5g研究报告-PDF版

企业的技术发展速度能否支持其实现发展目标,年安永全球重塑行业未来调查报告重塑行业未来调查报告目录关于本报告,摘要,调查发现,新兴技术采用情况,可持续发展是当务之急,物联网,趋势和观点,企业,痛点与优先.

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目录目录 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。引言技术方案与关键器件典型应用场景产品化能力总结与展望主要贡献单位P1P2P16P24P26P27IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书1IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书引言5G/5G-A的快速发展催生各种新应用不断涌现，未来6G还将提供更加丰富的业务体验，仅具备光通信属性的承载网络已不能满足应用需求，通信、感知与算力等多系统的深度融合成为技术发展新趋势。光纤是光通信网络信息传输的关键介质，铺设区域和密集度快速增长，根据工信部统计，截至2023年6月底我国光缆线路总长度已达6196万公里。光纤除构建通信网络外，同时具备温度、应力、折射率、振动、磁场和电场等多参量的状态感知能力，将光纤传感与光通信相结合，可实现大规模、高密度的通感一体化光网络。同时，基于本地计算独立感知的传感系统已逐渐无法支撑各类新型应用对感知的极致需求，光通信网络具有高带宽、长距离、低时延和高可靠的数据传输能力，可有效辅助实现多节点协作感知，拓宽感知广度。另一方面，光通信网络也是算力基础设施的承载底座，海量感知数据可通过光通信网络传输至广泛分布的多级算力节点，结合人工智能等技术进行定制化特征抽取、深度计算、智能识别与信息融合，从而形成大带宽低时延通信、实时状态感知、按需调度算力的通感算一体化高效协同、互惠增强的光网络架构体系。光纤传感作为感知层核心技术，是实现通感算一体化光网络的基础与关键，逐步成为业界关注的焦点。本白皮书聚焦面向通感算一体化的光纤传感技术方案、核心器件、应用场景和产品化能力等基础共性问题开展研究，并针对性提出后续发展建议，推动面向通感算一体化光网络的光纤传感技术产业有序演进，支撑我国信息通信基础设施高质量发展。2IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书技术方案与关键器件2.1 技术原理（1）基于光纤散射基于光纤散射的传感技术利用光纤中散射光的物理特征，如振幅、相位、偏振、频率等进行分布式事件的感知。根据原理的不同，光纤散射可分为瑞利散射（弹性散射）、布里渊散射和拉曼散射（非弹性散射）。基于光纤瑞利散射的传感技术称为光时域反射（OTDR）。由于光纤局部密度和成分的随机起伏，光在传播时受到沿途光纤的瑞利散射系数、损耗特性等影响发生功率变化，因此可通过接收到的瑞利散射光功率来判断光纤的衰减特性，同时根据接收到散射光的时间来确定光纤损耗或断点位置，其系统结构如图1（A）所示。OTDR结构简单、技术成熟，但存在测量距离和空间分辨率之间的矛盾，需根据实际需求选择合适的脉宽进行取舍。目前OTDR商用产品已较为成熟，高精度、大动态范围方面仍在持续探索。除传统OTDR之外，还衍生出相位型OTDR（-OTDR）和偏振型OTDR（POTDR）。-OTDR使用超窄线宽激光器调制的脉冲光进行探测，利用瑞利散射光之间的多径干涉效应，通过解调散射信号的强度和相位实现分布式振动定位，其系统结构如图1（B）所示。-OTDR的灵敏度较高，能够监测微弱振动信号，还可解调准确恢复外界振动信号波形，但在实际应用中容易受到外界环境干扰，存在误报率高的问题，需结合模式识别等算法提升准确率。POTDR在光源后和接收端分别放置起偏器和检偏器，如图1（C）所示，利用光纤双折射效应引起的偏振变化获取外界对光纤链路的扰动，对温度、振动、应变、弯曲和扭转等变化均较为敏感。3IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书图1 基于瑞利散射原理的分布式传感系统结构示意图OTDR技术类似于脉冲激光雷达，其空间分辨率受限于激光器脉宽，较窄的脉宽可以提高光纤事件的空间分辨率，但同时降低了回波信号信噪比，限制检测距离。为解决上述矛盾，业界提出光频域反射（OFDR）技术，如图1（D）所示，将一束高相干的线性扫频光分为两路，一路作为探测光注入待测光纤，另一路为本地光，用于相干接收。利用光纤不同位置的背向瑞利散射光到达本地的时间不同，以及与本地光干涉形成射频信号的频率不同，可在频域上进行位置的区分。OFDR技术在光频域上对获得的拍频信号进行处理，其空间分辨率主要取决于调制信号的扫频范围，可达到厘米级甚至毫米级，因此更适用于高空间分辨率场景的应用。此外，系统的动态范围同时取决于空间分辨率和探测光的持续时间，可通过增加探测光时长来改善系统动态范围特性，从而同时获得高测量灵敏度和高空间分辨率。限制OFDR实现长距离和高空间分辨率测量的主要因素是激光器的线宽及扫频的非线性，需合理选择激光器及其调制方案。光纤中还存在包括拉曼散射和布里渊散射在内的非弹性散射，通过吸收或释放声子使散射光相对于入射光发生频移。基于布里渊散射原理的光纤传感（BOTDR）技术与传统OTDR结构相似，如图2（A）所示，不同之处在于接收端需滤出布里渊斯托克斯或反斯托克斯分量，再通过判断布里渊散射谱的频移来解调温度或应变等参量信息。BOTDR可在数十公里距离内分布式测量应变和温度，已取得广泛应用，但由于光纤中的自发布里渊散射（SpBS）效率较低，一般需使用相干探测将本振光与布里渊散射信号拍频实现信号放大，以提升空间分辨率和精度。此外，还可通过在光纤另一端打入与泵浦脉冲光对向传输且频率差位于布里渊增益谱内的连续探测光，以激发受激布里渊散射（SBS）提高信号4IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书除BOTDR和BOTDA外，还有结合布里渊散射和光学相关的布里渊光相关域分析（BOCDA）技术，对反向传播的泵浦光和探测光同步实施正弦频率调制，测量两束光干涉时沿光纤激发产生的周期性相关峰，其测量范围受限于相邻相关峰间隔，而其有效传感点数为传感距离与空间分辨率的比值，由光源的调制幅度决定。BOCDA的空间分辨率可达厘米甚至毫米量级，但针对分布式测量的扫描耗时较长，且周期性的相关峰导致传感距离受限，影响其工程实用。另一种非弹性散射为拉曼散射，基于拉曼散射的光纤分布式传感称为拉曼光时域反射（ROTDR）。拉曼散射光分为低频的斯托克斯光和高频的反斯托克斯光，其中反斯托克斯光的强度对温度非常敏感，而斯托克斯光强对温度不敏感，据此可以通过测量入射端监测散射回来的反斯托克斯与斯托克斯光的比值，实现光纤沿线的温度测量，其装置与BOTDR类似（如图3所示）。ROTDR的缺点是光纤的拉曼散射系数低，温度信息极易受到瑞利散射噪声、探测器噪声以及示波器或采集卡量化噪声的影响，因此对探测器和仪器有严格要求，通常需要大量平均来提高系统信噪比，测量时间较长。目前，ROTDR常结合光脉冲编码技术来提高检测精度和传感距离。强度，从而进一步拓展传感距离，称为布里渊时域分析（BOTDA），如图2（B）所示。BOTDA要求泵浦脉冲与探测光对向传输，在长距离传感中（100km）常使用单光源的环路结构，导致传感距离受限。BOTDA系统结构相对复杂，目前商用程度较低。图2 基于布里渊散射原理的分布式传感系统结构示意图5IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书（2）基于SOP监控在偏振复用相干光传输系统中，不同偏振方向的光场强度大小和相位差可以独立变化。基于偏振态的光纤传感（SOP）原理为外界扰动改变光纤的双折射，不同偏振分量在经过光纤传输后会各自经历不同的损耗、时延、色散、非线性等变化，改变各偏振信号之间的振幅比值和/或相位差，从而改变总偏振态。基于SOP监控的典型方案为偏振光时域反射（POTDR），可探测光纤沿线的温度、振动、应变、弯曲和扭转等变化。然而常规光纤POTDR易受多种环境参量的影响，区分不同因素对偏振态的影响是POTDR技术面临的重要问题。SOP监控适用于对相干信号传输的光纤链路进行监测，可针对线路振动、应力变化及外力损伤等进行实时监测和上报，目前主要应用于海底光缆和电力光缆。业界的研究热点是利用光收发器接收端的数字信号处理技术（DSP）分析相干信号传输后的偏振态变化（以及对相位、功率等的监测分析），进而对沿线的环境参量进行计算分析，监测其异常和变化趋势。该方案无需添加额外的传感设施，只需借助相干信号的传输和数字信号的分析处理，其监测距离不受限制，在不影响组网方案的情况下即可灵活监测光纤链路的环境参量，具有成本低廉、应用灵活、便于拓展和大规模应用等优势。（3）基于光学干涉光学干涉利用多路光进行干涉从而将相位信息转换为强度信息进行探测，具有较高的灵敏度。常用的光学干涉系统有马赫-泽德干涉仪（MZI）、迈克尔逊干涉仪（MI）、法布里-佩罗干涉仪（FPI）和萨格纳克干涉仪（SI）等。光学干涉仪包含传输本振信号的参考臂和传输测量信号的探测臂，完整的光学干涉传感系统由相干光源、传感单元、传感链路、光探测器和解调系统共同组成。基于光学图3 基于拉曼散射原理的分布式传感系统结构示意图6IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书2.2 技术难点随着光纤传感在众多应用场景中的深度应用，以及与通信、计算的交叉融合，其在超长距离传感、通信与传感信号串扰、事件模式识别、组网方案等方面呈现出新的技术难点与研究热点，业界正在积极探索相关解决方案。（1）超长传感距离输电线路、石油管道、通信光缆等动辄上百公里，延长传感距离是光纤传感可广泛应用的关键之表1 光纤传感技术原理干涉仪的光纤传感系统可以感知环境温度、压力、振动、应变、弯曲和扭转等参量变化，具有结构简单、灵敏度高、成本低等诸多优点。（4）基于光纤光栅光纤光栅是使用物理压制法、驻波法、光刻法、激光写入法等方式使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，等效于基于布拉格反射的窄带滤波器，也称光纤布拉格光栅（FBG）。通过解调反射波长的变化，光纤光栅可对温度、应变、折射率、浓度等环境参量进行传感，具有体积小、熔接损耗低、光纤兼容性好、可嵌入式功能扩展、可阵列组网等优点。表1对上述光纤传感技术原理进行了汇总。7IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书图4 基于ROPA的超长距传感系统（2）传感与通信信号低串扰通感一体化的实现，既可以利用运营商铺设的未承载业务的“暗光纤”进行传感，也可以在同一光纤中进行通信信号与传感信号的共传，以实现光纤资源充分利用。基于OTDR技术的传感系统通常采用高功率光脉冲，因交叉相位调制等非线性效应影响，传感信号与通信信号共纤传输时会对通信信号产生干扰，导致误码率增加。降低两种信号之间的串扰是实现通感一体化的难点与关键。降低串扰的常用解决方案有两种，如图5所示，当传感模块前置时，降低入纤峰值光功率；当传感模块后置时，降低一。常用的解决方案是光信号放大，包括基于拉曼光纤放大器（RFA）和远程泵浦放大器（ROPA）的放大技术。RFA具有噪声指数低、增益平坦等优势，包含一阶拉曼放大、二阶拉曼放大、三阶拉曼放大、混合分区放大、反向布里渊放大等机制。ROPA技术是掺饵光纤放大器（EDFA）与RFA的结合，由远程泵浦单元（RPU）和远程增益单元（RGU）共同构成。RGU放置于传输链路的适当位置，其增益介质为掺铒光纤，RPU发送泵浦光经光纤后注入RGU，RGU将信号光与泵浦光耦合实现对信号光的无中继放大。目前利用二阶拉曼放大实现的单端最长传感距离可达131km，利用ROPA技术单端最长传感距离可达208km。一种典型的采用ROPA技术的超长跨距分布式光纤传感监测系统如图4所示，系统实现了-OTDR/BOTDR融合监测的单端208km传感距离。8IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书降低传感脉冲峰值功率可显著降低通信与传感信号之间的相互干扰，但将导致传感信号信噪比降低、传感距离减小。基于啁啾脉冲的传感技术可解决该问题，啁啾脉冲是一种频率线性调制的光脉冲，在接收端经过匹配滤波后，啁啾脉冲强度分布呈很窄的sinc型函数，所获得的空间分辨率仅与频率扫描范围相关，可打破脉冲宽度与空间分辨率之间的对应关系。采用啁啾脉冲可以在降低脉冲峰值功率的条件下保证传感脉冲能量、提升传感信号信噪比，也可以通过增加频率扫描范围获得高空间分辨率，从而实现与通信信号共纤传输。（3）事件模式识别算法事件模式识别是指在检测出事件后，对事件发生类型的归类与判定。在不同应用场景中，事件识别的内容不尽相同，在光缆运维管理场景中，故障点识别的具体类型可包括光纤断纤、弯折衰耗或接头反射等；在油气管网监测场景中，事情识别可包括挖掘外破、油气泄露或清管操作等；在周界安防监测场景中，入侵类型判定可包括人员入侵、机械挖掘、车辆经过或其他干扰等。随着传感技术在各类场景中的深度应用，事件类型的归类与判定需求逐步细化，对事件识别的准确率、类型精细程度、事件识别通用性等提出挑战。例如在实际应用中，复杂的环境干扰和人为干扰可能产生系统误报，只有准确识别出事件类型、区分出有害入侵和无害干扰，才能及时有效产生报警，减少不必要的资源浪相同方向传感与通信信号的波长串扰。图5 传感模块在系统中的位置示意图9IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书随着人工智能、大数据分析技术的发展和算力的提升，深度学习快速发展。深度学习大大减少了对专家经验的依赖，支持从大数据中学习简单特征、并逐渐学习到更为复杂抽象的深层特征，从而自动提取特征信息，具有学习能力强、泛化能力好、可移植性好等优点，可实现对复杂事件的实时、高图6 传统机器学习模式识别分类算法费，并避免灾难性事故的发生。事件模式识别需要高效算法的支撑，根据是否需要人工提取信号特征，可将目前主流的事件识别模式分为机器学习和深度学习两类。机器学习以多域特征提取与识别模型探索为主，侧重于研究特定应用环境下几种目标事件的分类识别方法，包括时域的信号幅值、水平过零率、步态周期性特征等，频域的FFT谱能量分布特征等，空域的图像形态学特征等，时频域的短时傅里叶变换谱、小波/小波包能量谱、梅尔倒谱（MFCC）特征提取等。通过在不同维度进行特征提取，形成特征向量及多域特征综合判断，再结合人工神经网络（ANN）、高斯混合模型（GMM）、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）、相关向量机（RVM）、极端梯度提升（XG-Boost）等分类模型，实现事件类型的识别，如图6所示。机器学习具有模型机理相对清晰、复杂度低、识别实时性好等优点，但特征提取对专家经验和任务的特异性依赖度较高，更新速度较难与海量采样点的变化模式同步，存在场景通用性和泛化能力差、识别准确率偏低等问题。10IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书准确率类型识别。深度神经网络可通过误差反向传播自适应地学习出更具可分性的特征提取方法，具有自动提取信号隐藏的可区分特征和高识别效果的优势。相关算法包括卷积神经网络(CNN)、时间卷积网络(TCN)、长短期记忆(LSTM)、生成对抗网络(GAN)、深度强化学习（RL）等。深度学习应用于光纤传感，需要大量模式数据进行驱动，以及强大的算力支持以保证模型的实时性。目前，无论是基于特征驱动的机器学习还是基于数据驱动的深度学习，在光纤传感事件模式识别中均取得了很好的效果，已有深度学习模型的平均识别率可达95%以上。事件模式识别率的进一步提升需考虑以下三个方面，一是优化智能识别模型结构，需要研究泛化能力更强、运算效率更快、识别率更高的智能识别模型，包括深度学习、机器学习等；二是提升模式数据质量，即在基于通感算一体化光网络的光纤传感技术应用过程中，积累大量优质模式数据，反馈应用于智能识别模型结构优化；三是提升服务于模式识别的算力支撑，保障智能模型识别的实时性。基于通感算一体化光网络，可通过光通信网络和算力资源解决基于智能识别模型的实时计算问题，实现性能与成本的平衡。（4）组网技术方案通感算一体化光网络在系统层面的研究内容包括协同组网方案、系统接口、资源分配、管控和信号处理等。其中组网方案的有效设计是关键基础，一方面保证网络中传感和通信信号融合传输、互不干扰；另一方面协同光通信网络中的数字信号处理或算力资源来增强光纤传感的性能。目前，业内已经初步提出了若干通感算一体化的系统组网方案，如借用空闲的L波段以及OSC波段采用波分复用方式进行协同组网的分布式声学传感（DAS），如图7所示。由于DAS的传感距离通常为5060km，针对小于50km的短距离通信跨段，可采用反向传播组网方式，从解复用端注入传感脉冲，降低传感脉冲和通信信号之间的非线性效应；在长距离跨段中，可采用多个不同波长传输的DAS传感系统分别从两端进行探测，并在接收端通过光学滤波器滤除对向DAS传感脉冲，避免相互干扰。在协同计算方面，可在DAS传感节点部署边缘计算单元进行本地处理，数据压缩后再上传至云计算中心识别判定，以应对DAS传感系统海量原始数据对网络带宽的占用。11IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书图7 基于波分复用的传感通信协同组网方案（A）短距（B）长距香港理工大学研究团队于2023年提出一种可同时传输通信和传感信号的组网架构，该方案使用与通信信号同向传输的导频和来自接收侧的本地振荡器反向传输的连续波，使用发射端光纤干涉法进行振动传感，其可行性已在100km的60GBaud PM-16QAM光传输系统中得到验证。此外，基于光接入网架构，可根据网络段和传感应用之间的互连情况，设置合理的传感结构实现通感算一体化功能，例如在无源光网络的分路器后设置两路专用传感链路形成干涉仪，通过对分光器干涉信号进行解调实现干涉传感功能。在考虑技术可行性的同时，组网方案的设计还需综合兼顾系统代价、链路预算等多方因素。除了组网方案设计外，通感算一体化还需要在系统的统一管控层面进行设计，通过北向接口将设备管理的硬件与网管系统对接，实现感知和通信数据的上报。2.3 关键器件（1）激光器激光器用于向光纤内发射激光，形成特征性的反射光波，以及相干检测情形下分出参考光与信号光进行干涉混频输出，或用于系统内器件及光路的泵浦能量光，实现光放大或形成受激散射。激光器可作为种子光源，结合调制器、放大器等共同形成探测脉冲。-OTDR、COTDR技术的传感功能基于反射光干涉效应，要求光源具有窄线宽、频率和发射功率稳定等特性，窄线宽条件下干涉效果更好，对应系统的灵敏度更高；频率和发射功率稳定可保证反射光强参考的一致性，系统噪声更小。激光器中心波长通常选择为1550nm，为光纤的低损耗传输窗口。在BOTDR、BOTDA技术中，考虑布里渊散射增益谱的线宽一般大于30MHz，为不影响探测精度，激12IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书表2 窄线宽激光器典型参数对比（2）光调制器光调制器用于将激光器发射的连续光调制为脉冲光。对于光时域反射型传感，空间分辨率与调制的脉冲宽度呈线性关系，如长距离监测通常需要约10m的空间分辨率，对应脉冲宽度为100ns量级，短距离监测时可能需要小于1m的空间分辨率，典型脉冲宽度要求为10ns以下，脉冲宽度是光调制器的关键参数之一。光调制有直接调制和间接调制两种方式，直接调制通过改变激光器的驱动电流等参数实现输出光强度的变化，但激光器振荡状态不连续，产生的啁啾效应使得谱线展宽，从而导致传感能力下降。光光器线宽需远小于布里渊增益谱线宽，但激光器线宽过窄也会对系统引入额外的相位和偏振相干噪声，综合两方面因素，激光器线宽为kHz量级时系统具备较好的信噪比。同时，BOTDR、BOTDA也要求激光器具有良好的频率稳定性，避免引起布里渊频谱参考点的移动。综上，线宽和相位噪声是激光器的关键性能指标。