng)絡規(guī)劃并執(zhí)行，同時滿足系統(tǒng)的容量擴展、業(yè)務監(jiān)測或優(yōu)化結果等方面的需求。自愈合指系統(tǒng)能自動檢測問題、定位問題和排除故障，大大減少維護成本并避免對網(wǎng)絡質(zhì)量和用戶體驗的影響。

3.超密集異構網(wǎng)絡

5G網(wǎng)絡是一個超復雜的網(wǎng)絡，在2G時代，幾萬個基站就可以做全國的網(wǎng)絡覆蓋，但是到了4G中國的網(wǎng)絡超過500萬個。而5G需要做到每平方公里支持100萬個設備，這個網(wǎng)絡必須非常密集，需要大量的小基站來進行支撐。同樣一個網(wǎng)絡中，不同的終端需要不同的速率、功耗，也會使用不同的頻率，對于QoS的要求也不同。這樣的情況下，網(wǎng)絡很容易造成相互之間的干擾。5G網(wǎng)絡需要采用一系列措施來保障系統(tǒng)性能：不同業(yè)務在網(wǎng)絡中的實現(xiàn)、各種節(jié)點間的協(xié)調(diào)方案、網(wǎng)絡的選擇以及節(jié)能配置方法等。

4.內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡

在5G網(wǎng)絡中，會存在大量復雜業(yè)務，尤其是一些音頻、視頻業(yè)務大量出現(xiàn)，某些業(yè)務會出現(xiàn)瞬時爆炸性的增長，這會影響用戶的體驗與感受。這就需要對網(wǎng)絡進行改造，讓網(wǎng)絡適應內(nèi)容爆發(fā)性增長的需要。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中添加新的層次，即智能虛擬網(wǎng)絡。CDN系統(tǒng)綜合考慮各節(jié)點連接狀態(tài)、負載情況以及用戶距離等信息，通過將相關內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的CDN代理服務器上、實現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，使得網(wǎng)絡擁塞狀況得以緩解，縮短響應時間，提高響應速度。

3、全球5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2017年，全球5G移動通信時代腳步越來越近，各國政府紛將5G建設及應用發(fā)展視為國家重要目標，各技術陣營的5G電信營運商及設備業(yè)者亦蓄勢待發(fā)，5G市場戰(zhàn)火一觸即發(fā)。

2018年，美國運營商將在局部城市開始5G部署，Verizon將在28GHz的毫米波頻段開始針對固定無線接入場景的非3GPP標準的5G獨立組網(wǎng)部署，隨后將轉(zhuǎn)向3GPP標準的5G部署；而AT&T則宣稱將開始基于3GPP標準的5GNSA的商用部署。而韓國KT在2018年2月的平昌冬奧會上展示28GHz的，基于非3GPP標準的5G系統(tǒng)的應用，隨后也將轉(zhuǎn)向3GPP的5GNR的NSA部署。

1、中國

我國計劃于2018年完成IMT-2020標準的征集，預計2020年實現(xiàn)5G的商用。我國“十三五”期間，將重點推動形成全球統(tǒng)一的5G標準，基本完成5G芯片及終端、系統(tǒng)設備研發(fā)，推動5G支撐移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)應用融合創(chuàng)新發(fā)展，為2020年啟動5G商用奠定了產(chǎn)業(yè)基礎。

2、美國

早在2016年年中，美國政府就對5G網(wǎng)絡的無線電頻率進行了分配，計劃在2018年實現(xiàn)全面的商用。當時美國政府也向電信公司提供了資助，在四座城市進行5G的先期試驗。

2017年，美國運營商Verizon正式宣布將于2018年下半年在美國部分地區(qū)部署5G商用無線網(wǎng)和5G核心網(wǎng)。由設備商愛立信提供5G核心網(wǎng)、5G無線接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及和相關服務，這將加快基于3GPP標準的5G解決方案的商用。

3、日本

與韓國冬奧會相似，日本2020年東京奧運會以及殘奧會也成了日本發(fā)展5G的重要助力。為配合2020年東京奧運會和殘奧會的舉辦，日本各運營商將在東京都中心等部分地區(qū)啟動5G的商業(yè)利用，隨后逐漸擴大區(qū)域。

日本三大移動運營商NTTDoCoMo、KDDI和軟銀計劃將于2020年在一部分地區(qū)啟動5G服務，預計在2023年左右將5G的商業(yè)利用范圍擴大至日本全國，而總投資額或達5萬億日元之多。

