5G赋能工业互联网,高通规划布局5G的第三个标准

2020年11月27日，在2020年世界5G大会召开期间，以“5G与工业互联网融合发展的乘数效应”为主题的5G与工业互联网论坛正式举行。此次活动由广东省工业和信息化厅、中国信息通信研究院、工业互联网产业联盟联合主办，汇集来自工业互联网相关领域的学者、专家、业界人士，围绕5G与工业互联网融合发展的实践经验展开深入交流，并探讨了在新一轮科技和产业革命背景下工业互联网的发展方向。高通公司中国区研发负责人徐晧出席论坛，并发表了题为《创新驱动 共建5G赋能下的工业互联网新生态》的演讲，通过介绍5G特性在工业互联网场景中的使用，为与会嘉宾提供了5G赋能工业互联网实例的详细解读，诠释出高通对5G时代万物智能互联未来的构想。

高通公司中国区研发负责人徐晧发表演讲

以下为演讲实录：

今天我将围绕5G的技术特性在哪些方面可以应用于工业物联网这一主题展开演讲。

首先我们通过一个小视频，来看一个简单的工业物联网的用例。在一个小小的生产车间里，可以包含很多5G在工业互联网的应用场景。这些应用场景，能够分别映射到某一个5G的技术环节。具体来说，比如头显设备、安防摄像头，这些设备在当下对时延的要求并不是很高，在10毫秒到50毫秒之间的时延就可以支持它们的工作；但是他们对速率有较高的要求，因此在5G的解决方案中，我们可以用增强型移动宽带技术（eMBB）来解决这些问题。再如工业机器人，如果工业机器人需要实现完全自动化，可能需要1毫秒左右的低时延支持，同时还对可靠性（精度）提出了较高要求，需要达到99.9999%的可靠性，对应到5G技术的标准，则是超可靠低时延特性（URLLC）提供了技术支持。此外，比如传感器，一般来说传感器都是在低频率、低速率条件下工作，对时延的要求较低，这时海量物联网的技术特性就足以支持。同时也有一些技术需要两个不同技术特性共同支持，像大量自动引导运输车（AGV），既需要海量物联网，又需要有一定的低时延技术的支持；而手持终端则是在需要宽带连接技术的支持同时，还需要较高可靠性的支持。

5G可以从不同方向上给这些工业应用场景提供很好的技术支持。5G能够提供一个非常好的统一网络，为包括工业、电力、能源、制造在内很多领域的应用提供技术支持，但所有应用最后落到技术标准上，都是一些具体的技术解决方案。我们能够用一个5G统一网络架构来支持所有的垂直行业应用，包括工业互联网、农业、教育、远程通讯、远程医疗等，这是5G的突出优势。5G还具有可扩展性和可靠性，能够比较容易地扩展至其他领域，它的可靠性也可控制在不同的可靠级别。5G有一个与工业互联网非常相关的优势，那就是5G可以达到以太网需要的可靠性和低时延，能够取代有线连接。

另一方面，当前除5G之外，人工智能技术对工业制造也有很大影响，5G能够很好地提供终端侧处理和感应架构，为自动化机械的计算机视觉（CV）和人工智能（AI）系统提供支持。此外，我们还能打造一个云端、边缘、终端三位一体的架构，解决边缘服务问题并提供更好的数据隐私保护。上述这些都是5G对工业4.0时代的技术支持。那么，5G究竟有哪些具体技术会对工业互联网有用？第一，在企业有特殊要求的情况下，可以打造5G企业专网，专网会有专属网络ID、独立架构、对移动边缘计算的支持，以及无缝回落到公共网络的性能。在频谱方面，5G NR能够支持许可频谱、免许可频谱和共享频谱。此外，还能够支持超可靠低时延通信，时间敏感的网络和定位等。针对每一项用例，我们都有相应的技术解决方案。

首先，企业专网有两种架构：一种是通过现有网络来生成企业网络，另一种是专用的企业本地网络，具备专有资源，进行独立管理。这些特性为工业制造提供更好的安全性和优化的可能性。

在频谱方面有三种选择：一种是许可频谱，一种是免许可频谱，目前运营商使用的都是许可频谱，而Wi-Fi运用的频谱是免许可频谱。包括德国在内的一些国家和地区，有专门为工业互联网应用划分出来的频谱，我们称其为本地许可频谱，这也是第三种频谱方面的选择。

传统的工业制造是基于以太网或有线连接的，5G能够将其中有线连接的部分完全用无线连接取代。那么这个过程需要哪些技术支持呢？首先需要有5G和以太网之间适配的连接，此外其中的有线连接还需要通过核心网、5G的小基站和5G终端来取代。

刚才谈到的这一系列5G技术，比如超可靠低时延通信和时间敏感网络（TSN）等，都是为面向工业互联网的无线连接来做技术支持的。

我们在总部圣地亚哥做了一个实验，可以看到，即使在非常简单的实验的场景，也可以复现工业互联网的技术。我们安装了多个摄像头，建立了一个组装车间的传送带，这些摄像头能把零件的颜色快速地传到网络的服务器或通过边缘计算传到局部的服务器。

数据显示，当传送带快速运转的时候，在时间敏感网络辅助下，可以完全没有错误地分拣所有零件，但是没有时间敏感网络辅助的条件下，分拣就会出现问题。时间敏感网络首先要做到将物理层的时延减到最低，但仅降低物理层的时延仍然不够，网络上的时延也会造成影响。为了达到自动化，有两项技术十分重要：

第一，把所有的时间戳打到每一个传送包上，我们首先需要了解在网络传输中的时延，如果可以接受的，就能够做到时延上面的控制。第二，所有终端的时间必须同步，不能出现任何错误，例如摄像头和控制零件的机械臂必须完全同步，这样才能够做到完全的自动化控制。

另一个技术是多天线技术，我们在厂房里设置了multi-TRP协作多点（CoMP）。比如，可以在厂房的在四角都安装上天线，当有机器挡住了其中一个的时候，还有其他几条传输的渠道，可以对传输进行支持，通过这个实验已经证明了它对可靠性的保障。

下一个很重要的技术是5G的无线定位技术。众所周知，室内定位是目前卫星通讯技术的短板，卫星通讯技术在室内无法完成高精度定位。现有的室内高精度定位技术一般基于Wi-Fi技术、计算机视觉处理技术、5G技术的三种定位技术。而5G的精准定位能够达到何种水准？现在基于Rel-16标准下的定位精度存在3到10米的误差，但在我们实验中以及即将推出的Rel-17标准中，定位误差将会减小至厘米级。正如我们看到的，AGV小车在使用5G定位的情况下，能够在车间里自动移动到我们设定的每一个地点。

最后，我们也聚焦于智能无线边缘。现在人工智能已经成为了工业自动化中很重要的一部分，与5G技术之间有非常好的互动与相互支持，这能使工业自动化更上一台阶。

第一，我们可以通过5G的架构把边缘云和终端侧打造为统一的生态链；第二，在边缘云和终端侧之间，若我们拥有非常低的时延和高可靠性的连接，就能把运算有效地分布在终端侧和边缘云之间。

云服务、本地网络和终端侧三者之间有多种架构的支持，在云端有大数据分析，在边缘有边缘分析，同时还有很多不同程度的终端侧功能。

如今，在5G的第一和第二个标准已完成的情况下，高通公司正在规划布局5G的第三个标准，我们非常期待能和业界的合作伙伴共同推动5G标准向前演进，并在未来推动6G的研究进展，带来技术的进一步飞跃。

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