线宽是激光器输出频谱的宽度，线宽越窄、激光器的频率稳定性越高，允许探测的距离越远，该指标与激光器腔长、温度、功率等密切相关。相位噪声描述激光相位随机起伏，与激光器的线宽成正比线性关系。相位噪声越小，激光器的线宽越小，相干性越强。除了影响激光线宽外，相位噪声会造成多径干涉，影响系统的信噪比。常用于光纤传感的窄线宽激光器主要包括光纤激光器、半导体激光器两类，典型参数对比如表2所示。中国通信标准化协会已提出“通信传感一体用窄线宽集成激光器组件”行业标准立项建议，将对相关参数进行详细规范。13IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书表3 光调制器典型参数对比表4 光放大器典型参数对比（3）光放大器光放大器在光纤传感中用于放大经过调制的光脉冲，并保持线宽、偏振、波形等性能，足够的输出光功率可提供充足的传感动态范围和探测距离。但光脉冲功率过大，光纤中会出现自相位调制等非线性效应，造成探测失真，因此输出光功率存在上限。常用于光纤传感的光放大器包含SOA和EDFA，典型参数对比如表4所示。SOA具有体积小、寿命长、波段宽等优点，支持O波段（12601360nm）、C波段（15301565nm）等多波段光放大，可用于光发射的功放、接收端前放和光开关等；EDFA具备放大增益高、偏振不相关、熔接损耗低等优点，工作波段为C波段（15301565nm），是光纤传感领域应用最广泛的放大器。纤传感应用中通常采用间接调制方式，按物理效应的不同又分为半导体光放大器（SOA）、声光调制（AOM）、电光调制（EOM）三种类型。其中，SOA的优点是可同时实现光脉冲的调制和放大，提供无损耗、高消光比和无偏振旋转的调制方案；AOM的优点是消光比高、温度稳定性和环境适用性好；EOM具有传输损耗低、调制带宽大、工作频率高等优点。三种间接调制方案的典型参数对比如表3所示。14IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书（5）光电探测器光电探测器用于将光信号转换为电信号，主要参数包括灵敏度、增益、带宽、响应度、共模抑制比、噪声特性、工作电压等。其中，灵敏度代表光电探测器对光信号的感知能力，雪崩光电二极管（APD）相对于普通光电二极管（PD）灵敏度更高，在探测极微弱光时，如基于拉曼散射光的ROTDR系统，通常需要采用APD进行光电探测。带宽指探测器可感应信号的频率范围，带宽越大，光电探测器的信号输出能力越强。在光纤分布式振动传感（DVS）/DAS系统中，探测器带宽是影响系统空间分辨率的重要指标。响应度为输出电信号电流大小与输入光信号功率大小之比。共模抑制比是衡量平衡探测器抑制共模干扰能力的重要指标，定义为平衡探测器对共模信号的抑制能力与其对差分信号的增益之比，共模抑制比越高、抗干扰能力越强。光纤传感常用的光电探测器包括PD、APD、平衡光电探测器（BPD），典型参数对比见表6。（4）光纤滤波器光纤滤波器用于选择性地传递或抑制某些波长区域的光信号，关键性能指标包含中心波长、带宽、隔离度、插损、温度稳定性、波长偏移、反射率等。光纤传感中多采用窄带光纤滤波器，主要包括光纤布拉格光栅型和介质膜（BPF）型等，典型参数对比如表5所示。表5 窄带光纤滤波器典型参数对比15IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书（6）特种光纤应用于光纤传感的特种光纤包括抗弯曲光纤、保偏光纤、耐高温光纤、抗辐射光纤、旋转光纤、瑞利散射增强光纤和光纤光栅等。抗弯曲光纤弯曲损耗低、机械强度高，适合小尺寸振动环绕制，应用于光纤水听器等场景。保偏光纤可提高相干信噪比，应用于光纤陀螺等。耐高温光纤耐受温度高达300，抗辐射光纤可减小材料辐致衰减、满足辐照环境下的传感需求，可应用于分布式光纤测温系统。旋转光纤具有圆偏振保持和抗环境干扰能力，可应用于基于法拉第磁光效应的光纤电流互感器等。瑞利散射增强光纤通过掺杂及浓度控制提高光纤的瑞利散射，可应用于基于瑞利散射的分布式传感系统。光纤光栅种类繁多，可按不同光学波段和工作温度、周期是否均匀、是否具有特异敏感性等进行分类，单根光纤最多可制作数万个光栅，光栅间距可灵活调整，光栅间无需焊接、无接点损耗，可实现厘米级高精度感知、米级空间定位和公里级长度覆盖。表6 光电探测器典型参数对比16IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书3.1 光缆运维管理随着业务需求的增长，算网一体与云网融合承载网络加速构建，推动光缆铺设区域和密集度快速增长。光缆具有纤芯多、分布广、路由繁杂、可维护性差等特点，是光网络中具有无源特性的“哑”资源，其运维管理存在诸多困难，如监测工作量大（光缆资源日益增多，运维人员相对较少、以人工定期巡检为主）、故障定位误差大（现网光缆施工复杂，布放弯曲、架空和预留情况普遍，通过回波曲线进行故障定位存在较大误差，影响运维和检修）、性能监控不完善（只掌握衰耗、断点信息，无法对光缆温度、应变等进行周期性监控）、路由难以查找（实际维护中存在光缆线路维修和改造等，导致物理网络和逻辑网络存在偏差）、无法实现主动运维和完整生命周期监控（光缆资源劣化通常为渐变过程，传统运维手段时效性较差，且存在数据统计断档或无法有效统计等情况）等问题。根据相关统计，85%以上网络不可用事件均由光缆故障造成，对经济社会生活造成了较大损失。通感算一体化光网络或有望解决上述难题，基于光纤传感技术可实现光缆应力应变、温度、偏振态和振动等物理参量的精准检测，结合智能算法和大数据技术可进行光缆状态的实时、低成本采集，化被动巡检为主动感知，提高运维管理效率和灵活性，实现数字化、智能化监测运维。典型应用如下：（1）光缆故障监测预警光缆在施工、服役过程中，由于技术和环境影响难免存在不良扭转、物理损坏等情况，需进行故障状态监测及预警。早期，ITU-T针对类似需求制定了G.983.5、G.984.1标准，但以冗余备份和保护切换方案为主，未对光网络故障的识别定位进行规定。ITU-T L系列标准开始使用OTDR进行PONs故障监测，ITU L.66（2007）标准预留了U波段（1625-1675 nm）用于维护；ITU-T L.316（2022）规范了基于光传感技术的光缆网络建设和维护用的光缆识别，增强了光缆资源物理层维护机制。当前阶段，通过通感算一体化技术，可助力光网络在不干扰现网业务的前提下，实现光缆链路劣化和故障监测。光缆故障监测包括故障类型识别、光缆故障定位和光缆故障预测等，也可对光缆本身质量变化进行周期性多维度监测，获取光缆衰耗、应变、温度等参数，结合相关算法建立分析模型，通过设置参考曲线和阈值，对超过阈值的位置点、光缆断点等进行判决预警。（2）光缆路由检测与资源可视化尽管光网络有逻辑链路主备路径保护措施，但若主备路径处于同一物理光缆，断纤事故造成的业典型应用场景17IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书（3）光缆寿命监测预警影响光缆寿命的因素较多，如铺设光缆时残留的应力长期作用、光纤表面微裂纹的存在和扩大、大气环境中水和水蒸气分子对光纤表面的浸蚀等。例如，当光缆持续受到应力影响并达到一定值时，会对光缆的衰耗等性能、以及光缆寿命造成影响。光缆寿命评估目前仍在逐步研究完善的过程中，可根据微裂纹理论和光缆寿命计算模型，监测光缆的应变和衰耗等参数，并计算出光缆的预估寿命，示例如图9所示。普通光缆的设计寿命通常为20年，当预估寿命较低（如小于5年）时需开展重点监测，必要时考虑重建。务中断风险将大幅增加。基于光纤传感的“同路由检测”技术可实现光缆管线信息和业务路由信息的融合管理。通过对强度、偏振态等特征参数进行大数据采集，构建光层数字化模型，例如光缆的熔接位置、温度、风力、以及附近施工或车辆经过引发的振动等外界环境变化，从而可自动识别任意两条业务路由是否全部或部分同缆，如图8所示。试点表明，光缆“同路由检测”AI算法的准确率高达90%，且检测过程对业务性能无影响。“同路由检测”技术进一步结合地理信息系统（GIS），可绘制出光缆资源的电子地图，实现光缆资源可视化管理。图8 光缆路由检测示意18IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书3.2 油气管网监测我国拥有庞大的油气管网，根据国家能源局数据，到2025年全国油气管网规模将达到21万公里。油气管网具有跨度长、地理地质环境复杂、多处于野外无人监管区域等特点，传统监测方法较难满足油气管道的安全监测需求。基于光纤传感技术，利用油气管道同沟铺设的通信光缆，配合智能分析算法，可实现长距离、高空间分辨率、多参数测量的长输管道实时监测。（1）防挖掘外破监测预警DVS/DAS、光纤光栅阵列等技术可对管道周围振动进行分布式监测。其中，DVS/DAS方案可采用随管道敷设的通信光缆作为传感单元，光纤光栅阵列技术可在管道沿线敷设光栅阵列光缆作为传感单元，两种方案均可在油气管道中间阀室单端安装监测设备，无需在被监测线路上安装额外辅助单元。当长输管道周边发生挖掘外破等异常扰动时，振动通过土壤或管道本体传播至光缆，监测设备解调后可获取实时振动信息，再通过数据处理对振动事件进行模式识别，达到管道监测预警的目的。（2）泄露监测预警当长输管道因外部破坏或管道腐蚀而发生泄露时，其管道内部物质会流到管道周围的介质中，改变周围介质的物理属性，若管道压力大、泄露流速高，会引起管道本体或周围介质的振动。因此，可采用光纤传感对管道的伴随光缆进行温度、振动等参数的监测，从监测数据中提取管道泄露特征，实现长输管道的泄露监测和定位识别。此外，还可以利用基于海底光缆的DAS传感技术，通过探测海底管道输送油气资源产生的海底表面波，对海底管道进行流量监测与泄露预警。图9 光缆质量评分以及寿命预测示例19IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书（3）清管器追踪长输管道运行一段时间后，管道内壁会结腊（油管）或锈蚀（气管），为保障管道的安全运行并提升输运效率，需对管道进行内检测，在内检测之前需对管道内壁采用不同类型的清管器进行清理，清管器运行时若产生卡堵将严重影响管道运行安全和效率，因此需对清管器进行实时跟踪定位。因管道结构特点，清管器在管道内运行时易在管道内形成规律的负压波传播，可采用分布式光纤传感技术进行监测，通过识别振动信号特征达到清管器实时米级追踪定位的目的。（4）管体结构健康监测长输管道在长期运行过程中易受外部人为或自然环境的影响而发生结构破坏，导致难以安全稳定运行。针对长输管道管体结构健康监测，可采用分布式光纤传感设备对随管道敷设的光缆进行应变监测，当管道受外部因素影响发生形变时，可根据监测结果进行管道结构健康评估。3.3 电力线路监测从“十五”期间启动“西电东送”工程开始，我国电力网络高速发展，输电线路逐步形成北、中、南三大通道，电网规模和输送容量位居全球首位。输电线路的稳定运行易受恶劣天气如大风、雷暴、冰雪灾害等环境因素的影响，传统监测预警方案主要依靠人工巡检、电子点式传感器等方法，存在劳动强度大、成本高、安装维护难度大和大面积覆盖困难等问题。光纤传感技术可实现对沿线多种参量的长距离、实时在线监测，相比传统方法具有响应速度快、抗干扰性强、可靠性高和重量轻可微型化等优点。（1）架空线路监测我国110kV电压等级以上的输电线路基本架设了光纤复合架空地线（OPGW），部分线路采用了光纤复合相线（OPPC），架空线路监测可采用OPGW或OPPC内的冗余纤芯作为传感单元，通过对光纤衰减、温度、应变、振动和偏振态等进行实时监测，结合架空线的结构力学、材料以及GIS地理信息等，对发生在架空线路上的冰害、风害、雷击、断股、山火等事件和严重程度进行识别定位，实时反馈架空线弧垂、舞动、微风振动、风速等状态。图10为国家电网某线路基于光迅科技站内分布式光纤传感监测系统进行的覆冰在线监测试点，可实现OPGW光缆逐档距的覆冰厚度连续实时监测。20IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书基于站内分布式光纤传感监测系统，可实现OPGW光缆全线逐档距的风速在线测量，为大风区线路状态监测和运维提供参考信息。图11为使用模型初步分析了某地变电站试点取得的少量样本数据，成功捕捉到一次十二级大风过程，与天气预报一致。（A）OPGW光缆覆冰段落杆塔定位图（局部）（B）覆冰监测结果图10 覆冰在线监测（A）被监测OPGW光缆地图信息21IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书（2）地埋线路监测部分电力线路为地埋电缆，在运行过程中易受到施工等影响造成输电事故，现有监测技术多为人工巡检、摄像头监控等分立式技术手段，存在监测盲区、实时性差、运维难度大等不足。采用分布式光纤传感技术，基于已有机器学习算法，可实现对沿线上方人工作业、机械施工等振动事件进行实时、分布式监测。图12展示了郑州市某地埋线路监测到的机械施工结果，对于持续作业事件的检测率可达95%以上。未来，结合通感算一体化光网络提供算力保障，引入深度学习模型优化复杂类型模式识别，可扩展精细类型识别、提高预警性能，保障电力输运稳定运行。（B）不同时刻风速分布（C）各档随时间变化图11 风速在线监测图12 地埋线路监测测22IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书3.4 地质环境和火灾监测预警基于光纤传感技术和我国广泛覆盖光通信网络，可构建一张包含平原、山川、河流、海洋的地质环境监测预警网。通过对光学信号的分析和振动等参数检测，一方面可实时监测地质环境中的异常变化，提供地震、滑坡、泥石流等早期预警和风险评估，以便采取适当防护措施；另一方面，可实时获取地质参数的变化情况，如地壳位移、水位变化、岩土结构变形等，辅助评估结构的安全性与稳定性。基于光纤传感技术的地质环境监测具有较高的抗干扰能力、耐久性和长期稳定性，部分试点和实验已取得较好效果。2021年，加利福尼亚理工学院联合谷歌完成了基于通信信号SOP的海底监测，成功感知到多个海底中大型地震，与相近震中的陆上地震台站记录具有较好的一致性，系统示意如图13所示。光偏振状态可用两个相互独立的斯托克斯参数来表示，并在Poincar球上直观显示。当光纤没有受到扰动时，光纤输入端和输出端光信号偏振状态稳定；当光纤受外部扰动影响时，输出端光信号偏振状态随时间变化。火灾是威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一，我国每年因火灾造成的直接财产损失高达几图13 基于通信海缆的光学偏振态检测对海底地震和海啸的传感方案示意图23IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书十亿元，且有逐年上升趋势。基于光纤传感技术的火灾监测系统是近年来发展起来的新兴火灾监测方案，相对于传统方案具有灵敏度高、准确性高、检测精度高、稳定性好、响应快、抗干扰性强、可线型分布式敷设等优点，尤其适合隧道、城市综合管廊、油罐、煤矿、核电站等场景。火灾监测应用中的光纤传感主要包括分布式光纤测温和光纤光栅测温两种技术方案，近年来还出现了融合分立式光纤传感和分布式光纤传感技术两者优点的光栅阵列方案，可同时实现温度监测预警和定位功能。3.5 周界安防监测社会经济的高速发展对核电站、铁路沿线、危化品仓库、军事基地、政府办公区域、重要基建设施、大型网络节点等重要战略区域提出了更高安防要求，为有效杜绝关键区域越界入侵，周界防护正从物防人防向技防转变。基于光纤传感的周界安防系统可以有效克服传统安防系统存在盲区、性能劣化、误报率高、易遭受雷击等缺点，具有监测距离长、无电磁辐射、抗干扰能力强、可靠性高、运营成本低等优点。周界安防光纤传感技术主要包括光纤光栅型、散射型和干涉型等方案，可实时监测周界区域的光学信号变化，结合计算机视觉和机器学习算法可分析识别人员或车辆的异常行为，如闯入、停留、奔跑等，通过比对与正常行为模式的差异，判断是否存在潜在威胁，并及时采取应对措施。光纤传感技术还可以收集大量的周界监测数据，通过高级算法进行数据分析和模式识别，自动学习优化，提供更准确的安全威胁评估，提高安防响应效率和准确率。3.6 海缆监测预警面向通感算一体化的光纤传感技术的重要载体之一是海缆，其典型应用场景除前文提及的地质环境等监测外，还包括对海底电缆、光缆及相关基础设施的有效监测，如海底拖网活动、轮船锚定、疏浚活动、涡激振动、电气故障、局部放电等的监测和预警。基于DAS的光纤传感可用于海底高压直流电缆局部放电的在线监测，提供故障位置的定位，采用两端探测的方法可以监测超过300公里的电缆。其原理是高压电缆在局部放电时释放的部分电能可以转化为声能，产生的声波取决于周围材料的空隙放电，主要为超声波频率，少数情况下也发射更低频率的声波。虽然局部放电效应很少发生，但可以在故障发生时显著加快维修速度并减少收入损失。海底拖网检测是海缆监测预警的另一个重要应用场景。当拖网扫过海底时，拖网与海底的摩擦碰撞会激发声波并传播，导致海底光缆产生应变张力，通过海缆敷设的光纤传感系统可探测海缆的应变，其检测范围通常在沿电缆数公里的范围内。图14展示了在某捕鱼区距海岸55-60公里处的电缆位置24IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书进行拖网活动记录的数据图。海底拖网在距离电缆2公里附近的范围内开始被记录，实时处理软件通过使用光缆作为相干DAS天线，提供了拖网活动的连续定位和跟踪。当拖网渔船接近电缆时，该软件会向电信运营商发出警告，船舶识别和紧急通信可以通过其他相关数据协同进行。图14 海底拖网监测系统示意图4.1 传感设备国内外厂商积极开展光纤传感设备研发，典型设备的产品化能力如表7所示。目前，设备产品主要集中在技术发展较成熟的OTDR、DTSS、DAS和DTS等，国内外厂商均具备批量或小批量生产能力，其中DAS和DTS传感设备的供应商数量众多；COTDR、POTDR、BOCDA等较复杂的分布式光纤传感系统以小批量或研发阶段为主，整体商用化程度相对较低。产品化能力25IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书表7 典型光纤传感设备产品化能力表8 核心光电器件产品化能力4.2 光电器件通感算一体化光纤传感技术涉及的核心光电器件产业发展相对成熟，各器件的产品化能力如表8所示。在激光器、调制器、探测器等关键光电器件方面，众多国际厂商均具备批量化生产能力。国内光电器件厂商起步相对较晚，但发展迅速，供应商数量众多，基本实现批量化或小批量生产能力。26IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书通信、感知和计算多系统深度融合成为技术发展新趋势，助力信息基础设施向智能化、数字化迈进。通感算一体化光网络目前已进入热点探索阶段，光纤传感技术是实现通感算一体化光网络的基础与关键，为有效解决存在的问题和挑战，业界各方需从关键技术研究、核心器件攻关、标准体系建设、多领域融合、海量数据安全等方面协同推进。一是随着光纤传感与通信、计算深度融合，通感算一体的光网络呈现出一系列新的技术难点，需从硬件平台、智能算法、组网方案等多维度探索解决方案。二是通过新材料、新设计、新工艺等研发创新，实现核心芯片器件攻关突破，提升传感性能、降低部署成本。三是光纤传感的种类和应用场景繁多，功能性能要求不尽相同，目前仅光纤光缆和个别器件有相关标准在研，标准化体系需进一步完善，以推动其在光网络中的规范化、规模化应用。四是考虑与其他传感技术融合，通过将多种传感器的数据进行综合分析，提高监测性能和风险预判能力。五是探索完善海量传感数据在网络间传输、计算和共享的安全机制。5G承载工作组将继续与业界加强合作、聚焦共识，推动光纤传感和通感算一体化光网络的技术研究、标准制定、测试评估与应用推动等相关工作，促进技术产业健康有序演进，支撑我国信息通信基础设施高质量发展。总结与展望27IMT-2020(5G)推进组面向通感算一体化光网络的光纤传感技术白皮书主要贡献单位