4、歐盟

作為歐洲地區(qū)規(guī)模較大的區(qū)域性經(jīng)濟合作的國際組織，歐盟也不會允許自己在這場全球5G盛宴中缺席。

2017年7月初步協(xié)議的基礎上，歐盟不久前確立了5G發(fā)展路線圖，該路線圖列出了主要活動及其時間框架。通過路線圖，歐盟就協(xié)調(diào)5G頻譜的技術使用和目的以及向電信運營商分配的計劃達成了一致。歐盟電信委員會的成員國代表同意到2025年將在歐洲各城市推出5G的計劃。

5、韓國

相較于全球其他國家計劃在2020年實現(xiàn)5G商用化的目標，韓國似乎想更早一點開展實踐行動。在2017年4月，韓國第二大電信商韓國電信(KT)和愛立信以及其他技術合作伙伴宣布已經(jīng)就2017年進行5G試驗網(wǎng)的部署和優(yōu)化的步驟和細節(jié)達成共識，包括技術聯(lián)合開發(fā)計劃等。

2018平昌冬季奧運會，韓國實現(xiàn)了5G首秀，由韓國電信運營商KT聯(lián)手愛立信(基站設備等)、三星(終端設備等)、思科(數(shù)據(jù)設備等)、英特爾(芯片等)、高通(芯片等)等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)公司全程提供的5G網(wǎng)絡服務，成為5G全球首個大范圍的準商用服務。

4、5G在智能工廠的主要應用場景

1.物聯(lián)網(wǎng)

隨著工廠智能化轉(zhuǎn)型的推進，物聯(lián)網(wǎng)作為連接人、機器和設備的關鍵支撐技術正受到企業(yè)的高度關注。這種需求在推動物聯(lián)網(wǎng)應用落地的同時，也極大的刺激了5G技術的發(fā)展。面對復雜的工業(yè)互聯(lián)需求，5G技術需要適應不同的工業(yè)場景，能滿足物聯(lián)網(wǎng)的絕大部分連接需求。因此，5G與物聯(lián)網(wǎng)是相輔相成的關系，物聯(lián)網(wǎng)應用落地依賴于5G提供不同場景的無線連接方案，而5G技術標準的成熟也需要物聯(lián)網(wǎng)應用需求的刺激和推動。

2.工業(yè)自動化控制

自動化控制是制造工廠中最基礎的應用，核心是閉環(huán)控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的控制周期內(nèi)每個傳感器進行連續(xù)測量，測量數(shù)據(jù)傳輸給控制器以設定執(zhí)行器。典型的閉環(huán)控制過程周期低至ms級別，所以系統(tǒng)通信的時延需要達到ms級別甚至更低才能保證控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確控制，同時對可靠性也有極高的要求。如果在生產(chǎn)過程中由于時延過長，或者控制信息在數(shù)據(jù)傳送時發(fā)生錯誤可能導致生產(chǎn)停機，會造成巨大的財務損失。

5G可提供極低時延長、高可靠，海量連接的網(wǎng)絡，使得閉環(huán)控制應用通過無線網(wǎng)絡連接成為可能?；谌A為5G的實測能力：空口時延可到0.4ms,單小區(qū)下行速率達到20Gbps，小區(qū)最大可支持1000萬+連接數(shù)。由此可見，移動通信網(wǎng)絡中僅有5G網(wǎng)絡可滿足閉環(huán)控制對網(wǎng)絡的要求。

3.物流追蹤

在目前已成規(guī)模的機器對機器市場中，其應用將包括人員跟蹤和在途高價商品等。但（較）高連接成本限制了該市場的增長。預計5G將在深度覆蓋、低功耗和低成本（規(guī)模經(jīng)濟）以及作為3GPP標準技術方面提供額外優(yōu)勢。5G提供的改進將包括在廣泛產(chǎn)業(yè)中優(yōu)化物流，提升工人安全和提高資產(chǎn)定位與跟蹤的效率，從而最小化成本。它還將擴展能力以實現(xiàn)動態(tài)跟蹤更廣泛的在途商品。隨著在線購物增多，資產(chǎn)跟蹤將變得更加重要。

在物流方面，從倉庫管理到物流配送均需要廣覆蓋、深覆蓋、低功耗、大連接、低成本的連接技術。此外，虛擬工廠的端到端整合跨越產(chǎn)品的整個生命周期，要連接分布廣泛的已售出的商品，也需要低功耗、低成本和廣覆蓋的網(wǎng)絡，企業(yè)內(nèi)部或企業(yè)之間的橫向集成也需要無所不在的網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡能很好的滿足這類需求。