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5G-A通信感知融合旨在基于移动通信基础设施使能感知服务，实现面向通感行业的一网多能。本研究报告针对通信感知融合的四大典型应用场景，包括智慧交通、智慧低空、智慧生活和智慧网络场景中的二十四大典型应用案例，分析了基于通信基础设施使能感知业务的潜能，以及对应场景下的感知业务性能指标要求。面向智慧交通、智慧低空、智慧生活场景，基于移动通信网络进行位置、速度、角度等信息探测感知，提供低成本、高精度、无缝泛在的感知服务。面向智慧网络场景，基于感知信息辅助基站或终端波束管理、信道估计、能耗节省、资源调度与优化等，提升通信系统性能。通过通感融合应用场景的研究分析，将进一步挖掘5G移动通信网络的核心价值，带动发挥移动通信系统作为重要基础设施向感知领域延伸的技术优势，有效推进通信感知融合技术研究与应用产业的发展。研究报告要点目录目录 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。概述智慧交通场景通感融合需求分析智慧低空场景通感融合需求分析智慧生活场景通感融合需求分析智慧网络场景通感融合需求分析标准化影响总结与建议参考文献附录缩略语主要贡献单位P1P2P17P25P45P50P55P55P58P63P64I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)1I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)概述随着移动通信技术的飞速发展，移动通信系统从2G一直演变到5G，空口传输能力不断加强，使能的业务也向垂直行业不断延伸。如今5G已全球规模商用，5G发展将进入新的分水岭。2021年4月27日，3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）在第46次PCG（Project Cooperation Group，项目合作组）会议上正式将5G演进的名称确定为5G-Advanced（5G-A），标志着全球5G技术和标准发展进入新阶段。除了5G原有的移动带宽增强、超高可靠低时延、海量机器类通信的“三角能力”外，5G-A将向垂直行业更深领域扩展，加强智能维领域探索，从支撑万物互联到使能万物智联，为社会发展、行业升级创造价值。而感知服务将是实现未来5G-A智能网络升级、扩展行业应用的一个重要支撑能力，通信与感知融合成为5G-A一个重要演进方向。通常，感知系统与通信系统具备不同的功能，二者独立存在。感知系统主要是获取周围环境或者物体的信息，从而实现定位以及追踪等目的。传统的感知技术主要是依赖于无线电波、雷达、红外线以及传感器等，例如，雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。目前，雷达技术已经得到了广泛应用，比如机载、舰载、基地雷达等对目标进行检测和成像。而通信系统主要是借助电磁波在自由空间的传播，保证通信数据的传递。通信感知融合基于软硬件资源以及频谱资源共存/共享在一张网上同时实现无线感知与无线通信功能。在5G-A阶段，通感融合旨在利用移动通信基础设施使能感知服务，实现一网多能，充分发挥移动网络优势满足不同场景下的感知性能要求，同时借助感知服务可以为通信性能带来一定提升。一方面，借助于通信系统实现感知维度的测量、降低感知硬件部署成本、发挥无缝覆盖网络优势有效扩展感知范围；另一方面，基于对无线通信信道环境的感知、识别与预测进一步创新无线通信资源管理、提升无线通信系统的性能。未来通信感知融合技术应用场景较为广泛，可应用于大部分广域和局域场景，满足其通信和感知的双重需求，如智慧交通、智慧低空、智慧生活、智慧网络等。通信感知融合将开启超越传统移动网络联接的应用大门。为了使通信和感知高效共存，实现高性能的感知能力，产业需要共同推动通感融合技术研究、共同定义标准感知功能与接口、加强试验研发验证基于通信网络的感知应用能力。在后续章节中，本报告将主要研究分析典型场景下的通感融合应用需求，通过探讨利用移动通信系统作为关键基础设施向感知领域延伸的能力与优势，进一步挖掘5G技术的核心价值，推进通信感知融合技术研究与应用产业发展，为社会发展和行业升级创造无限可能。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)2智慧交通场景通感融合需求分析随着交通领域联网化、数字化、智能化、云化的趋势，通过汇集道路、车、人的信息来组成城市交通管理和优化的基础，支撑多种交通业务，是智慧交通的重要组成部分。无人化与自主化是智慧交通的主要特征，智慧交通在交通领域中充分运用物联网、云计算等技术，对交通管理、交通运输、公众出行等领域全方面进行管控支撑，使交通系统在区域、城市甚至更大的时空范围具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，以充分保障交通安全、发挥交通基础设施效能、提升交通系统运行效率和管理水平。为了完整呈现实时高速路交通状态，及时准确的发现拥堵、事故、道路异常等交通事件，需要在城市路口和关键路段采集视频和多种路侧传感器信息。此外，车路协同是智能交通系统的重要发展方向，需要连接海量交通终端设备，实现视频、雷达等多种交通终端设备的数据采集和数据分析，高效感知路、车、人的实时状态。但当前感知设施部署还面临频谱资源紧缺、性能提升、部署成本高等众多挑战。本章节主要列举了智慧交通领域里面比较典型的通感融合场景以及商业价值，5G网络提供感知能力，一方面实现道路的全方位感知，同时简化路侧设施部署，将加速智慧交通的发展。2.1 应用案例1：高精地图构建2.1.1 案例描述自动驾驶集感知、决策和控制等功能于一体，是智慧交通场景的重要组成部分。人类驾驶是通过眼睛、耳朵等器官去感知车身周边环境，凭借道路记忆或传统导航地图，依靠驾驶经验及技巧保证汽车安全行驶并到达目的地。自动驾驶系统用传感器替代了人类感官，用地图替换了人的道路记忆，而高精地图是实现高阶自动驾驶的核心，能够为自动驾驶汽车提供车道级导航服务。目前，L3级别以上的自动驾驶系统中，高精地图已成为必不可少的组成部分。其不仅包含了更加丰富、精确的车道级信息，同时实现了路况内容的实时更新。通常情况下，高精地图包括道路属性（车道数、施工状态等）、交通设施（交通信号灯、斑马线、停止线等等）、车道模型（车道线、曲率/坡度、中心线、车道属性变化等）等信息，高精地图依赖于从激光雷达扫描、移动摄像头、连接传感器和GPS（Global Positioning System，全球定位系统）设备收集信息，通过不间断地对地图信息进行采集，从而保证地图数据始终处于最新状态。但是激光雷达在恶劣天气下效果较差，比如大雾、大雨或大范围的尘土。当前方大车遮挡导致探测死角，摄像头无法探测前方红绿灯。自动驾驶汽车行驶的过程中，由于需要3I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)图1 动态高精地图构建示意图车辆对自身位置进行实时定位，因此对高精地图提出更高的精度要求，此外考虑到实际路况信息的复杂性，比如某些时刻自身车辆与旁边车道只有几十厘米距离的情况下，也需要有高精地图作为参考。基于通信与感知融合技术，使用新一代无线网络的无线通信信号，可以在基站侧或者端侧实现低成本、低开销的环境感知能力，将最大数量的环境信息整合到新一代无线网络中，实现超分辨成像、透视和夜视。如图1所示，一方面，利用通信感知融合基站或者多站协同可以实现对道路环境的感知，即针对区域的感知，利用基站的高视角，扩大感知范围，弥补车载传感器在恶劣环境下的感知缺陷和遮挡盲区，有效实现宏观道路匹配、车辆自定位和全局环境感知，为自动驾驶汽车安全运行提供超视距辅助。另一方面，高清地图构建可包含端侧实时环境感知信息的测量反馈，并同时用于ADAS（Advanced Driving Assistance System,高级驾驶辅助系统）以提高驾驶的舒适性和安全性。基于通信与感知融合技术，车载设备利用无线通信信号获取感知数据，并将感知结果发送到网络侧提供给高精地图服务商以及ADAS。车辆行驶时，车载设备发送感知信号，并基于其他车辆的反射信号，感知其他车辆的距离和速度，将相关感知数据发送到网络侧和ADAS。在停车场使用自动或辅助泊车功能时，车辆发送感知信号，并基于停车位附近的物体（例如汽车、立柱）的反射信号，感知其他物体的距离和位置，将相关感知数据发送到网络侧和ADAS。注：本文中所有图均为示意图，仅针对通感融合某种工作模式举例示意I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)4表1 智慧交通高清地图构建感知业务指标需求2.1.2 业务需求参考5GAA（5G Automotive Association，5G汽车联盟）给出的高精地图场景需求1，给出了感知数据传输速率和感知时延需求。高清地图对于信息实时性、准确率、连续性具有很高要求，因此刷新率、传输速率、时延要求高。由于地图主要是针对室外道路公共区域，不涉及安全隐私风险。此外，考虑到公路场景下，主要是包括汽车、摩托车、行人等移动物体，针对这些移动物体的尺寸、形状、移动速度、安全距离、路宽等给出了速度范围、距离分辨率、速度分辨率、距离精度、角度精度、速度精度。例如，小车长度、宽度、高度分别为4m、1.7m、1.5m，高速单车道宽度为3.75m，限速120km/h，速度超过100km/h的安全距离为100m，速度低于100km/h的安全距离为50m，当然还需考虑堵车等低速密集场景时车间距只在5-10m时，对感知分辨率和精度的提出了更高要求。综上考虑，给出了下述感知业务指标需求。注：根据感知服务等级不同、应用场景不同，对指标需求不同，例如低感知服务等级对感知数据刷新率要求为20Hz，高感知服务等级对感知数据刷新率要求为30Hz。5I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)2.2 应用案例2：道路监管2.2.1 案例描述智慧高速作为新型交通基础设施建设的核心场景之一，集成应用5G、物联网、大数据、人工智能等新兴技术，推进高速公路传统基础设施系统升级迭代，是推动交通领域绿色、智能转型的基础。当前，高速公路建设开始由高速增长阶段转向高质量发展阶段，在转型发展的过程中存在智慧管控手段不足的痛点。本案例主要从车辆信息统计和行人入侵高速检测两个子场景来展开描述。一、车辆信息统计智能交通系统中，车辆信息统计包括车流量检测和车速检测。其中，车流量检测系统是非常关键的一个环节，包括对城市交通道路中的车辆、行人等进行信息采集和监控，实时地对道路当前的拥堵情况、紧急交通事故等进行智能化调度管理，从而实现了缓解交通阻塞和提高交通服务质量的作用。传统的车流量统计技术包括感应线圈检测、波频检测（如超声波检测和微波检测）、视频检测等等。但是传统统计技术存在诸多约束和不足之处。例如，感应线圈检测是基于环形线圈在磁场中的电磁感应原理计算出道路中的车流量，但是线圈填埋方式费事费力，维护成本高。波频检测的方法是利用电磁波的反射特性，检测器向车辆发出电磁波并接收反馈信息进行检测，但是这种方法检测距离有限并且分辨率低。视频检测方法是通过监控摄像头来捕捉道路中车流量的信息，通过一系列图像处理和分析算法对车辆目标的特征进行提取，但是检测结果受环境影响较大，由于光照强度变化产生的阴影，使得车辆在车流密集时很容易发生粘连问题，导致车辆检测存在误差，影响车流量统计的准确性。如图2所示，基于通信与感知融合技术，利用通信感知融合基站或者多站协同实现全天候、不间断地探测行驶车辆的移动轨迹和移动速度，在监控交通道路、卡口等重要路段统计各类车辆进出区域的数量以及车辆行驶速度，从而根据实时监控的车流量分析路口、路段的交通状况，为交通调度、路况优化提供精准参考依据。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)6图2 车辆信息统计示意图二、行人入侵高速检测高速公路是最低限速60km/h的全封闭道路，通常车流量大、车速快。“高速公路，行人勿入”是高速交通安全常识，但行人上高速已经成为最易引发高速公路事故因素之一。根据交管单位发布的行人违法上高速的案例，比较典型的示例是以下几种：高速服务区工作人员在上下班途中横穿高速公路、周边村民横穿高速公路抄近道、行人上高速拾荒、客车驾驶员在高速路行驶过程中甩客等等。行人、非机动车违法上高速公路的危害极大，不仅危及自身生命安全，还会危害高速公路行车安全。高速公路车速较快，驾驶人很难发现突然横穿道路的行人，有时驾驶人即便发现了，往往也来不及刹车避让，最终导致碰撞事故发生。同时为了躲避违法进入高速公路的行人，驾驶人往往会采取紧急避让措施，但这种情况极易导致车辆失控，危及驾乘人员的安全。如图3所示，基于通信与感知融合技术，利用通信感知融合基站对高速周边环境进行检测，定位并跟踪入侵高速公路的行人。同时，还可以第一时间通知交管单位进行执法，劝阻行人赶紧离开，保障高速公路的安全行驶环境。7I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)综上所述，基于通信与感知融合技术，利用通信感知融合基站或者多站协同可以实现对道路环境的感知，实现全方位、全天候、不间断地探测行驶车辆的移动轨迹和移动速度，并将感知信息上传至处理中心，还可以利用感知通信融合技术对车辆进行持续跟踪，实现事件状态的动态监测、全面提升高速公路运行状态智能感知能力，为高速公路交通安全提供数据支撑。2.2.2 业务需求道路监管的感知业务需求同时适用于车辆信息统计和行人入侵高速检测。道路监管对于信息实时性、连续性要求较低，但对准确度要求较高，因此刷新率、传输速率、时延要求可以适当降低。由于监管主要也是针对室外道路公共区域，不涉及安全隐私风险。其它参数指标类似2.1.1中的分析，但指标要求可以低一个等级。综上考虑，给出了下述感知业务指标需求。图3 行人入侵检测示意图I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)8 表2 智慧交通道路监管感知业务指标需求2.3 应用案例3：高铁周界入侵检测2.3.1 案例描述随着高速铁路技术的快速发展和大规模投入运营，列车速度不断提升，列车的安全运行愈发重要。由于列车运行的环境有高架桥、山区以及隧道等等，针对高铁沿线及相关设施的破坏活动时有发生，轨道异物入侵问题已经严重影响到了铁路的安全行驶，给高铁运行安全带来了严重的威胁，因此需要对轨道进行检测防护，防止异物入侵轨道。表3列举了不同种类的异物给铁路运输带来的安全危害。异物入侵事件具有突发性和随机性，发生的时间和地点往往很难预测。传统铁路安防工程量大、成本高且需要人工操作进行干预。此外，现有技术误报率过高、无人值守区域导致监控盲点，已经越来越难以达到日益提升的安全运输环境需求。9I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)图4 高铁周界入侵检测示意图2.3.2 业务需求国铁周界检测主要是针对车辆、人、大型动物、塌方滑坡等进行检测，因此检测物体尺寸可以以目前，面向高速铁路的5G技术在车地之间已经建立了满足支持高速移动、高速率、高可靠、高实时的通信链路。如图4所示，基于通信与感知融合技术，通信感知融合基站可以实现对铁路轨道环境进行感知，实现全天候的异物入侵检测。表3 异物入侵的类型和危害I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)102.4 应用案例4：障碍视觉辅助2.4.1 案例描述据IDC（International Data Corporation，国际数据公司）发布的全球自动驾驶汽车预测报告（2020-2024）数据显示，2024年全球L1-L5级自动驾驶汽车出货量预计将达到约5425万辆，2020至2024年的年均复合增长率达到18.3%。据 Allied Market Research 测算，到2026年全球自动驾驶汽车市场价值预计将达到5566.7亿美元，2019年至2026年复合年增长率为39.47%。自动驾驶实现的自动化、智能化等级越高，需要车辆掌握的信息越多，需要做出的判断越准确。在传统车辆驾驶中，驾驶的动作都是通过人观察到的信息判断的结果。但是，由于人坐在车里，视野受限经常会受到路边障碍的影响，无法掌握较多的路面信息，做出合理的判断。随着自动驾驶等级越分辨人为基准（1.7m*0.5m），移动速递以人步行为基准（2km/h）。入侵高铁周界属于高危型事件，因此对于信息实时性、准确率、传输速率具有一定要求，但考虑到入侵物体速率较低，刷新率和时延要求可稍微降低。而由于主要是针对室外铁道公共区域，不涉及安全隐私风险。根据高速铁路设计规范2，高速单车道宽度为1.435m，护坡宽度3m，单轨路基宽度8.6m，可以推断出安全保护带宽度可以为3-4m，所以给出了下述感知业务指标需求。表4 智慧交通高铁周界入侵感知业务指标需求11I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)2.4.2 业务需求在这个场景中需要对道路中车辆位置，速度等指标进行识别和跟踪。同时也需要对人行道或其他位置的行人进行识别和跟踪。来越高，人参与驾驶活动越来越少，自动驾驶将不再主要依赖于人的观察。但是，单车雷达还是存在感知覆盖有盲区、瞬时感知误差大、遮挡影响大、感知距离短等缺陷，影响自动驾驶的安全。在十字路口往往由于前车或者路边建筑遮挡，对十字路口中的其他车辆信息或者行人信息掌握并不完全，容易引发交通事故。如图5所示，利用5G系统的广泛部署，5G系统在提供通信能力外还提供感知能力。5G系统的基站提供感知能力，对路口周边环境提供检测，定位并跟踪路口的车辆、人员等。基站将感知到的信息和其他应用结合，比如将相关信息呈现在车辆地图上，便于自动驾驶进行可靠合理判断，为安全驾驶提供保障。图5 障碍视觉辅助示意图I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)122.5 应用案例5：智慧停车2.5.1 案例描述伴随着城市化的快速步伐，城市人口密度不断提升，这同时也带来了巨大的车辆保有量和较高的车辆密度，行车难、停车难和交通拥堵成为了常态化问题。特别是在大型酒店、商场、超市、医院、学校、居民社区、行政单位、娱乐旅游场所等人群聚集的密集场所，有限停车位、无序停车、停车场管理混乱等导致了停车难问题，给人们的生产生活带来了诸多不便，故亟待解决。除了合理规划和扩建停车位，城市停车信息化是解决停车难问题的一个重要技术手段，也是现代化城市交通系统的一个重要标志，例如停车位供给状态实时动态分布数据和显示系统、区域性停车诱导系统、自动化停车违章和收费管理系统等。这些信息化系统能有效和科学地为出行停车提供决策依据,使城市有限的停车资源得到最大效率的使用和管理,有助于减轻停车需求的压力。目前主要是采用各种传感技术对停车位进行监测管理，例如某停车位是否空闲的信息，室内/地下停车场/室外停车场都可以在楼宇的不同位置安装多个传感接收器和传感发射器，以检测停车位的可用性。表5 障碍视觉辅助感知业务指标需求注1：这两个指标是对城市道路的需求13I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)如图6所示，无线基站对停车场进行覆盖，通过基站对停车场区域发射无线信号和接收反射信号，可以检测目标区域的空闲停车位分布情况。由于停车位是固定的，因此可以基于事先获取的感知信息作为先验信息来对比判断是否存在停车，例如车辆反射RCS值和地面反射RCS值不同，有车辆时的反射时间和无车辆时的反射时间不同，有车辆时的车位成像轮廓和无车辆时的车位成像轮廓不同。停车场智能管理系统基于基站上报的感知测量数据，计算处理生成停车位实时使用情况图谱，并根据车辆请求或广播给进入停车场的车辆。车辆根据该图谱精确获取合适的车位并执行高效泊车。2.5.2 业务需求参考3GPP给出的停车位检测场景需求3，给出了表6所示的智慧停车的感知业务指标需求。智慧停车对于停车位识别准确率具有较高要求，因此检测准确率较高和虚警率较低；而对于时效性要求较低，因此刷新率、时延要求较低；由于停车位信息主要是针对公共停车场区域，故不涉及安全隐私风险。综上考虑，给出了下述感知业务指标需求。图6 停车位监测示意图I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)142.6 应用案例6：车内生命体检测2.6.1 案例描述随着汽车保有量不断攀升，汽车已经成为人们出行的重要交通工具之一。