4.工業(yè)AR

在未來智能工廠生產(chǎn)過程中，人將發(fā)揮更重要的作用。然而由于未來工廠具有高度的靈活性和多功能性，這將對工廠車間工作人員有更高的要求。為快速滿足新任務和生產(chǎn)活動的需求，增強現(xiàn)實AR將發(fā)揮很關鍵作用，在智能制造過程中可用于如下場景：如：監(jiān)控流程和生產(chǎn)流程。生產(chǎn)任務分步指引，例如手動裝配過程指導；遠程專家業(yè)務支撐，例如遠程維護。

在這些應用中，輔助AR設施需要最大程度具備靈活性和輕便性，以便維護工作高效開展。因此需要將設備信息處理功能上移到云端，AR設備僅僅具備連接和顯示的功能，AR設備和云端通過無線網(wǎng)絡連接。AR設備將通過網(wǎng)絡實時獲取必要的信息（例如，生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設備數(shù)據(jù)、以及故障處理指導信息）。在這種場景下AR眼鏡的顯示內(nèi)容必須與AR設備中攝像頭的運動同步，以避免視覺范圍失步現(xiàn)象。通常從視覺移動到AR圖像反應時間低于20ms，則會有較好的同步性，所以要求從攝像頭傳送數(shù)據(jù)到云端到AR顯示內(nèi)容的云端回傳需要小于20mms，除去屏幕刷新和云端處理的時延，則需無線網(wǎng)絡的雙向傳輸時延在10ms內(nèi)才能滿足實時性體驗的需求。而該時延要求，LTE網(wǎng)絡無法滿足。

5.云化機器人

在智能制造生產(chǎn)場景中，需要機器人有自組織和協(xié)同的能力來滿足柔性生產(chǎn)，這就帶來了機器人對云化的需求。和傳統(tǒng)的機器人相比，云化機器人需要通過網(wǎng)絡連接到云端的控制中心，基于超高計算能力的平臺，并通過大數(shù)據(jù)和人工智能對生產(chǎn)制造過程進行實時運算控制。

通過云技術機器人將大量運算功能和數(shù)據(jù)存儲功能移到云端，這將大大降低機器人本身的硬件成本和功耗。并且為了滿足柔性制造的需求，機器人需要滿足可自由移動的要求。因此在機器人云化的過程中，需要無線通信網(wǎng)絡具備極低時延和高可靠的特征。

5G技術已經(jīng)成為支撐智能制造轉(zhuǎn)型的關鍵使能技術。5G技術可以利用三大場景將分布廣泛、零散的人、機器和設備全部連接起來，構建統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)絡。由于實時性和可靠性高，5G技術不但能應用于工業(yè)場景中，還能支撐起個人移動化互聯(lián)網(wǎng)應用。5G技術的發(fā)展可以幫助制造企業(yè)擺脫以往無線網(wǎng)絡技術較為混亂的應用狀態(tài)，這對于推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實施以及智能制造的深化轉(zhuǎn)型有著積極的意義。

5、5G推動智能工廠生產(chǎn)與管理變革

①助推柔性制造

5G利用其自身無可比擬的獨特優(yōu)勢，助力柔性化生產(chǎn)的大規(guī)模普及。

②工廠維護模式升級

5G帶來的不僅是萬物互聯(lián)，還有信息交互，使得味蕾智能工廠的維護工作突破工廠邊界。

③機器替代人做管理

5G使機器人成為中基層管理人員，通過信息計算和精確判斷，進行生產(chǎn)協(xié)調(diào)和生產(chǎn)決策。

④網(wǎng)絡資源按需分配

5G利用網(wǎng)絡切片技術保證按需分配網(wǎng)絡資源，以滿足不同制造場景下對網(wǎng)絡的要求。

5G時代的智能工廠將大幅改善勞動條件，減少生產(chǎn)線人工干預，提高生產(chǎn)過程可控性，最重要的是借助于信息化技術打通企業(yè)的各個流程，實現(xiàn)從設計、生產(chǎn)到銷售各個環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通，并在此基礎上實現(xiàn)資源的整合優(yōu)化，從而進一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