近年来，儿童、宠物遗落在车内的事件频繁发生。由于汽车具有较强的封闭性，高温环境中阳光照射将使车内温度快速升高（数据表明，夏季室外温度超过35时，经过15分钟的日照，车内温度可升至65），车内氧气浓度也会随着消耗而降低，严重时将危及遗落在车内的人员、宠物的生命安全。因此，车内生命体检测具有重要意义。如图7所示，基于通信与感知融合技术，经5G网络授权的车载设备利用无线通信信号对车内生命体 表6 智慧停车感知业务指标需求15I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)2.6.2 业务需求车内生命体感知业务与入侵检测业务具有一定相似性，在感知数据刷新率、检测概率、虚警概率、感知数据传输速率指标要求相同。车内生命体感知数据的安全隐私等级较高。图7 车内生命体感知示意图 表7 车内生命体感知业务指标要求进行感知，获取感知数据，并发送至车载分析系统生成感知结果。当感知结果显示车辆处于熄火、门窗关闭状态且车内有生命体时，车载设备将通过5G网络把感知结果发送至车主，提示车内生命体处于危险状态。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)162.7 应用案例7：多感知融合辅助驾驶2.7.1 案例描述汽车辅助驾驶系统，是一种通过车载电脑系统实现无人驾驶的智能汽车系统，又称无人驾驶汽车，其本质是用机器视角去模拟人类驾驶员的行为，系统结构一般分为：感知系统、决策系统、执行系统、通信系统。其中感知系统用来代替人的感官，用于采集行驶过程中的道路环境信息，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶并到达预定地点。当前被广泛使用的非3GPP传感器如摄像头、毫米波雷达、激光雷达等，在单独使用时会受其功能限制和环境影响效果不佳，而基于3GPP的通信与感知融合技术中传感器位置会影响感知信息的准确性，因此非3GPP和3GPP的多感知技术融合能为自动驾驶提供更精准的感知信息。如图8所示，汽车A发送感知信号进行端侧感知，并接收来自汽车B的反射信号，同时汽车A配备有传感器设备，来自3GPP的感知数据和非3GPP的感知数据可协同用于感知结果的计算。图8 多感知融合辅助驾驶示意图17I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)2.7.2 业务需求考虑到该场景与高精地图场景需求具有较高的相似性，因此该业务指标需求参考了高精地图场景下的指标需求。由于非3GPP传感器的性能受其硬件条件限制，下标所列业务指标需求仅针对多感知融合辅助驾驶场景中的3GPP感知部分。表8 多感知融合辅助驾驶感知业务指标需求智慧低空场景通感融合需求分析根据中国民航局2019年第一季度无人机云数据统计4：运行高度在120 m以下的无人机占96.5%，1000 m以下的无人机占据99.9%。未来几年无人机在国内将有数百亿元的产业空间，预测到2025年，国内无人机市场总规模将达750亿。其中行业应用农林植保约为200亿，安防市场约为150亿，电力巡检I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)18约为50亿，而用于航拍娱乐的消费级市场为300亿。借助于5G网络，低空无人机发展迈向全新阶段，无人机能全天候、全空域执行侦察、预警、通信等多种任务，同时无人机也可广泛应用于航拍、警力、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾等垂直行业。在未来城市中，将有大量无人机被应用于工业巡检、治安巡逻、交通运输等场景，另外还有部分无人机被应用于繁多的细小领域，例如保险取证、畜牧监测、文物保护。目前的无人机空域管理系统并不能做到针对群体性飞行的管理，包括空中防碰撞、流量管控、空域管控，也无法解决无人机与民航、通航之间空域使用的冲突。面对未来数以百万架的无人机，依旧存在着监管不力、安全等问题，主要有以下几点原因：无人机监管难度大，低空无人机数目多，体积小，执行任务复杂多样，很难用雷达来监控它们。无人机缺乏有效的信息获取手段，难以全面、及时感知规避障碍物，导致空中碰撞的风险增加。从无人机运营方面，缺乏高效飞行任务的申报渠道，造成黑飞现象屡禁不止。针对上述问题，本章节主要列举了无人机领域内的通感融合场景，以期有效地利用通信感知融合技术，获得更为全面的空域信息，能够更好地识别潜在威胁目标，确保低空无人机更安全、更可靠的规避飞行，构建更加稳定的无人机网络控制及运行系统。面向无人机场景，利用基站通信功能实现信息回传和飞行控制；利用基站对一定区域进行感知可识别无人机的飞行状态、检测障碍物、监测气候变化等，提供监管类和辅助飞行类服务，进一步地，利用基站对机上终端的感知功能可针对特定无人机进行监管。具体智慧低空感知业务场景可归纳如下：无人机监管：针对存在电子围栏的区域，若感知到无人机接近围栏边界或将突破围栏限制时，给出围栏告警；无人机避障：对空域进行全方位多角度的探测并将感知结果提供给无人机，为避障预警提供冗余量，提升避障成功率；飞行入侵监测：监测特定区域，若感知到非法无人机，则给出入侵告警；飞行路径管理：感知无人机位置、高度、航向、速度等信息，若发现与原计划飞行轨迹不符，则给出飞行一致性告警；同一区域存在多个无人机时，根据各无人机的位置、高度、航向、速度等信息，预测其航迹，若预计无人机间将发生冲突，则给出冲突告警。3.1 应用案例1：无人机监管和避障3.1.1 案例描述19I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)下面主要介绍无人机监管和无人机避障两大应用场景。一、无人机监管轻小型民用无人机在航拍、农业、测绘等领域大显身手，同时也会干扰民航飞行，造成事故。为实现对无人驾驶航空器的依法管理，中国民航局发布了无人驾驶航空器飞行管理暂行条例5。条例明确，除空中禁区、机场、军事禁区、危险区域等周边一定范围内，微型无人机无需批准可以在真高50米以下空域飞行，轻型无人机可以在真高120米以下空域飞行。此外，按照相关规定，无人机飞行前还要向空管部门申请飞行空域和计划，得到批准后才能行动。除此之外任何飞行都叫“黑飞”。但是，当前很多无人机飞行并未严格遵守国家相关规定，导致未经许可闯入公共及敏感区域、意外坠落、影响客机正常起降、碰撞高层建筑等“黑飞”事件时有发生。在实践中，通过技术手段限制非法违规飞行，是防止“黑飞”的主要手段。比如，主流无人机厂商均推出了电子围栏功能，无人机接近不准起飞的地带会自动发出警报，并无法操控进入禁飞区域。目前，除了机场附近得到了较严格的电子围栏保护，类似轨道交通沿线、高铁站、码头等重点区域，依然是一些电子围栏的盲点。基于通信与感知融合技术，利用通信感知融合基站或者多站协同实现对特定区域的全天候、不间断地探测无人机的出现或邻近、以及跟踪无人机的移动轨迹和移动速度，以实现对非法进入的无人机进行监管，为安全低空提供精准参考依据。二、无人机避障无人机感知与规避技术是实现未来无人机空域集成应用的核心技术之一。由于中低空以及超低空的空域越来越“拥挤”，无人飞行器与其他物体发生碰撞的风险与日俱增，造成了极大的安全隐患。通常，无人机基于搭载的机载传感器（如雷达）对空间环境进行感知，主要的感知目标包括飞行空域的各类合作/非合作动态目标以及各类静止障碍物。在复杂的无人机任务环境和气象条件下进行目标的检测、跟踪、识别,实现精确、稳定的目标状态获取和可靠的态势感知和威胁评估是无人机环境感知的主要挑战。目前，主流无人机型具备全向感知与避障系统，应用了红外感知、目视感知系统、毫米雷达波等多种技术，能够探测在其安全邻域或空域监视范围内是否存在障碍物（包括静止物体或运动的其它飞行器），通过分析自身和障碍物的相对运动状态，由操作手或自动进行分析决策，从而解除潜在的碰撞危险。感知系统是无人机感知与规避系统中第一个环节，需要检测并获取障碍物信息，为决策系统提供支撑。出于对单机传感设备带来的高成本考虑，一些无人机可能不会安装或只安装低能力的用于避障的传感设备。那么对于这些中小型无人机，可以借助通信感知融合基站实现对空域中无人机进行面向区域或者面向特定目标/设备粒度的感知，将周围环境的感知结果（比如障碍物的位置、形状和其他无人I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)203.1.2 业务需求对无人机的感知指标是参考雷达能力。感知数据量和感知数据刷新率、感知带宽、感知特征、感知方法等因素有关，在该场景中，需要对无人机周围环境进行感知，感知特征（障碍物的位置、形状和其他无人机的飞行速度等）众多，感知数据量大，基站得到的感知信息发送给核心网感知管理功能会对基站和核心网之间的通信速率有要求，特别是在实时性要求较高的情况下，感知数据传输对通信速率的要求高。此外，感知时延应该是毫秒级别的。综上考虑，给出了下述感知业务指标需求。图9 无人机避障示意图机的飞行速度）提供给处理中心，可以实现无人机避障。此外，单机感知和避障系统由于建筑物等遮挡存在探测范围受限的问题，通信感知融合基站的连续组网可以对空域进行全方位多角度的探测并将感知结果提供给无人机，可以为避障预警提供冗余量，提升避障成功率，如图9所示。21I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)3.2 应用案例2：飞行入侵检测3.2.1 案例描述随着无人机市场的不断拓宽，越来越多的民用无人机进入到生活当中，无人机被广泛地应用于民事和军事领域，比如航拍摄影、商业表演、物流配送等等。越来越多的民用无人机进入到生活当中，在带来便利的同时也造成了“黑飞”事件频发，严重危害公共安全和个人隐私。无人机“黑飞”的定义，在2.2.1.1章节中已有相关描述，详细定义可参见中国民航局发布的无人驾驶航空器飞行管理暂行条例。目前对无人机的监管存在盲区，给社会的安全和公共秩序造成了不容忽视的危害。例如，近期每年都存在无人机扰航事件发生，导致航班延误，扰乱客机飞行任务和秩序。对于体育馆、广场等公共活动区域，无人机入侵还可能潜在地威胁到人群的人身安全，导致安全事故发生。无人机具有飞行高度低，有效探测面积小，不容易被侦测发现的特点，当前的无人机探测技术包括雷达探测、音频探测、视觉探测等等。雷达探测技术根据对雷达回波的多普勒频移信息的分析，进一步探测运动目标。音频探测技术通过采集声音信号并进行信号处理，提取无人机的声音特征进行无人机探测。视觉探测技术通过采集图像信息进行图像处理实现无人机的探测。但是，当前的探测技术也存在诸多缺点，例如雷达探测易受低空杂波影响，多普勒效应不明显，反射面积小，雷达检测困难 表9 智慧低空无人机监管和避障感知业务指标需求I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)223.2.2 业务需求感知精度相关指标参考雷达能力。该场景下的技术要求相比路径管理或避障场景的技术要求要低（精度要求低），感知数据量相比路径管理应用低。在该场景中，无需对无人机身份进行识别，因此且成本较高。音频探测受环境噪声干扰大，探测距离较短，适用范围较小。视觉探测技术主要依赖于运动目标检测技术，探测精度不高。由此可见无人机“黑飞”情况的避免除了加强有效的无人机监管之外，在通感融合系统中，可以利用无线基站，对覆盖范围内进行全空域检测，定位并跟踪侵入到范围内的无人机，可利用通感网络实现对无人机位置信息的实时感知，进而实现面向固定区域的无人机入侵监测。此外，考虑到当探测空域内的无人机入侵之后，会立即采取行动来驱赶“黑飞”的无人机，无需对入侵空域的无人机的数量进一步识别，因此通感场景下的业务需求可以不用过多考虑感知分辨率。而且由于探测空域较大（如机场10km*10km）且存在安全缓存区，所以不需要过高的感知精度要求。该需求可广泛应用于政府机关、旅游景点、港口码头等固定重点安全区域以及地点灵活的重大活动保障（例如演唱会、开/闭幕式等）。基于同一实现技术逻辑，可针对无人机的飞行范围实现电子围栏预警：利用感知网络，针对划定电子围栏的区域，若网络感知到无人机接近围栏边界或将突破围栏限制时，给出无人机突破围栏告警，可有效提高无人机飞行安全。如图10所示，无人机进入医院电子围栏范围内，有严重干扰医院急救直升机的起飞/降落的可能，对医院里的人员和物品可能造成影响。通过无人机飞行入侵检测，让无人机及时避开电子围栏，可有效避免该影响。图10 无人机突破电子围栏示意图23I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)3.3 应用案例3：飞行路径管理3.3.1 案例描述随着无人机的广泛应用和普及，无人机在执行飞行任务时，如何在有限的时间内避开环境中的障碍物和拥堵航线，规划合理、安全、有效的飞行路径规划直接影响无人机的飞行效率。无人机路径规划是无人机自主飞行的关键因素之一，它指的是为无人机规划出从起始点到目标点的一条或者多条实际可飞的路径。一般情况下根据环境信息和各条航线上的无人机飞行状况，选择最优路径，以避开障碍物、避免飞行拥堵、防止进入飞行限制区、防止在人员密集区域飞行等。一方面，对于合法的受监管无人机，会将其自身信息注册登记到运营商网络和无人机监管中心。利用基站的感知能力，通信网络可获得无人机位置、高度、航向、速度等信息，并将上述信息提供给相关的无人机服务商或飞行管理中心，基于对各条航线上的无人机数量和飞行速度等信息的统计，可辅助其对无人机飞行路径的管理。具体地，当目标无人机接入通信网络后，利用自带GPS等设备或蜂窝网络定位技术，获得定位信息并将坐标发送给无人机服务商或飞行管理中心。基于无人机位置信息 表10 智慧低空飞机入侵检测感知业务指标需求安全隐私要求低。综上考虑，给出了下述感知业务指标需求。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)24另一方面，对于非法的无监管无人机，其可能会无意或有意地闯入无人机航线上，影响其它合法无人机的正常飞行甚至导致重大安全事故，因此需要对此类无人机进行及时发现及时处理。通信网络可以通过基站对各航线进行实时感知，当出现不可识别的非法无人机时，快速反馈给飞行管理中心进行相应应急处理，如现场捕获非法无人机并定责等。需要说明的是本案例中的合法无人机是指网联无人机，即可实现与基站接入的通信终端。通信网络可利用通信功能实现信息回传与飞行控制，同时通过感知功能，识别无人机的飞行状态，飞行路线中的路障等，提供辅助飞行服务。3.3.2 业务需求感知精度的相关指标参考雷达能力。在该场景中，既需要对无人机特征进行识别，也需要对周围环境进行识别，感知信息较多，感知数据量大。此外，需要对无人机的进行实时控制，因此，对于端到端的感知时延要求高。在该场景中，需要识别被感知无人机的身份，安全隐私要求也高6。综上考和基于感知得到的各条航线上的无人机飞行状况，无人机服务商或飞行管理中心的无人机操作系统依据反馈信息对既定飞行路线作出调整，同时通信网络可利用感知或高精度定位等技术对无人机进行定位跟踪，进行飞行路径辅助监测，如图11所示。图11 无人机路径管理示意图25I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)智慧生活应用范围很广。5G-A通感融合旨在通过通信设备间的信号传输感知家居生活、工作、医疗等场景中的环境信息或者环境变化的特征，用于服务于人们的生活、工作及医疗服务，如健康监测、家居安全、家居健身服务、出行安全、疾病监测与诊断等。结合5G-A通信网络空口特点，当前智慧生活领域应用通感融合技术的主要应用案例包括呼吸监测、入侵检测、手势/姿态识别、运动健身监测、跌倒检测、天气监测、工作场景AGV避障、医疗癫痫疾病监测与诊断和帕金森疾病康复训练、景区车/人流量检测等。4.1 应用案例1：呼吸监测虑，给出了下述感知业务指标需求。表11 智慧低空飞行路径管理感知业务指标需求智慧生活场景通感融合需求分析I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)264.1.1 案例描述呼吸频率是重要的生命体征，能够有效反映当前身体健康状况，呼吸与人体的健康状况息息相关，呼吸急促或呼吸不畅等症状都反映了身体的非健康状况，例如常见的感冒、流感、肺部病毒感染等疾病，也会引发咳嗽、鼻塞等呼吸问题，由于上呼吸道堵塞引起的呼吸暂停症状更是会威胁到患者的生命健康。在临床医学上，现有医疗设备都是通过有线连接技术获取高精度的呼吸信号，检测器监测由于人体呼吸运动产生的胸腹部压力、呼吸音、气流、温度、胸部阻抗等各种生理参数的变化，接触式检测在医院病床监护场景下被广泛使用，但在居家生活中对日常睡眠进行长期不间断的检测则不适用。一部分人不希望使用可穿戴设备，影响睡眠舒适度，且购买专门的设备以及维护等增加了额外的成本开销。其次，使用过程中可能会因为人体的随机活动导致传感器接触不良或者直接脱落，并且佩戴的检测设备对于部分患者可能产生皮肤刺激，例如婴儿或有皮肤烧伤的病人等。因此，如何在室内实现持续的非接触式呼吸监测技术，是迫切需要解决的问题。常见的非接触式呼吸检测技术例如谐振电路调频法对于电流过于敏感，如电路中本身存在的电路噪音会产生干扰，检测准确度存在问题；涡流检测方法则会带来一定的副作用；红外热成像检测法会因为周围环境的温度导致一定程度的误差，机器视觉检测方法通过摄像头收集人体的视频信息间接获取呼吸信息，但是该方法受到光照条件的影响，并且不能有遮挡，应用场景进一步受到了限制。相比较之下，利用无线信号检测能够克服以上不足，且由于无线信号在绝大部分场景中广泛存在，不仅可以应用于医疗领域的病床监护也可以应用于日常家庭睡眠情况监测，具有无接触、低成本的优点。关于呼吸监测，通过基站和终端间发送信号，以及接收信号和感知测量来进行呼吸监测如图12所示。图12 基站和终端间收发信号的呼吸监测示意图27I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)基于3GPP信道模型可进行初步评估，假设采用CDL-D（Cluster Delay Line-D，簇延时线-D）信道，其中选择一簇为呼吸影响的反射路径且功率设定为10.1dB，呼吸时胸腔起伏假设为00.005m（5mm），呼吸频率设为0.2Hz。根据信噪比和环境中是否有其他移动物等情况分别进行仿真验证，在1根发送天线和4根接收天线、不同信噪比、不同NLOS（Non-Light Of Sight，非视距）簇移动状况下仿真结果如图13-图16所示。图13 20dB信噪比下环境中无移动物的仿真结果图14 0dB信噪比下环境中无移动物的仿真结果图15 20dB信噪比下非呼吸影响NLOS簇增加3km/h移动速度的仿真结果I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)28根据上述仿真结果，呼吸监测感知不仅与信噪比有关，还与环境中其他变化的因素有关。在理想信道无噪声的情况下，并且环境中无其他物体移动的情况下，从呼吸频率检测结果来看，呼吸频率检测效果最佳。随着信噪比降低和环境中其他物体移动，呼吸频率检测结果可以明显观察到上述因素引入的噪声和干扰，尤其是当受检测目标存在移动时，对呼吸检测效果产生严重影响。因此，基于当前5G信号进行呼吸检测是可行的方案，适合于包括睡眠以及病床监护等目标相对静止场景下的长时间呼吸检测。4.1.2 业务需求人类典型呼吸频率范围在1030 次/每分钟7，呼吸检测结果每隔110s刷新一次能够满足呼吸异常情况检测。呼吸速率检测结果体现在多普勒域，相干检测时间窗口为10s时能够达到至少0.1Hz的多普勒分辨率，即呼吸速率相差6次/每分钟以上既可以区分出来。呼吸速率精度体现为多普勒精度95%，虚警概率2%是可实现且符合业务需求的。如上一小节所述，基于无线感知的入侵检测，相比于基于视频的入侵检测存在隐私性高的优势。由于入侵检测需要持续对用户居家环境进行监测，感知数据的安全隐私等级高。表13 智慧生活入侵检测感知业务指标需求I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)324.3.2 业务需求为了保证良好的用户体验，手势/姿态识别的识别准确率不能太低。在研究工作13中，基于Wifi CSI（Channel State Information，信道状态信息）时间序列的手指动作识别准确率达到了96%；在研究工作14中，通过多接收机感知手势识别准确率能够达到92.7%；在研究工作15中，2、3、4、5个用户同时进行手势识别的识别准确率分别能够达到95.0%、94.6%、93.6%、92.6%以及90.9%。在研究工作16中，基于LTE信号也能进行手势识别，平均识别准确率达到95%以上。对于手势/姿势识别类应用，往往可能涉及到用户服务内容、用户操作密码等，安全隐私等级高。综上考虑，给出了下述感知业务指标需求。用户隐私得不到保护，以及受环境条件制约较大。如图18所示，基于无线信号的行为感知方法，具有实现成本低、部署过程便捷和无需携带设备等优势，并且能够在各种应用环境中进行部署，不受光照条件的影响，相较于传统方法感知范围大幅提升，用户无需担心隐私受到侵犯，甚至在有部分遮挡的情况下也可以进行有效地手势/姿态识别。图18 手势/姿态识别示意图 表14 智慧生活手势/姿态识别感知业务指标需求33I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)4.4 应用案例4：健身监测4.4.1 案例描述由于工作、学习压力等外界因素，当前社会亚健康人群急速膨胀，据研究表明，世界上约80的人群长期处于亚健康状态，很多人时常会感到精神紧张、身心疲惫。长时间久坐、用眼过度等工作生活习惯使得出现颈椎病、焦虑症、重度肥胖等疾病的人群日益庞大，体育锻炼的重要性不言而喻，日常的锻炼与人们的生活息息相关，也逐渐成为现代居民关注的重点。在这样的背景下，依托互联网技术和新媒体技术的运动健身类APP以及各种配套的健身方案应运而生，无论在办公室，家中还是健身房，只需要有限的空间和简单的器械变可以进行体育锻炼，不受时间和空间的限制。为了向锻炼者提供有用的反馈并改善他们的锻炼体验，需要能够准确监控和评估锻炼效果的强大且易于部署的解决方案。在过去的几年中，常见的方案包括基于视觉以及可穿戴设备等方式，基于视觉的方法利用摄像头或相机采集锻炼动作的视频或图像信息，然后使用图像处理技术以及计算机视觉等方法识别不同动作，然而该方式存在隐私问题和光照要求，且要求摄像头和用户之间无遮挡；基于可穿戴设备的方式需要将设备连接到用户的身体上，这在锻炼期间会带来不便和影响运动效果，且需要额外的购买成本开销。相比之下，无线信号具有穿透性强、感知范围大，不记录涉及隐私的敏感信息、无需佩戴装置、低成本等优势，前面提到的典型室内健身场景均有无线信号的覆盖，如图19所示，利用无线信号感知进行例如跑步、深蹲、俯卧撑、仰卧起坐等健身运动的识别、计数等，可以替代摄像头以及穿戴式设备，成为较有前景的运动健身辅助方案。图19 根据统计方法生成环境目标信道I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)344.4.2 业务需求人类进行跑步、深蹲、俯卧撑、仰卧起坐等健身运动时，检测结果每隔0.510s刷新一次能够满足检测需求，对于这些重复性健身动作的频次的检测结果体现在多普勒域，相干检测时间窗口为10s时能够达到至少0.1Hz的多普勒分辨率，即至少可以分辨出每分钟重复次数相差6次以上的健身动作，健身动作重复速率精度体现为多普勒精度95%，能够满足日常健身辅助需求，对于健身监测，需要传输的感知数据，即检测结果，可以是健身动作识别结果，以及健身次数或速率（多普勒检测结果），还可以是原始的信道信息，对于带宽要求较低，且可以选择检测结果较好的子载波数据或者对多个子载波数据进行合并，因此需传输的数据量较小，健身动作监测属于个人信息，对安全隐私要求较高。综上考虑，给出了下述感知业务指标需求。4.5 应用案例5：跌倒检测4.5.1 案例描述世界卫生组织数据显示，跌伤是世界各地非故意伤害死亡的第二大原因。跌倒及其相关的后果对生命健康造成的威胁以及对医疗保健带来的挑战不可小觑。跌倒时，身体的重力作用会使人体的脊 表15 智慧生活健身监测感知业务指标需求35I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)椎、头部、腰部、四肢等处受到极大的冲击力，导致骨折、肌肉拉伤、挫伤、脑震荡等不同程度的伤害，在极端情况下甚至会导致死亡。此外，跌伤者在没有帮助的情况下往往很难站起来，严重者还有可能陷入无意识状态。如果跌倒后没有被及时发现，可能会导致伤害加重，甚至会发生严重的后果，比如脱水、体温过低、头部损伤、脑损伤等。一个有效的自动跌倒检测系统可以及时发现跌倒并发出警报，以便及时采取有效的措施，保护用户的健康和安全。常见的跌倒检测方案包括基于数字图像处理的视觉系统、可穿戴设备以及基于传感器的环境系统等方式18。视觉系统利用算法提取用户图像特征，需要昂贵的摄像设备，会受光线和遮挡物的影响并危及用户隐私。可穿戴设备通过实时检测人体的加速度、角速度等参数进行跌倒判断，检测性能会受佩戴位置和用户使用习惯的影响。环境系统则需要在监测环境中部署大量声学、加速度计或压电等传感器，造价高昂，同时容易受到环境干扰的影响。如图20所示，在通感融合的场景下，通过基站和终端间发送信号，可以利用身体反射的无线电波来进行跌倒检测。由于电磁波的穿透特性，基于无线信号的跌倒检测系统能够不受环境限制，为用户提供全天候的安全健康监测。相比于利用摄像机、传感器、可穿戴设备等方案，基于无线信号的跌倒检测系统不需要额外的设备，降低了使用成本，不需要用户进行主动交互，能够提升用户的舒适性，同时能够保护用户隐私不受侵犯。此外，感知跌倒检测系统还可以通过检测跌倒位置、跌倒方向、跌倒速度等细节来预测跌伤程度和受伤部位，以辅助医护人员提供更好的救助。图20 跌倒检测示意图4.5.2 业务需求跌倒包括快跌倒和慢跌倒，由于外力或突然失去平衡等原因导致的快跌倒是一个持续时间小于1sI M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)364.6 应用案例6：天气监测4.6.1 案例描述天气监测例如降雨监测对天气预报、气候模型、农业、水利工程设计等有重要意义，传统降雨监测主要有雨量计、气象雷达和卫星等。雨量计通过对接收到的雨水进行计量来检测局部区域降雨量，具有空间分辨率高的优点，然而雨量计的空间覆盖范围小，广域覆盖时需要部署大量雨量计及配套设备。气象雷达通过测量雨滴的反射回波信号提取降雨信息，具有时间分辨率高、可定位降雨位置、可检测降雨分布、检测范围广等优点；然而气象雷达误差因素来源较多，设备昂贵、且具有较大的电磁污染、不适合大量部署。气象卫星通过各种气象遥感载荷接收包括红外光、可见光、微波等信号来分析云层及风速风向等气象信息，从而提取包括降雨在内的各种气象信息，具有时间分辨率和空间分辨率高的优点，然而气象卫星获取的降雨强度等信息不精确，通常用作辅助覆盖。如图21所示，在通信感知融合场景下，可以利用已有的移动通信网络进行天气监测；基本方法是的快速过程，检测结果每隔50ms刷新一次能够满足检测需求19。跌倒检测需要尽可能准确地检测跌倒事件，还需要将跌倒和坐、跳、蹲等类似跌倒的日常活动区分开，以避免误报。在研究工作20中，借助用户活动数据集进行训练后，在日常生活环境中基于射频信号进行跌倒检测能够实现94.1%的检测概率和1.4%的虚警概率。对于跌倒检测，需要传输的感知数据，即检测结果，可以是跌倒警报，或原始的信道信息，还可以是随时间变化的多普勒信息，需要传输的数据量较小。检测跌倒事件需要持续监测家居环境，跟踪用户的活动，对安全隐私要求较高。综上考虑，给出了下述感知业务指标要求。表16 智慧生活跌倒检测感知业务指标要求37I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)4.6.2 业务需求降雨检测的目标是检测特定的地点在特定的时间是否有降雨、以及在有降雨的情况下的降雨的大小。降雨的大小主要由降雨率来描述，单位是mm/hr；通常又会根据降雨率的范围将降雨的大小分类为小雨、中雨、大雨、强降雨、暴雨和大暴雨等，其降雨率数值的范围分别为：0.492.7、2.713.3、13.327.3、27.348.6、48.6133.2和大于133.221。从降雨率的数值上来看，为了准确的区分降雨大小的分类，降雨率的分辨率需要在1mm/hr左右。降雨过程在时间和空间上具有一定的分布，降雨检测的结果应能够尽可能准确地反应降雨的时空分布、同时又不占用过多的资源。降雨的时间分布用数据刷新率来描述，一方面基于通信链路进行降雨检测具备每10s更新一次的能力，另一方面在基于通信链路进行降雨检测的已有协议中规定每15分钟执行一次降雨检测22；因此降雨检测的数据刷新率的指标测量通信链路中的信号链路衰减，进而利用信号链路衰减与天气指标之间的关系分析得到对应的天气指标。以降雨监测为例，降雨率R（mm/hr）与信号链路衰减A（dB/km）之间具有明确的指数关系A=aRb，其中a和b为常数。通信感知融合中天气监测的最大优势是无需额外部署硬件、具有较大的成本优势，此外还具有传感器数量大、空间分布广泛、降雨监测的时间和空间分辨率高、可检测降雨分布等优势。图21 天气监测示意图I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)384.7 应用案例7：AGV避障4.7.1 案例描述根据市场研究机构MarketsandMarkets发布的市场研究报告显示，AGV（Automated Guided Vehicle,自动导引车）市场预计将从2021年的22亿美元增长到2026年的32亿美元；预计从2021年到2026年，它的复合年增长率将达到7.7%。AGV市场的增长受到电子商务日益普及和各行业对物料搬运自动化需求不断增长的推动。员工安全是各个行业的首要关注点，特别是物流和仓储、制造、金属和重型机械以及汽车行业，因为工人需要在潜在的危险活动中工作。在大多数这些行业中，货物的装载、卸载、存储和移动等任务通过人工执行的话会使工人处于危险之中。AGV可确保减少事故发生并提高工人的安全性。目前，AGV已经在许多工厂得到应用，但是也遇到了一些挑战：比如如果AGV的传感器没有正确安装，则传感器将无法对AGV的控制提供正确的帮助。或者AGV传感器失效等原因都可能造成AGV小车无法自动避障。结合5G系统，在提供通信服务外，提供感知能力。如图22所示，利用部署在工厂的基站，提供通可以参考已有协议定位每15分钟刷新一次或者相当的数量级。降雨的空间分布指标，即空间分辨率，参考传统的雨量计的部署密度、并结合通信链路的空间分布规律，可确定为1km3km23。因降雨检测仅对信号强度进行测量和分析，需传输的数据量较低。并且降雨信息不涉及安全和隐私问题，所以对安全隐私要求低。综上考虑，给出了下述感知业务指标需求。表17 智慧生活天气监测感知业务指标需求39I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)4.7.2 业务需求工厂内AGC避障感知业务指标需求如下表。图22 智慧工厂AGV避障示意图 表18 AGV避障感知业务指标需求信服务的同时，提供感知能力。基站对AGV行进路线的障碍进行感知，并将感知到的结果提供给核心网或者部署在工厂的边缘服务器，并将能力开放给AGV相关应用，辅助AGV做障碍判断或路径选择。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)404.8 应用案例8：癫痫疾病监测与诊断4.8.1 案例描述癫痫是大脑神经元突发性异常放电，导致短暂的大脑功能障碍的一种慢性疾病。癫痫是全球最常见的神经系统疾病之一。癫痫发作的临床表现复杂多样，可表现为发作性运动、感觉障碍、自主神经障碍、意识障碍及精神障碍。具体的，可出现肌肉抽搐、两眼发直、凝视、痉挛、昏厥和意识模糊等临床症状。癫痫对人体的最大危害是对大脑的损伤，每一次的发作，脑细胞可能会发生水肿、缺氧，也会直接导致患者性格改变、反应迟钝、记忆力下降等。癫痫疾病长期反复发作不仅会引起躯体疼痛，还会导致精神和心理障碍，极大影响患者的正常生活，而且疾病难以彻底治愈，需长期规范持续的监测、治疗控制病情，给家庭和社会带来了沉重的经济负担。因此，及时准确的监测与诊断，加强癫痫疾病的防治至关重要。脑电图是癫痫疾病的诊断、病灶的定位的重要辅助检查手段。目前，临床上癫痫疾病常用的监测方法主要包括：常规脑电图、动态脑电图、视频脑电图。上述方法主要用于医院特定检查室，对患者进行诊断与病情监测，短时观测检出率较低，易出现误诊或漏诊。无法对患者日常生活中的发病情况进行监测。但日常病情变化情况可以辅助医生提出更合理的治疗方案。此外，上述方法均需患者佩戴大量电极片，使得检查体验不佳。视频脑电监控需要限制患者的活动范围，在一定程度上威胁患者的隐私安全。针对现有临床诊断方法存在的不足，提出基于5G-A通信感知一体化的无接触监测与诊断方法，可以有效实现日常生活中的实时感知监测，无需佩戴大量电极，不危及患者隐私安全。如图23所示，该方法可以在某些场景下作为辅助的癫痫疾病的诊断方法，可以与常用的临床方法相融合。具体来说，患者癫痫发作时的全身或局部抽搐及其他肢体活动，可以被无线信号所捕获，可实现疾病发作判定。通过对信号变化的分析，可以挖掘出其中细微的疾病变化趋势，获得发作持续时间、发作频率、发作类型等信息。在患者为初次疑似病例，待医生确诊时，医生通过对患者及其家属的问诊很难获得准确的信息。而短时的留院观察期间，患者不一定出现癫痫发作症状或者症状不明显，不足以判断。此时，可以利用无线智能感知技术居家监测，并将监测结果定期传送给医生，用以辅助疾病诊断。并在系统判断病情异常时，及时向患者及家属发出警告。在患者确诊为癫痫疾病后，依然需要对患者癫痫发作情况进行长期监控，确保癫痫治疗的精细、精准。治疗癫痫疾病所使用的药物必须随着患者病情的变化而改变其种类和剂量，只有这样才能够达到最好的治疗效果，并尽量减少药物对患者带来的副作用。所以41I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)4.8.2 业务需求癫痫发作的监测主要用于家庭环境中，需要覆盖家庭室内场景。对于抽搐、痉挛、昏厥和意识模糊等临床症状的临床发作检出率要求尽可能高，虚警概率尽可能低。同时对于时效性要求较高，因此要求时延较低。由于需要持续监测居家环境，跟踪用户活动，对安全隐私要求较高。综上考虑，给出了下述感知业务指标要求。图23 癫痫疾病监测与诊疗系统示意图癫痫患者病情变化的监测十分重要。通过对患者724小时的全天候监测，可以充分掌握患者的病情，辅助医生治疗方案的设计。表19 癫痫疾病监测与诊断的感知业务指标需求I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)424.9 应用案例9：帕金森疾病康复训练4.9.1 案例描述帕金森是世界第二大神经退行性疾病，在老龄人口中发病率较高。中国是帕金森病的第一大国，患者人数约占全球患者总数的一半。帕金森患者的临床表现主要为静止性震颤、肌强直、动作迟缓及减少、姿势平衡障碍等运动症状，以及睡眠障碍、嗅觉障碍、自主神经功能障碍、认知障碍等非运动症状。帕金森疾病患者的运动障碍情况往往是日益加重的，并可能伴随认知功能障碍，将严重影响患者的日常生活。具体来说，帕金森病患者的行动迟缓，因动作执行能力受损导致生活参与度降低，生活质量下降；由于平衡能力低下，患者容易跌倒导致骨折或身体损伤；晚期患者往往完全丧失生活自理能力，长期卧床，还可能出现吞咽障碍或呼吸困难等症状，甚至由此引发肺炎等并发症造成死亡。帕金森为患者带来身体与心理方面的巨大痛苦。目前药物治疗和康复训练是帕金森病的主要治疗方法。康复训练能激活大脑可塑性机制，促进神经康复，有效缓解帕金森病运动障碍症状，从而提高生活自理能力，甚至可延缓疾病的进展。帕金森病康复训练需求庞大，但我国专业康复医疗中心数量不足、专业康复人才缺口大，难以适应当前帕金森病康复治疗需求迅速上升的情况，更难以保证患者获得专业的康复训练指导。智能机器人辅助康复技术相比于传统人工辅助康复训练具有可提供灵活、量化、适度、可重复的康复训练的优势，有望成为解决上述挑战的有效方案。但是，该方案也存在成本较高、涉及患者隐私、大量可穿戴设备的参与影响患者使用体验等弊端。针对现有临床康复方法存在的弊端，提出基于5G-A通信感知一体化的无接触康复训练方法，可以在某些场景下作为独立的或者辅助的帕金森疾病康复方法。如图24所示，具体来说，患者按系统给出的示范性动作进行躯体运动功能康复训练，主要包括关节活动范围训练、肌力训练、姿势训练、平衡训练、步态训练、转移训练、手功能活动训练等。患者进行康复训练过程中，对无线信号的传播产生干扰。通过对接收信号的分析，可以判断患者重复的训练动作是否标准，并且挖掘出患者可能存在的问题，给出可以改进的方向。除特定康复训练外，系统可以对患者日常行为进行分析，可以全天候监测患者运动功能恢复情况，据此制定个性化的康复训练计划。帮助患者更快、更高效的恢复患病前的运动水平。医生也可根据患者恢复情况调整药物治疗方案。43I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)4.9.2 业务需求帕金森疾病康复训练与监测主要用于家庭环境中，需要覆盖家庭室内场景。对于不同功能活动训练的识别匹配精度要求尽可能高。同时对于时效性要求较高，因此要求时延较低。由于需要持续监测居家环境，跟踪用户活动，对安全隐私要求较高。综上考虑，给出了下述感知业务指标要求。图24 帕金森康复训练系统示意图 表20 帕金森疾病康复训练的感知业务指标需求I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)44如图25所示，网络运营商为某著名旅游景点提供5G服务，无线基站覆盖景区相关区域，景区管理部门向运营商订阅了感知服务，通过基站发射无线信号和接收反射信号，运营商可以检测获取目标区域的车流/人流情况并提供给景区管理部门。当景区运营时，运营商将景区基站的流量感知信息上报给流量监控系统，管理系统根据感知信息，可以分析交通状况和人流量分布情况，从而实时判断该区域的交通是否拥堵、某景点是否人流过多。如果判断拥堵超过阈值，管理系统会触发限流，一方面景区管理人员将控制进入人数和引导分流，另一方面系统将拥堵和限流信息通知给游客，从而避免景区超载和提升游客体验。4.10.2 业务需求参考3GPP给出的车流/人流量检测场景需求1，给出了表1所示的车流/人流量的感知业务指标需4.10 应用案例10：景区车/人流量检测4.10.1 案例描述为确保旅游景区的高效管理和提升游客体验，景区需要进行流量管理，包括客流管理和车流管理两个方面。流量管理应当充分考虑景区的空间承载能力、设施承载能力、生态承载能力等可能诱发旅游事故的多种因素，并可以付诸于实时监控、疏导交通、预警上报等方式。流量数据采集是执行管理的前提，景区的基站不仅可以提供5G通信服务，也可以感知其覆盖范围内的车辆和人流，例如景区停车场、大门、热门景点等。特别是对于面积较大的旅游景区，部署大量摄像机等传感器不切实际，而使用感知基站将更加简便高效。图25 景区流量检测示意图45I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)通信感知融合将实现通信能力和感知能力的交融互通，一方面，借助于通信系统提升感知精准度、提高感知时效性、实现无缝泛在的感知服务；另一方面，基于对无线通信信道环境的感知、识别与预测进一步提升无线通信系统的性能，助力构建智慧网络。5.1 应用案例1：基站和终端波束管理在当前的无线通信系统中，广播信道、控制信道、数据信道、参考信号等都采用基于波束的方式求。车流/人流量识别容许一定的误差，因此检测准确率和虚警率要求可以适当放宽；同时对于时效性要求较低，因此时延要求较低；由于车流/人流量信息主要是针对景区公共开放区域，故不涉及安全隐私风险。综上考虑，给出了下述感知业务指标需求。表21 车流/人流的感知业务指标需求智慧网络场景通感融合需求分析I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)46图26 感知辅助基站和终端波束管理示意图进行发送和接收，为了保证基于波束传输的准确性和健壮性，基站和终端需要在传输过程中进行相互的波束测量和确定，以确保使用正确的波束进行控制和业务信道的传输。