6、5G產(chǎn)業(yè)鏈布局與供應商分析

①基帶芯片產(chǎn)業(yè)鏈

在5G技術架構中，基帶芯片是用來合成即將發(fā)射的基帶信號，或?qū)邮盏降幕鶐盘栠M行解碼。具體地說，就是發(fā)射時，把音頻信號編譯成用來發(fā)射的基帶碼；接收時，把收到的基帶碼解譯為音頻信號。同時，也負責地址信息（手機號、網(wǎng)站地址）、文字信息（短訊文字、網(wǎng)站文字）、圖片信息的編譯?；鶐酒?G技術的核心支撐，實現(xiàn)了信號從發(fā)射編譯到接收解碼的全過程。

從基帶芯片出貨量看，2016年高通、聯(lián)發(fā)科、展訊、三星、Intel和海思位列全球手機基帶芯片市場前六位，占比分別為33.7%、29.7%、23.4%、4.7%、3%和2.1%。從技術上實力分析，高通、Intel、三星和海思比較強，占據(jù)了高端市場。

②無線通信模組產(chǎn)業(yè)鏈

無線通信模塊是連接物聯(lián)網(wǎng)感知層和網(wǎng)絡層的關鍵環(huán)節(jié)，屬于底層硬件環(huán)節(jié)，具備其不可替代性，無線模組按功能分為"通信模組"與"定位模組"。

目前，在無線通信模組領域，國外龍頭主要有Sierra、TelIT、U-blox等，無論是規(guī)模還是毛利率要遠高于國內(nèi)廠商。國內(nèi)第一梯隊公司有芯訊通、移遠通信、中興物聯(lián)、廣和通等，按出貨量算已經(jīng)可以和國外龍頭相媲美。但由于國內(nèi)競爭比較激烈，這些廠商的毛利率普遍低于國外。隨著品牌和規(guī)模效應進一步增強，產(chǎn)業(yè)很可能會形成“贏者通吃”的局面，產(chǎn)業(yè)集中度有望進一步提升。

③射頻芯片產(chǎn)業(yè)鏈

就是將無線電信號通信轉(zhuǎn)換成一定的無線電信號波形，并通過天線諧振發(fā)送出去的一個電子元器件。射頻芯片架構包括接收通道和發(fā)射通道兩大部分。

射頻前端芯片是移動智能終端產(chǎn)品的核心組成部分，追求低功耗、高性能、低成本是其技術升級的主要驅(qū)動力，也是芯片設計研發(fā)的主要方向。射頻前端芯片與處理器芯片不同，后者依靠不斷縮小制程實現(xiàn)技術升級，而作為模擬電路中應用于高頻領域的一個重要分支，射頻電路的技術升級主要依靠新設計、新工藝和新材料的結合。

④光模塊產(chǎn)業(yè)鏈

光模塊的作用就是光電轉(zhuǎn)換，發(fā)送端把電信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纖傳送后，接收端再把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光模塊由光電子器件、功能電路和光接口等組成。

光芯片是模塊中價值量最集中的環(huán)節(jié)，在光模塊中成本占比30%-50%，高端產(chǎn)品中占比甚至能夠達到50%-70%。目前，光芯片及上游材料競爭行業(yè)壁壘較高，高端芯片主要由美國等海外廠商壟斷，國外大廠占據(jù)高端光芯片90%以上市場份額，被美、日廠商壟斷;國內(nèi)光芯片廠商以10G及以下產(chǎn)品為主，核心技術能力亟待突破。目前國內(nèi)具有成熟光芯片制造能力的廠商主要有光迅科技、昂納科技、海信寬帶。

⑤系統(tǒng)集成產(chǎn)業(yè)鏈

面向應用場景的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)在于系統(tǒng)集成與應用服務，主要包括系統(tǒng)集成與行業(yè)解決方案、大數(shù)據(jù)應用、物聯(lián)網(wǎng)平臺解決方案、增值業(yè)務和行業(yè)應用等部分。

5G面向應用場景的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)在于系統(tǒng)集成與應用服務，主要包括系統(tǒng)集成與行業(yè)解決方案、大數(shù)據(jù)應用、物聯(lián)網(wǎng)平臺解決方案、增值業(yè)務和行業(yè)應用等部分。各環(huán)節(jié)的主流廠商包括系統(tǒng)平臺綜合集成的華為、中興通訊、烽火通信、新華三、星網(wǎng)銳捷；大數(shù)據(jù)應用的東方國信、天源迪科、拓爾思；物聯(lián)網(wǎng)平臺與解決方案的宜通世紀、高新興、拓邦股份；增值業(yè)務服務與平臺的北緯通信、拓維信息、四維圖新、夢網(wǎng)榮信等。