现有的波束训练和波束跟踪方法需要基站频繁发送训练序列并进行测量反馈，空口时频资源开销过大，同时还具有时延较高，波束跟踪时效性较差，难以及时与无线信道实时匹配等缺陷，进而造成较高的波束失败和通信中断概率。如图26所示，基于感知技术获取小区内终端位置信息等可以缩小波束扫描范围、缩短波束训练时间：例如当感知工作模式为终端发送上行感知信号，基站测量时，第一步，基站基于终端发送的参考信号做感知，确定终端的位置信息，但是仅仅获取终端的位置信息只能确定终端工作在LOS径时的最佳波束，终端工作在NLOS径时的最佳波束还需要考虑信号的反射等因素；第二步，终端发送的参考信号经过了周围环境的反射等到达基站，可以辅助基站感知获取通信信道的环境信息，进而确定终端工作在LOS还是NLOS环境，以及对应的更精确的波束信息，辅助缩小通信波束训练范围。基于感知技术获取通信信道环境信息等可以进行波束预测，降低波束测量反馈开销并提升波束跟踪时效性：例如当感知工作模式为终端发送上行感知信号，基站测量时，第一步，基站基于终端发送的参考信号做感知，确定终端的位置信息、移动速度、运动方向等信息，基于此基站可以预测终端的运动轨迹等；第二步，终端发送的参考信号经过了周围环境的反射等到达基站，可以辅助基站感知获取通信信道的环境信息，基站可以基于预测的终端运动轨迹以及感知的信道环境信息可以进行波束预测，提升波束跟踪时效性。47I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)图27 感知辅助信道估计增强示意图5.2 应用案例2：信道估计增强信道状态信息CSI的反馈决定了MIMO（Multiple-in Multiple-out，多进多出）传输的性能，通过CSI反馈可以获知信道能够承载的信息流数、信道的质量或信噪比、信道预编码矩阵等。当前的CSI测量及反馈流程，随着天线数的增加，CSI-RS（CSI Reference Signal,信道状态信息参考信号）/SSB信道测量资源和CSI反馈开销随之增加；随着信道环境状态信息的快速变化，CSI反馈结果难以及时与无线信道实时匹配，将会严重影响信道传输质量。如图27所示，基于感知技术进行通信信道环境识别与预测，提升通信系统信道估计性能：例如当感知工作模式为终端发送上行感知信号，基站测量时，第一步，基站基于终端发送的参考信号做感知，获取信道状态信息，提升信道估计准确性；第二步，终端发送的参考信号经过了周围环境的反射等到达基站，可以辅助基站感知获取通信信道的环境信息。同时，基站可以结合人工智能技术进一步预测信道状态信息，从而降低信道测量和反馈开销，提升通信系统频谱效率。5.3 应用案例3：基站和终端节能相比于4G网络，5G网络传输带宽增大，基站通道数增多，造成系统静态功耗显著增加。此外，5G网络由于部署频段增高，覆盖范围变小，越发密集的基站部署也造成整个网络总体功耗进一步增I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)485.4 应用案例4：基站资源调度与优化随着互联网技术的发展与智能手机的不断进步，人们对于移动网络的流量需求呈现爆发式的增长。为了满足越来越丰富的通信业务需求和越来越庞大的流量需求，基站在提升网络容量的同时，也加。网络实测数据显示基站能耗随着小区负载变化并没有显著变化，深夜空载时段PRB（Physical Resource Block，物理资源块）利用率只有2%，但是能耗高达满载下的60%，也就是说空载时基站能耗仍有很大节省空间。空载时，基站仍要以波束扫描的方式周期性发送SSB（Synchronization Signal Block，同步信号块）、SIB（System Information Block，系统信息块）、寻呼等公共信令，为小区内空闲态终端或新进入小区的终端提供服务。如图28所示，基于感知技术获取小区内空闲态终端密度和位置等信息，可以辅助基站侧能耗调整：例如当感知工作模式为“终端发送上行感知信号、基站测量”时，基站基于终端发送的感知信号做测量，可以确定小区内空闲态终端个数及位置等信息，此外，终端发送的参考信号经过了周围环境的反射等到达基站，可以辅助基站感知获取通信信道的环境信息，进而确定终端工作环境，以及对应的更精确的波束信息，从而辅助基站进行合理的节能策略选择。同时，从终端节能角度，如果只允许连接态终端才能发送或者接收感知信号，则会导致原本没有通信需求的空闲态终端为了实现感知功能需要频繁的进入连接态，严重增加了终端能耗。因此，允许终端在空闲态发送或接收感知信号可以使得终端无需进入连接态就完成感知功能，进而节省终端能耗。图28 感知辅助基站和终端节能示意图49I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)5.5 业务需求基于通信感知融合系统提升无线通信系统的性能的用例对感知技术的需求主要包括感知最大速度、感知精度、感知数据刷新率等。感知最大速度主要取决于通信场景和终端类型，约3km/h-500km/h：基于感知技术获取终端移动运动轨迹等信息，因此对感知的最大速度需求主要取决于终端移动速度。参考TS 38.90124，人移动速度3km/h，工厂场景AGV（Automated Guided Vehicle，无人搬运车）移动速度30km/h，高速公路车辆移动速度100km/h，高铁场景500km/h等，因此感知最大速度大约在3km/h-500km/h。感知距离精度主要是考虑终端位置偏移范围对基站波束方向、信道估计准确度的影响，如果终端位置偏移较大，会导致基站侧波束方向不准、信道估计不准等。感知数据刷新率主要取决于具体应用案例，例如对于波束管理、信道估计感知数据刷新率需求较高，例如每10秒刷新一次即可，对于基站/终端节能感知数据刷新率需求较低，可以放松至每100秒刷新一次。综上考虑，给出了下述感知业务指标需求。图29 感知辅助基站资源调度与优化亟需解决因此带来的网络能耗增加。如图29所示，一方面，网络可以基于业务特征、用户喜好等特征感知并预测网络中用户的业务数量以及QoS（Quality of Service，服务质量）的需求，并配置相应的基站资源调度策略。基站通过配置基站天线、频谱资源等手段，保证网络服务的QoS、连续性，满足用户需求。另一方面，基站可以根据感知无线环境获得的空口质量，终端位置以及环境干扰等信息，进一步优化自己的资源调度策略，进而提升网络服务质量，降低网络能耗。I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)50已经广泛部署的5G网络，具备天然的组网优势，覆盖能力强，天线阵列规模大，可以通过软硬件的升级，在满足通信需求的同时，也具备原生的感知能力，构建通信感知融合网络。针对上述通信感知融合应用场景，需要5G网络提供广域无缝覆盖的通信网络，例如智慧交通场景需要通信网络在道路两旁每隔1km通过立杆或横杆的方式提供线装连续覆盖，智慧低空场景需要通信网络在无人机感知区域提供泛在无缝的区域覆盖，智慧生活场景需要通信网络满足室内、工厂等热点场景的高容量大速率需求。在5G网络基础上，我们从感知工作模式、无线空口、网络架构、感知测量量等方面分析通信感知融合的潜在标准化影响。6.1 感知工作模式针对不同场景、不同应用、不同感知需求对多样化感知收发工作模式的需求，如图30所示，根据感知信号发送和接收方式的不同，具体主要分为基站自发自收、基站间协作感知、基站发终端收、终端发基站收、终端自发自收以及终端间协作感知六种工作模式。基站自发自收工作模式与传统雷达感知工作模式相似，主要挑战是如何处理收发信号之间的干扰，例如可以通过独立的收发天线以实现发送和接收硬件隔离的方式获取独立的收发信号。基站间协作感知工作模式能够实时适配感知目标和环境的位置，尤其适用于高速公路或高铁等高速移动场景，为其提供接近全域覆盖的感知服务。基站间协作感知主要挑战是基站间精准同步，多基站间的资源调度以及小区间上下行交叉链路干扰消除等。基站发终端收或终端发基站收工作模式通过下行或上行无表22 智慧网络感知业务指标需求标准化影响51I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)6.2 无线空口影响在无线空口方面，对于自发自收工作模式，以基站自发自收模式为例，如图31所示，基站侧发送通信信号，并接收回波进行感知，这里有两种候选方案：（1）将感知信号发射与接收天线隔离或者设计新的接收机；（2）改变现有的信号帧结构来实现自发自收。方案（1）的第一种实现方式是通过2个独立的基站实现发射和接收天线的物理隔离，对标准化影响较小（可能涉及基站间交互）；第二种实现方式是基于现有基站实现全双工发射和接收，会极大改变基站侧原有设计，增加了新的硬件资源、空口资源。方案（2）则需要改变现有信号数据格式内容，对标准化影响较大，但硬件改动影响较小。线通信信号进行测量感知。终端自发自收工作模式与基站自发自收工作模式类似，主要挑战是终端发送功率较低、天线数较少，导致终端感知范围和感知精度性能受限。此外受限于能力和成本，终端侧收发的干扰隔离实现比基站侧更困难。终端间协作感知多用于局域感知场景，例如基站感知直射径较少的场景，并以协作的方式扩展终端感知范围。同时随着智能设备的发展，智能化终端设备数目和种类越来越多，终端间协作感知将有效提升感知性能和效率。图30 通信感知融合工作模式I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)52对于协作感知工作模式，以基站间协作模式为例，如图32所示，基站A发送通感信号，基站B接收反射信号。最终数据分析可以在基站A也可以在基站B。基站间协作感知工作模式，需要各基站之间进行同步，并进行信息协同交流，需要增加资源协调，并对资源进行处理。图31 基站自发自收模式图32 基站间协作模式53I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)对于基站发终端收或者终端发基站收的工作模式，如果复用现有通信下行或上行参考信号，那么需要标准化讨论潜在的感知测量量增强，对空口影响较小。如果需要增加空口感知测量资源或者对现有无线测量资源/信号进行增强，则需要标准化讨论感知参考信号配置及发送方式、感知信号与通信信号复用方式等。如果是基站发送下行感知测量信号，终端进行测量，终端将测量结果上报给基站和核心网感知功能网元，还需要定义感知测量量上报流程以及相关数据格式。此外，还需要考虑感知信号波束管理增强，例如基站指示相关波束进行全空域检测，以满足感知覆盖要求，并提供连续覆盖。6.3 网络架构影响在通感网络架构方面，需要增加感知功能网元，负责网络感知能力的对外（终端和第三方应用）开放、根据外部服务请求对终端的管控、以及对上报的感知测量数据的处理。感知功能网元的逻辑位置、功能定义、针对功能所需的输入（如必要测量）与输出、与其他网元的交互、新的标准化接口的引入与定义等方面均具有标准化影响。通感网络架构应支持上述六种感知工作模式，并且支持感知模式的选择、修改和多种感知模式的协作。此外，考虑到并非所有网络设备和终端都支持感知能力，故需要考虑为感知服务选择支持感知能力的网络设备和终端，并为其配置执行感知所需要的相关参数。感知数据的收集和处理较为关键，考虑到计算量和传输数据量，可能需要在终端或基站对接收到的信号信息进行一些必要的初步处理，得到感知测量数据后再上报给核心网，或者直接在基站侧对感知数据进行处理得到测量数据。除上述内容外，在5G网络中引入通感融合技术还会对安全、隐私、监管和计费等方面存在标准化影响，需进一步考虑。6.4 感知测量量需求感知测量通过对感知信号进行处理，获得目标对象的距离、速度、角度、多普勒、信号强度、信道状态等测量量。针对距离测量量：对于自发自收感知工作模式，测量发射波与目标回波之间的时间延迟t，从而得到目标与测量点之间的距离R=Ct/2，其中光速C=3108m/s；对于A发B收工作模式，测量发送信号和接收信号之间的时间延迟t以及根据接收信号AoA（Angle of Arrival,到达角）综合确定感知目标位置信息。针对速度测量量：利用目标运动产生的多普勒效应，通过测量感知信号的多普勒频率来推导目标速度，其中多普勒频率fd=v/，其中v为目标运动速度，为信号波长。针对角度测量量：通过不同波束感知信号间的强度差异或多相位中心感知信号的相位差异测定目标角度。智慧生活场景根据信道状态信息CSI的变化特征可以得到呼吸监测、入侵检测、手势/姿态识别、健身监测和天气监测等感知结果。针对呼吸监测，主要测量量为多普勒，根据信道状态信息CSI的变I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)54 通信感知融合基于移动通信基础设施面向行业实现一网多能。通信网络在满足通信业务要求的前提下将使能感知业务，一方面支持更丰富应用业务提高网络资源的利用效率，另一方面可以通过感知为业务智能和网络智能提供基础支撑能力。本研究报告针对通信感知融合的四大典型应用场景，包括智慧交通、智慧低空、智慧生活和智慧网络场景中的二十四大典型应用案例，分析了基于通信基础设施使能感知业务的潜能，以及对应场景下的感知业务性能指标要求，汇总通信感知融合需求指标如附录2所示。面向智慧交通场景、智慧低空场景、智慧生活场景，基于移动通信网络进行位置、速度、角度等信息探测感知，构建低成本、高精度、无缝泛在的感知网络。面向智慧网络场景，基于感知信息辅助基站或终端波束管理、信道估计、能耗节省、资源调度与优化等，提升通信系统性能。化特征可以得到呼吸频率、呼吸深度以及睡姿等感知结果。针对入侵检测，主要测量量为信号强度，根据RSSI（Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示）或RSSI方差特征变化判断检测区域内目标移动，也可以同时利用频域信道响应中的幅度和相位信息进一步提高检测准确度，尤其是NLOS场景检测性能。针对手势识别，主要测量量为幅度、相位和多普勒，根据提取的CSI信号相位的变化特征可以得反射路径长度变化特征，区分不同动态手势25。针对健身监测，主要测量量为多普勒，根据对CSI进行时域分割对重复性运动进行计数，通过对多普勒域信号分布特征的分析识别不同健身运动。针对降雨检测，主要测量量为信号强度，无雨/小雨/中雨/大雨时RSSI的概率密度函数具有不同的均值和方差特征26，利用RSSI瞬时值、均值和方差进行降雨水平的分类，需要无雨时的RSSI参考值对所有数据进行归一化，以排除其他衰减因素的影响，对于降雨量分类可以采用AI（Artificial Intelligence，人工智能）的方法。以上测量量包括了现有系统支持的信道测量信息（如RSSI、CSI等）以及新的测量量（如角度、速度、信号时间延迟等）。随着通感技术研究的发展以及通感业务的演进，预计后续还会有潜在新的感知测量量引入。在标准中将会涉及现有测量信息是否支持感知业务指标需求的评估，是否改进现有参考信号或引进新的参考信号设计支持更高要求的测量或者新的测量量的研究。总结与建议55I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)1 C-V2X Use Cases Volume II:Examples and Service Level Requirements,5GAA,2020.10.20.2 高速铁路设计规范（TB10261-2014），国家铁路局，2014.12.1.3 3GPP TR 22.837:Feasibility Study on Integrated Sensing and Communication,Release 19.4 2019年无人机云数据统计报告，民用无人机检验中心，2020.7.13.5 无人驾驶航空器飞行管理暂行条例（征求意见稿），中央军委空中交通管制委员会，2018.1.26.6Moore,ErikGeorge,RadarDetection,TrackingandIdentificationforUAVSenseandAvoidApplications(2019).通感融合发展目前处于初期阶段，本研究报告综合产业界的观点和需求研究了当前主要潜在通感融合应用案例，旨在为通感融合的空口技术研究、网络架构设计以及设备的研发试验提供参考，并推动通感融合应用产业发展。针对后续进一步推进加快通感融合技术与产业发展，我们提出以下建议：加强通感融合关键技术研究。通信网络使能感知将包括多方面的关键技术研究，在网络架构侧中将引入新的感知功能，以及感知流程和感知业务的管理；在无线空口侧中涉及感知通信融合波束管理、感知测量相关的信号设计与测量结果获取等方面研究。此外，与其他新兴技术如人工智能技术融合研究以增强通感性能也是一个重要方向。建议结合通感融合应用场景需求，对通感融合关键技术亟待解决主要问题进行深入研究，寻求对应解决方案使能通信网络基础感知应用能力。加快试验验证网络通感融合能力。建议通过试验进一步验证通感融合关键技术性能，包括不同通信频段的通感融合技术研发，和在不同应用场景下的性能验证。考虑结合5G-A商用技术试验，以探索5G-A网络可支持的感知场景，推动5G-A感知能力建设和感知新应用发展，为后续6G通感融合的系统设计作重要参考。加强与垂直行业合作。建议与不同应用场景下的垂直行业加强合作，一起探索通感融合应用需求，充分考虑应用场景的特点和关键问题，为关键技术的研究与标准化提供重要指导，使得研发技术与设备能切实满足产业化需求。IMT-2020(5G)推进组通信感知融合任务组愿携手通信感知产业相关企业与组织、垂直行业、科研机构与高校等加强合作，一起推动通信感知融合技术与应用的发展。参考文献I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)56 Electronic Theses and Dissertations.1544.7S.Yue,H.Hao,H.Wang,etal.ExtractingMulti-PersonRespirationfromEntangledRFSignals.ProceedingsoftheACMonInteractive,Mobile,WearableandUbiquitousTechnologies,2018,2(2):1-22.8Y.Zeng,J.Liu,J.Xiong,etal.“ExploringMultipleAntennasforLong-rangeWiFiSensing.”Proceedingsofthe ACM on Interactive,Mobile,Wearable and Ubiquitous Technologies,2021.9C.DouandH.Huan.“FullRespirationRateMonitoringExploitingDopplerInformationwithCommodityWi-FiDevices.”.Sensors(Basel,Switzerland).2021May;21(10):3505.10 W.Zhuang,Y.Shen,L.Li,C.Gao and D.Dai.“Develop an Adaptive Real-Time Indoor Intrusion Detection SystemBasedonEmpiricalAnalysisofOFDMSubcarriers.”Sensors(Basel,Switzerland).2021Mar;21(7):2287.11 J.Lv,D.Man,W.Yang,X.Du and M.Yu,Robust WLAN-Based Indoor Intrusion Detection Using PHY Layer Information.IEEEAccess,vol.6,2018,pp.30117-30127.12K.Qian,C.Wu,Z.Yang,Y.LiuandZ.Zhou.PADS:PassivedetectionofmovingtargetswithdynamicspeedusingPHYlayerinformation.201420thIEEEInternationalConferenceonParallelandDistributedSystems(ICPADS),2014,pp.1-8.13O.ZhangandK.MudraSrinivasan.Mudra:User-friendlyfine-grainedgesturerecognitionusingWiFisignals.Proceedingsofthe12thInternationalonConferenceonemergingNetworkingEXperimentsandTechnologies.2016.14Y.Zheng,etal.Zero-effortcross-domaingesturerecognitionwithWi-Fi.Proceedingsofthe17thAnnualInternationalConferenceonMobileSystems,Applications,andServices.2019.15Venkatnarayan,H.Raghav,GriffinPage,andMuhammadShahzad.Multi-usergesturerecognitionusingWiFi.Proceedingsofthe16thAnnualInternationalConferenceonMobileSystems,Applications,andServices.2018.16 W.Chen,et al.Robust dynamic hand gesture interaction using LTE terminals.2020 19th ACM/IEEE InternationalConferenceonInformationProcessinginSensorNetworks(IPSN).IEEE,2020.17S.Li,X.Li,Q.Lv,G.TianandD.Zhang.WiFit:UbiquitousBodyweightExerciseMonitoringwithCommodity Wi-Fi Devices.2018 IEEE SmartWorld,Ubiquitous Intelligence&Computing,Advanced&Trusted Computing,ScalableComputing&Communications,Cloud&BigDataComputing,InternetofPeopleandSmartCity Innovation,2018.18Cardenas,J.D.;Gutierrez,C.A.;Aguilar-Ponce,R.“Influenceoftheantennaorientationonwifi-basedfalldetectionsystems.”Sensors2021,21,5121.57I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)19Borhani,A.;Ptzold,M.;Yang,K.“Time-FrequencyCharacteristicsofIn-HomeRadioChannelsInfluencedbyActivitiesoftheHomeOccupant.”Sensors2019,19,3557.20Ji,S.J.;Xie,Y.X.;Li,M.“SiFall:PracticalOnlineFallDetectionwithRFSensing.”SenSys2022.2022,November 6-9,563-577.21 Mark，A.Richards等著，雷达信号处理基础，电子工业出版社，2017.22Messer,Hagit,andLiorGazit.Fromcellularnetworkstothegardenhose:Advancesinrainfallmonitoringviacellularpowermeasurements.2016IEEEGlobalConferenceonSignalandInformationProcessing(GlobalSIP).IEEE,2016.23Messer,Hagit,ArtemZinevich,andPinhasAlpert.Environmentalmonitoringbywirelesscommunicationnetworks.Science312.5774(2006):713-713.243GPPTR38.901,“Studyonchannelmodelforfrequenciesfrom0.5to100GHz.”(v17.0.0),2022.25 W.Chen,et al.Robust dynamic hand gesture interaction using LTE terminals.2020 19th ACM/IEEE InternationalConferenceonInformationProcessinginSensorNetworks(IPSN).IEEE,2020.26F.Beritelli,G.Capizzi,G.LoSciuto,C.NapoliandF.Scaglione.RainfallEstimationBasedontheIntensityoftheReceivedSignalinaLTE/4GMobileTerminalbyUsingaProbabilisticNeuralNetwork.IEEEAccess,vol.6,2018,pp.30865-30873.I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)58附录附录1：感知业务指标定义表23 感知业务指标定义59I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)附录2：感知业务指标需求汇总表24 通感融合典型应用场景感知业务指标需求I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)60表24 通感融合典型应用场景感知业务指标需求续表61I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)表24 通感融合典型应用场景感知业务指标需求续表I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)62表24 通感融合典型应用场景感知业务指标需求续表63I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)缩略语I M T-2 0 2 0(5 G)推 进 组5G-Advanced通感融合场景需求研究报告(第二版)64单位全称(排名不分先后)中国信息通信研究院中国移动通信集团有限公司中国联合网络通信集团有限公司中兴通讯股份有限公司维沃移动通信有限公司华为技术有限公司中国电信集团有限公司中国信息通信科技集团有限公司OPPO广东移动通信有限公司小米科技有限责任公司Apple Inc.（苹果公司）主要贡献单位

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-1-2023 年年 7 月月 17 日第日第21期总第期总第 600 期期5G的社会经济效益：低频段频谱的重要性的社会经济效益：低频段频谱的重要性【译者按】【译者按】2023 年 4 月，全球移动通讯系统协会（GSMA）发布了5G的社会经济效益：低频段频谱的重要性报告。报告认为，具有优越传播性和穿透力的低频段频谱是推动数字平等的关键因素，它能够有效缩小城乡地区之间的数字鸿沟。2030 年，低频段 5G 预计将贡献 1300 亿美元的GDP，其中一半将来自大规模物联网（mIoT）。除宏观经济效应之外，低频段 5G 应用还将提升移动技术带来的社会和环境效益。此外，报告还指出，将超高频频谱更多地用于移动宽带，而不是继续用于广播，可以创造更大的价值。赛迪智库信息化与软件产业研究所对报告进行了编译，期望对我国有关部门有所帮助。【关键词】低频段频谱；【关键词】低频段频谱；5G 网络；社会经济效益网络；社会经济效益-2-目前在大多数国家，用于 5G 的主要低频段是在 600MHz 和700MHz 频率，而 800MHz 和 900MHz 频率用于前几代。低频段频谱比较而言具有两大特点：其一，低频段频谱具有优越的传播特性；其二，低频段频谱具有卓越的楼内穿透力。截至 2022 年底，在全球 86 个国家中，已有 252 个商用 5G 网络，为超过 10亿个 5G 连接提供服务，其中近一半的移动运营商都将 600MHz或 700MHz 用于 5G。到 2030 年，预计全球将有超过 50 亿个 5G连接，带动 GDP 增长近 1 万亿美元。一、低频段频谱在部署一、低频段频谱在部署 5G 网络中的作用（一）低频段频谱将成为推动数字平等的关键因素网络中的作用（一）低频段频谱将成为推动数字平等的关键因素低频段频谱可满足 5G 部署的两项关键要求：低频段频谱具有优越的传播特性，特别适合用来覆盖乡村和偏远地区（见图 1），对于有大量人口生活在乡村和人口稀少地区的中低收入国家尤为重要，如果没有足够的低频段频谱，农村人口可能会被排除在最新的数字技术之外。低频段频谱能够更好地穿透建筑物，服务于建筑林立的区域，提供室内“深层”覆盖，提升城市地区的容量。根据不同的场地和住宅类型，室内流量可占总移动流量的 30%到 70%。此外，低频段的流量占比往往比其容量占比要大-3-（见图 2），分配足够的低频段频谱对于满足城市和乡村地区的长期 5G 需求至关重要。3.7倍距离2.9倍距离1.4倍距离1.2倍距离来源：5G 的低频段频谱图 1：各频段覆盖率对比1GHz以下中频段频谱占比容量占比流量占比来源：5G 的低频段频谱图 2：1GHz 以下的频谱、容量和流量占比（二）将（二）将 600MHz 和和/或或 700MHz 频段用于频段用于 5G 的国家实现了更快的部署的国家实现了更快的部署-4-如图 3 所示，截至 2022 年底，在已经推出 5G 的国家，有近一半的移动运营商都将是 600MHz 或 700MHz 用于 5G。图 4 显示，使用 600MHz 或 700MHz 频段部署 5G 的国家的人口覆盖率明显高于未使用的国家。5G网络中使用600MHz或700MHz5G网络中未使用600MHz或700MHz尚没有5G网络注：分析基于至少有一家运营商积极使用 600MHz 或 700MHz 频率提供 5G 服务（无论其是否被认定为国际移动通信运营商）。来源：全球移动通信系统协会智库图 3：使用 600MHz 或 700MHz 频段的 5G 网络的国家（2022 年第四季度）-5-使用600Mhz或700MHz的国家未使用600Mhz或700MHz的国家来源：全球移动通信系统协会智库图 4：平均 5G 网络人口覆盖率（2022 年第四季度）（三）低频段使消费者拥有更好的（三）低频段使消费者拥有更好的 5G 体验体验图 5 表明，低频段百分比与 5G 可用性大致呈正相关关系，在使用低频段频率连接的国家，消费者能够获得更好的 5G 信号。在美国，运营商能够使用 600MHz 频段，因此拥有更强劲的5G 可用性，5G 设备的消费者比在其他国家有更大概率将时间用在 5G 网络上。-6-5G可用性可用性低频段百分比低频段百分比美国丹麦希腊澳大利亚荷兰葡萄牙中国加拿大芬兰法国德国捷克意大利英国西班牙波兰奥地利日本瑞典比利时匈牙利注：“5G 可用性”是指 2022 年第三季度，在所有使用 5G 设备的用户中，用在 5G 网络的时间占比。“低频段百分比”是指使用低频段频谱（600MHz、700MHz、800MHz、850MHz 或 900MHz 频率）进行扫码的设备占比。来源：Ookla 测速智库图 5：2022 年第三季度 5G 可用性和低频段频谱的使用情况还有证据表明，低频段频率能够改善用户体验，特别是在室内。图 6 比较了澳大利亚、加拿大和日本最大城市的室内 5G 信号强度。在澳大利亚和日本使用 700MHz 频段，以及在加拿大使-7-用 600MHz 频段连接的消费者，其室内信号质量均优于本国使用中频段连接的消费者。日本加拿大澳大利亚参考信号接收功率（分贝毫瓦）注：分析基于 2022 年第三季度按频段对悉尼（澳大利亚）、多伦多（加拿大）和东京（日本）市中心地区建筑内所有消费者扫码时的加权平均参考信号接收功率（RSRP）。来源：Ookla 测速智库图 6：2022 年第三季度使用低频段、中频段频谱的室内信号强度二、低频段二、低频段 5G 的社会经济效益（一）的社会经济效益（一）2030 年，年，5G 预计将额外拉动预计将额外拉动 GDP 近近 1 万亿美元，其中低频段将贡献约万亿美元，其中低频段将贡献约 1300 亿美元的经济价值亿美元的经济价值-8-十亿美元来源：全球移动通信系统协会智库图 7：低频段 5G 对全球 GDP 的预计影响全球移动通信系统协会智库的研究表明，在 2000 年至 2017年间，移动宽带普及率每增加 10%，GDP 就会增加 0.5%至 1.2%。此后推出的 3G 和 4G 网络产生了越来越大的影响，当 2G 连接升级到 3G 时，经济效应增加了 15%，当 2G 连接升级到 4G 时，经济效应增加了 25%。基于上述证据，2030 年，预计 5G 将为全球经济额外产生超过 9500 亿美元的 GDP，约占全球预测 GDP 的 0.7%。其中，低频段 5G 预计将占 1300 亿美元（占 5G 总效益的 14%）；中频段5G将为全球GDP带来6100亿美元的增量（占5G总效益的63%）；高频段 5G 带来了另外 2200 亿美元的 GDP 增量（占 5G 总效益的23%）-9-（二）大规模物联网将驱动低频段一半的经济效应（二）大规模物联网将驱动低频段一半的经济效应图 8 显示，低频段一半的经济效应将通过大规模物联网的作用来实现。低频段频谱提供的广域覆盖可以有效提高大规模物联网应用生产力和降低生产成本，在制造业、交通运输、智慧城市和农业等多个经济领域的数字化转型中具有重要作用。其余的经济效应将由增强移动宽带和固定无线接入来驱动。2030年对GDP总量影响的百分比增强移动宽带增强移动宽带固定无线接入固定无线接入大规模物联网大规模物联网智能手机可穿戴设备增强现实/虚拟现实郊区和乡村地区的高速宽带综合自动化协作机器人远程对象操作低频段频谱将在难以到达的地方（室内深层、建筑林立的区域）以及乡村地区提供增强移动宽带覆盖低频段频谱将提供更广泛和更低成本的固定无线接入连接，从而在郊区和乡村地区提供高速宽带许多物联网用例（例如精准农业）同时需要广域覆盖和人口覆盖。低频段频谱最适合提供这类服务，尤其是在注重覆盖率而非速度和延迟的情形下来源：全球移动通信系统协会智库图 8：低频段 5G 的效益（按用例划分）案例研究案例研究 1：物联网和智能耕作：物联网和智能耕作2022 年，泰国的运营商 Dtac 宣布，他们利用配备物联网（IoT）和机-10-器学习（ML）技术的 700MHz 频谱 5G 网络，在养殖灵芝菌的探索中取得了重大突破。研究人员收集有关栽培因子的关键数据，并记录高分辨率多光谱图像用于作物检查。由此产生的知识和专业技能可以传授给寒冷地区的农民，从而可持续地提升其生活质量和收入。智能耕作的一个有效案例是约翰迪尔公司（农业设备供应商）在拖拉机上推出的智能传感器技术。传感器可以发送实时数据以确保种子被播撒到适宜的深度、获得适量的水、合理使用除草剂和杀虫剂。借助 5G 的更广泛和快速的连接，更好地实现实时农场管理，从而提高作物产量。案例研究案例研究 2：5G 固定无线接入固定无线接入5G 能够提供比 4G 固定无线接入高 10 倍以上的速度，并大大缩小与光纤和有线宽带之间的性能差距。5G 固定无线接入的一个关键商业案例是那些缺乏固定宽带接入或固定宽带服务不佳的区域，这些区域通常集中在城市边缘和乡村地区。随着更多 1GHz 以下的频谱被部署在单个基站上，可以服务更多的固定无线接入用户，降低单个固定无线接入连接的成本，增加郊区和乡村固定无线接入数量。全球移动通信系统协会智库的研究发现，与乡村和郊区的光纤入户相比，使用 5G 固定无线接入可以节约 70%至 80%的成本。在美国，5G 固定无线接入的用户数量于 2022 年底达到 300 多万个，-11-预计到 2025 年将增加到 1000 多万个，大多数客户选择换成 5G 都是因为它比其他固定服务的价格更低。T-Mobile 是主要的固定无线接入供应商之一，其超过四分之三的用户都位于郊区或乡村地区，且大多数用户的接收速度都超过 100 Mbps。在乡村地区，拥有足够的低频段频谱往往是实现5G 固定无线接入预期速度的唯一途径，特别是对距离基站较远的家庭而言。其他 5G 固定无线接入使用率增加的国家包括：意大利、澳大利亚、奥地利、巴林和菲律宾。预计到 2025 年，这些国家的 5G 固定无线接入家庭普及率都将超过 10%。在印度，运营商已经宣布计划推出商用 5G 固定无线接入服务。Reliance Jio 已经获得了 700MHz 频段的频谱，其目标是用固定无线接入连接 1 亿个位置。（三）多个经济领域将因低频段而受益（三）多个经济领域将因低频段而受益低频段频谱的效益惠及多个经济领域。其中制造业将受益最多，达到 510 亿美元（见图 9），占低频段效益的 40%，而其他行业（比如公共部门、服务业和交通运输）也将占经济效益的很大一部分。此外，其他行业（比如零售业和农业）还将推动特定地区的大部分低频段效益（参见“按地区划分的低频段社会经济效益”）。-12-农业和采矿业美元零售业金融业信息通信技术交通和建设服务业公共事业制造业40亿美元亿美元40亿美元亿美元50亿美元亿美元100亿美元亿美元110亿美元亿美元220亿美元亿美元240亿美元亿美元510亿美元亿美元来源：全球移动通信系统协会智库图 9：2030 年低频段 5G 频谱对全球 GDP 的预计贡献（按行业划分）除宏观经济效应以外，5G 还有着更广泛的社会和环境效益，低频段可以帮助更多人受益。相关的例子包括：减贫减贫移动宽带减少了贫困。例如，在 2010 年至 2016 年间，移动宽带在尼日利亚帮助 250 万人摆脱了极端贫困。福祉福祉移动宽带所有权与互联网连接相结合，可以提高人们生活便利性。教育教育移动宽带提高了教学质量，促进了阅读和提高识字率。2021 年，全世界约有 25 亿人使用移动宽带来改善自身或子女的教育。-13-医疗医疗移动电话与改善医疗结果有关，包括降低孕产妇和儿童死亡率。2021 年，全世界约有 21 亿人使用移动宽带获取医疗信息。就业就业移动宽带改善了劳动力参与和带薪就业，因为它能更加有效地实现雇主和求职者匹配。2021 年，全球有超过 10 亿人使用移动宽带寻找或申请工作。金融包容性金融包容性移动宽带有助于缩小中低收入国家的金融排斥差距，截至 2021年底，注册的移动货币账户已超过 13.5 亿个。在撒哈拉以南非洲地区，每三个成年人中就有一人拥有移动货币账户。环境和气候变化环境和气候变化移动技术可以实现碳减排，且仅有移动网络自身碳足迹碳排量的十分之一。在运营商拥有足够的低频段频谱的前提下，特别是在乡村和城市边缘地区，未来 5G 服务的部署与应用将能够带来更广泛的社会、经济和环境效益。三、按地区划分的低频段社会经济效益三、按地区划分的低频段社会经济效益低频段的经济效益因地理区域而异，具体取决于宏观经济因-14-素、各经济体对于采用新技术的准备情况，以及每个国家的经济结构。虽然从绝对意义上讲，最大的经济体必然产生最大的 5G 效益，但是相对而言，低频段有望为中低收入国家拉动更多的 GDP，特别是光纤基础设施部署不足的国家。（一）美洲（一）美洲2030 年，低频段 5G 将为美洲贡献 GDP 约 350 亿美元。其中大部分来自北美地区，根据预测，北美将在 2030 年前发展为成熟的 5G 市场。然而，低频段 5G 有望在拉丁美洲和加勒比地区带动增长更高的 GDP（表 1）。表 1：美洲：2030 年低频段 5G 对 GDP 的贡献地区地区低频段低频段 5G 贡献（单位：十亿美元）贡献（单位：十亿美元）占占 GDP 的百分比的百分比美洲美洲350.08%北美260.07%拉丁美洲和加勒比地区90.11%来源：全球移动通信系统协会智库低频段 5G 将主要惠及北美的制造业、公共部门和服务业。而在拉丁美洲和加勒比地区，零售业在经济活动中的占比巨大，-15-因此低频段对于零售业也将至关重要（见图 10、图 11）。5G 连接可在低频段的加持下助力优化零售业供应链，并改善客户体验。北美洲制造业公共事业服务业信息通信技术金融业农业和采矿业交通和建设来源：全球移动通信系统协会智库图10：北美洲：2020 年至2030 年低频段5G 对GDP 的贡献（按行业划分）制造业公共事业服务业金融业农业和采矿业交通和建设拉丁美洲信息通信技术零售业来源：全球移动通信系统协会智库图 11：拉丁美洲和加勒比地区：2020 年至 2030 年低频段 5G 对 GDP 的-16-贡献（按行业划分）（二）亚太地区（二）亚太地区亚太地区的经济呈多元化态势，东亚和澳洲拥有发达的数字经济，南亚则以农业经济为主。预计到 2030 年，亚太地区的绝大部分低频段 5G 效益将来自东亚和太平洋地区（由中国主导），相对而言，低频段将在东南亚带动增长更高的 GDP。在南亚，5G的影响较小，但随着 5G 的进一步采用，预计将从 2030 年开始增加（表 2）。表 2：亚太地区：2030 年低频段 5G 对 GDP 的贡献地区地区低频段低频段 5G 贡献（单位：十亿美元）贡献（单位：十亿美元）占占 GDP 的百分比的百分比亚太地区亚太地区620.11%东亚和太平洋地区470.11%南亚70.09%东南亚80.14%来源：全球移动通信系统协会智库低频段 5G 将主要被用于制造业，特别是在中国。作为全球领先的5G市场，中国十分擅长将新的5G应用融入高科技制造业。在南亚和东南亚，农业和零售业在经济产出中的占比较大，-17-低频段将更多地被用于这些行业。亚太地区制造业公共事业服务业金融业农业和采矿业交通和建设信息通信技术零售业图 12：亚太地区：2020 年至 2030 年低频段 5G 对 GDP 的贡献（按行业划分）（三）欧洲（三）欧洲低频段将助力大多数欧洲国家在十年内实现高水平的 5G 覆盖和采用，并在 2030 年为欧洲带来约 260 亿美元的经济增长（表3），约占全球低频段 5G 效益的五分之一。表 3：欧洲：2030 年低频段 5G 对 GDP 的贡献地区地区低频段低频段 5G 贡献（单位：十亿美元）贡献（单位：十亿美元）占占 GDP 的百分比的百分比欧洲欧洲260.08%来源：全球移动通信系统协会智库-18-低频段 5G 将主要影响制造业、服务业和公共部门。例如，智慧城市和公用电网等应用将助力公共部门和交通运输业，而增强的室内深层覆盖和网络质量将进一步促进包括大规模物联网在内的惠及制造业的用例。欧洲制造业公共事业服务业金融业农业和采矿业交通和建设信息通信技术零售业图13：欧洲：2020 年至2030 年低频段5G 对GDP 的贡献（按行业划分）（四）通信领域区域共同体（四）通信领域区域共同体对于通信领域区域共同体地区的国家而言，2030年低频段5G预计将为 GDP 贡献约 30 亿美元的效益，增幅超过 0.1%（表 4）。表 4：通信领域区域共同体：2030 年低频段 5G 对 GDP 的贡献地区地区低频段低频段 5G 贡献（单位：十亿美元）贡献（单位：十亿美元）占占 GDP 的百分比的百分比通信领域区域共同体通信领域区域共同体30.11%-19-来源：全球移动通信系统协会智库低频段 5G 将在该地区的各行各业得到应用，包括零售业、石油和天然气、制造业以及交通运输。例如，5G 应用有望提高运营效率，并通过提供及时维护来防止设备故障，从而提高石油和天然气工厂的安全性和生产力，其用例包括远程设备控制、智能监控和 5G 支持的人工智能。通信领域区域共同体公共事业服务业金融业交通和建设信息通信技术零售业制造业农业和采矿业（包括石油和天然气）其他图 14：通信领域区域共同体：2020 年至 2030 年低频段 5G 频谱对 GDP 的贡献（按行业划分）（五）中东和北非地区（五）中东和北非地区对于中东和北非（MENA）地区的国家而言，2030 年低频段5G 预计将为 GDP 贡献约 40 亿美元的效益，增长 0.08%（表 5）。-20-表 5：中东和北非地区：2030 年低频段 5G 对 GDP 的贡献地区地区低频段低频段 5G 贡献（单位：十亿美元）贡献（单位：十亿美元）占占 GDP 的百分比的百分比中东和北非地区中东和北非地区40.08%来源：全球移动通信系统协会智库低频段 5G 对中东和北非地区的石油和天然气行业、制造业、公共部门和零售业尤为重要。海合会国家是该地区的 5G 先驱，拥有极高的城市化率，5G 完全能够实现智慧城市服务，从而帮助减少污染和交通拥堵、减轻对气候变化的影响，以及更有效地管理经济资源。公共事业服务业金融业交通和建设信息通信技术零售业制造业农业和采矿业（包括石油和天然气）中东和北非地区图 15：中东和北非地区：2020 年至 2030 年低频段 5G 对 GDP 的贡献（按行业划分）-21-（六）撒哈拉以南非洲地区（六）撒哈拉以南非洲地区2030 年低频段 5G 将有望为撒哈拉以南非洲地区带来近 30亿美元的经济效益，约占 GDP 的 0.08%左右（表 6）。虽然 5G普及率可能较低，但到 2030 年其在该地区的相对影响将与欧洲和北美类似，从而为撒哈拉以南非洲地区在二十一世纪三十年代实现更大的低频段 5G 效益铺平道路。表 6：撒哈拉以南非洲地区：2030 年低频段 5G 对 GDP 的贡献地区地区低频段低频段 5G 贡献（单位：十亿美元）贡献（单位：十亿美元）占占 GDP 的百分比的百分比撒哈拉以南非洲地区撒哈拉以南非洲地区30.08%来源：全球移动通信系统协会智库低频段 5G 应用将主要由农业、采矿业和零售业使用并从中受益。将物联网应用于智能耕作和农业，低频段可实现广域覆盖，这对于推动农业领域的数字化转型尤为重要。-22-公共事业服务业金融业信息通信技术零售业制造业农业和采矿业撒哈拉以南非洲地区交通和建设图 16：撒哈拉以南非洲地区：2020 年至 2030 年低频段 5G 对 GDP 的贡献（按行业划分）四、将超高频频谱更多地用于移动宽带，而不是继续用于广播，可以创造更大的价值四、将超高频频谱更多地用于移动宽带，而不是继续用于广播，可以创造更大的价值研究发现，将超高频频谱分配给移动宽带，其节约的成本大大超过了为确保消费者继续获得所需的广播服务而产生的成本。这反映了 5G 带宽需求的不断增长和数字地面电视需求的普遍下降，该趋势很大程度上是由交互式网络电视和点播观看的兴起所推动。因此，分析结果表明，将超高频频谱更多地用于移动宽带，而不是继续用于广播，可以给社会带来更大的价值。具体效果因每个市场的情况而定，取决于预期的 5G 采用水-23-平、人口水平和分布，以及电视观众对数字地面电视的依赖程度。因此，应避免对所有国家的超高频频谱采取一刀切的做法，各国政府均应推行能够为本国民众创造最大经济和社会价值的频谱政策。效益成本比效益（净现值，百万美元）效益成本比效益（净现值，百万美元）设定设定1：在典型的欧洲国家分配80MHz频谱设定设定2：在典型的欧洲国家分配224MHz频谱设定设定3：在典型的中东国家分配80MHz频谱设定设定4：在典型的中东国家分配224MHz频谱设定设定5：在典型的非洲国家分配80MHz频谱来源：全球移动通信系统协会智库图 17：超高频频段的成本效益分析结果数字地面电视和移动宽带的应用趋势数字地面电视和移动宽带的应用趋势在多数欧洲和中东国家，数字地面电视网络都是在 2000 或 2010 年代初推出的，作为数字电视转换（DSO）进程的一部分，用以取代模拟广播网络。数字地面电视在提供公共和商业广播服务方面发挥了重要作用，但其-24-应用远未普及。在大多数欧洲国家，数字地面电视都不是主要的电视平台，在半数的欧洲国家中，仅有 20%的家庭将其作为主要电视平台。从时间的变化来看，主要依赖数字地面电视的家庭比例有所下降（见图 17）。同一时期，交互式网络电视的份额却大幅增加。展望未来，欧盟委员会预计这种情况将持续下去。到 2030 年，交互式网络电视家庭的数量将从 4500 万左右增加到 6000 万以上。同时，其他平台预计都将下降，特别是数字地面电视。在阿拉伯国家的数字地面电视也出现了类似趋势，在主要电视平台中的占比不足 20%。在非洲，地面电视的趋势与欧洲或中东不同，但通常用到的频道较少，因此需要的频谱也较少。在有些国家，数字地面电视平台要么已经关闭（例如在瑞士），要么正计划缩减规模，特别是在频道和多路广播数量有限的国家。因此，许多广播公司都将较少的资源放在线性电视频道上，而将更多的资源放在交互式网络电视和点播内容上。相比之下，公众对移动数据和服务的需求持续增长。欧洲、中东和非洲的 5G 连接数量预计将从 2022 年的 1 亿增长到 2030 年的 13 亿，将增长13 倍。爱立信的移动数据流量预测表明，在这些地区，由于持续的互联网和视频需求，以及新用例（比如增强和扩展现实应用）的推动，移动数据流量将从目前的每月 20EB 增加到 2028 年的 72EB 以上。因此，移动宽带需求的增长与数字地面电视收视率的下降趋势形成了鲜明对比。-25-交互式网络电视卫星电视有线电视数字地面电视来源：全球移动通信系统协会智库图 18：2013 年至 2021 年欧盟的主要电视平台占比五、结论（一）如果没有足够的低频段频谱，数字鸿沟就会扩大五、结论（一）如果没有足够的低频段频谱，数字鸿沟就会扩大低频段频谱是推动数字平等的关键因素，它能够缩小城乡地区之间的差距，提供经济实惠的连接。如果没有足够的低频段频谱，数字鸿沟就可能会扩大，生活在乡村地区的人们将被排除在最新的数字技术之外。到 2030 年，预计全球将有超过 50 亿个 5G 连接，带动 GDP增长近 1 万亿美元。据估计，北美地区、欧洲、中国和海合会国家的 5G 将于 2030 年达到成熟，而在许多中低收入国家，5G 的增长将持续到整个二十一世纪三十年代。截至 2022 年底，在已经推出 5G 的国家，有近一半的运营商-26-都选择将 600MHz 或 700MHz 频段用于 5G。与其他未使用600MHz 或 700MHz 的国家相比，这些国家的 5G 覆盖水平更高，且实现了更好的 5G 可用性和室内服务质量。（二）（二）2030 年，低频段年，低频段 5G 预计将贡献预计将贡献 1300 亿美元的亿美元的 GDP2030 年，低频段 5G 预计将创造约 1300 亿美元的经济价值。其中一半将来自大规模物联网（mIoT）。除人口覆盖以外，许多现有和未来的物联网用例也需要广域覆盖，而低频段频谱最适合提供此类覆盖。大规模物联网应用将在多个经济领域的数字化转型中发挥重要作用，包括制造业、交通运输、智慧城市和农业。其余的经济效应将由增强移动宽带（eMBB）和固定无线接入（FWA）驱动，低频段 5G 将为固定网络不发达的地区提供高速宽带连接。除宏观经济效应之外，低频段 5G 应用还将提升移动技术带来的社会和环境效益，包括：减贫；改善福祉；提升医疗卫生、教育和金融服务；以及减少温室气体排放。（三）将超高频频谱更多地用于移动宽带，而不是继续用于广播，可以创造更大的价值（三）将超高频频谱更多地用于移动宽带，而不是继续用于广播，可以创造更大的价值在许多国家，要确保运营商有足够的低频段频谱，可能需要目前用于广播的频率，700MHz 频段以下的额外频率。5G 带宽需求的不断增长和数字地面电视需求的普遍下降形成了鲜明对比。-27-将超高频频谱更多地分配给移动宽带使用，而不是继续用于广播，研究结果发现，其节约的成本大大超过了为确保消费者继续获得所需的广播服务而产生的成本。建议各国政府根据本国 5G 采用水平、人口水平和分布以及电视观众对数字地面电视的依赖程度，推行能够为本国公民创造最大经济和社会价值的政策。译 自：Socio-Economic Benefits of 5G:The importance of low-bandspectrum,March 2023 by the GSMA译文作者：工业和信息化部赛迪研究院刘丽超 杨婧联系方式：13466595569电子邮件：-29-编 辑 部：工业和信息化部赛迪研究院通讯地址：北京市海淀区紫竹院路 66 号赛迪大厦 15 层国际合作处邮政编码：100048联 系 人：袁素雅联系电话：（010）8855954313263204219传真：（010）88558833网址：电子邮件：报：部领导送：部机关各司局，各地方工业和信息化主管部门，相关部门及研究单位，相关行业协会报：部领导送：部机关各司局，各地方工业和信息化主管部门，相关部门及研究单位，相关行业协会

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建成全球最大5G精品网络，提供优质、泛在、安全、可定制的公网和专网连接服务170万 5G基站连续覆盖全国市县城区、乡镇7.2亿 5G套餐用户建成全球最大5G精品网络截至2023年6月截至2023年6月融入百业的5G专网5G应用质量领先5G产品技术领先工信部绽放杯获奖实现五连冠GlOMO国际大奖运营商获奖数量第一由能力单维度拓展到三维四面专网技术体系3.0，加速5G应用既广又深高质量发展基础能力网络部署服务支撑专属上行QoS增强网络切片边缘计算专属网元业务分流公专融合频率协同按单组网自助运维统一入口能力开放超级上行QoS增强网络切片边缘计算网络部署服务支撑业务分流超高可靠高精定位公专融合专属网元频率协同设备定制NPN5G LANTSN孪生可视自助运维统一入口能力开放SLA监控接入安全容灾自愈按单组网二次鉴权超低时延基础能力行业增强QoS增强网络切片边缘计算能力开放超级上行超高可靠超低时延高精定位NPN5G LANTSN二次鉴权业务分流融合部署专属网元频率协同SLA监控容灾自愈接入安全n终端互通，基础通信更便捷n协议适配，简化组网降成本n层二承载，I P 无感易维护二层通信需求：工业互联网PLC远程控制；电力设备二层协议适配等终端互通需求：电力配网差动保护与自愈装置间相互通信等单网关多终端管理需求：智慧楼宇中视频监控、数字采集等500 MES终端及服务器间无线化互通简化现场组网与维护、支持产线灵活调整宁波某铸件加工工厂重庆某家电工厂 云化部署云化部署PLCPLC、SCADASCADA等工业应用，业务扩展等工业应用，业务扩展可可定制、更灵活定制、更灵活 网络与业务一体化集成，网络与业务一体化集成，方案交付方案交付更敏捷更敏捷、成本更成本更可控可控实现PLC南向的无线化，端到端时延稳定小于20ms；HMI无线化改造周期大幅缩短，改善工人作业环境双发选收：5G内生支持会话级高可靠，实现通信数据的可靠送达99.99%对拖链控制系统完成5G无线化改造简化了产线的组网，降低了布线复杂度和成本解决拖链导致平均每月造成20小时/产线级停机的问题山东某洗衣机工厂双频组网：利用2.6G和4.9G双频段，进行冗余覆盖，进一步提升可靠性至99.999%支持全面连接：泛在通信连接 时延有界确定连接 支持全面服务：本地交互网络服务 灵活多样算力服务 一站融合应用服务稳定运行 安全防护 便捷运维 节能降碳5G TSN：5G内生支持确定性，实现抖动控制在100us利用5G进行多轴伺服电机高速啮合运动控制可实现在1500转/s的超高节拍下的精准控制中国移动协同创新基地UPFNW-TTUEDS-TTPLCI/O时间同步：5G支持高精度的时间同步，实现时间精度1us设备规格：采用1U规格服务器，可满足2W用户，20Gbps业务容量设备能力：支持5G-LAN、二次认证、内生确定性等能力设备集成：设备可按需集成边缘/工业应用，并可采用拉杆箱方式，提供集无线、传输、网络于一体的算网业一体集成方案。携手共进，繁荣5G 工厂产业生态加速中国新型工业化进程中国移动研究院中移智库

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5G 产业和市场发展报告产业和市场发展报告（2023Q2）北京电信技术发展产业协会（TD产业联盟）2023 年 7月 TD 产业联盟产业联盟 Telecommunication Development Industry Alliance 市场研究系列市场研究系列 版权声明 本报告版权属于北京电信技术发展产业协会（TD 产业联盟），并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：北京电信技术发展产业协会（TD 产业联盟）”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。目目 录录 第一章 5G 标准与频谱.1 第二章 5G 网络.5 第三章 5G 芯片.13 第四章 5G 终端.22 第五章 5G 应用.28 附件一：5G 频谱分配情况.33 附件二：全球主要国家 5G 战略及政策.38 附件三：中国国家级 5G 相关重点政策规划.40 附件四：中国省市级 5G 政策与规划.41 附件五：国内各省市 5G 基站情况汇总.45 附件六：4G 网络重点数据.46 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）1 第一章 5G 标准与频谱 5G-Adanced 标准制定开始启动，部分企业启动技术测试 98 个国家和地区已（部分）完成 5G 频谱拍卖/分配 我国发布 6GHz 频谱规划，将全部或部分用于 5G、6G 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）2 1.5G-Adanced 标准制定开始启动标准制定开始启动，部分企业启动技术测试，部分企业启动技术测试 随着 3GPP 5G R17 标准，即第三个完整版的 5G 标准的正式冻结，5G技术和标准进入成熟和稳定阶段，5G行业赋能能力进一步完善。现阶段，3GPP 已经启动面向 5G 技术演进标准规范的制定，将通过 R18、R19、R20 三个版本标准定义 5G-Advanced（5G-A）技术，在增强已有能力的同时，进一步拓展实时交互沉浸、智能上行、工业互联、通感一体、千亿物联、天地一体等 5G-A应用场景支持能力。第一个 5G-A标准版本 R18的制定工作于 2021年 12月启动，围绕上行容量增强、覆盖增强、确定性网络、无源物联网、XR（扩展现实）和媒体服务支持等内容开展研究，预计将于 2024 年 3 月冻结。第二个5G-A标准版本R19目前正处于研究探讨阶段，将持续探索新的网络服务能力，包括通信与感知一体化、无源物联网和环境供电物联网、NTN（非地面网络）演进、无人机增强、5G XR 多媒体及元宇宙通信等，预计将在 2025 年底完成 R19标准制定。目前，业界已相继启动 5G-A 关键技术测试与验证，预计最快2024年会有支持 5G-A的商用设备推出。5G 产业和市场发展报告（2023Q2）3 表 1 5G 标准演进特点汇总 信息来源：3GPP、业界 2.全球全球 5G 频谱工作持续推进，超频谱工作持续推进，超 98 个国家地区完成分配个国家地区完成分配 截至 2023 年 6 月底，全球已有超过 140 个国家和地区的监管机构宣布或计划进行 5G 频谱拍卖/分配，并有超过 98 个国家和地区的监管机构已完成部分或全部 5G频谱拍卖/分配，据 TD产业联盟统计，全球 5G 重点频段包括 700MHz、2600MHz、3400-3800MHz 和 24-29.5GHz。其中，已有 74 个国家与地区完成 sub 1 GHz频段频谱的拍卖/分配，89 个国家与地区完成 1-6GHz 频段频谱拍卖/分配，30 个国家与地区完成毫米波频谱的拍卖/分配，详见附件一。3.我国发布我国发布 6GHz 频谱规划，将全部或部分用于频谱规划，将全部或部分用于 5G/6G 2023 年 6 月 27 日，我国工业和信息化部发布新版中华人民共5 5GG 标准标准 R R1515 R R1616 R R1717 R R1818 阶段划分阶段划分 5G 基础标准 5G 完整标准 5G 增强标准 5G-Advanced 冻结时间冻结时间 2019 年 3 月 2020 年 7 月 2022 年 6 月 预计 2024 年上半年 侧重场景侧重场景 eMBB 和基础URLLC eMBB 增强和 uRLLC能力完善 持续扩展 5G-A 技技术术特特性性 增强移动宽带 中低频 eMBB 基础毫米波eMBB 毫米波 eMBB 增强(传输和部署能力)扩展频段：中频、毫米波 多天线能力持续提升 初步拓展空天地覆盖 上行容量提升 实时交互业务容量提升 子带全双工 低时延高可靠 基础 uRLLC 承载 完善 uRLLC 能力 支持时间敏感网络 基础车联网 高容量 uRLLC 更丰富车联网场景 确定性网络 非授权频段支持终端间通信 物联网 NB-IoT 技术支持的 mMTC 5G 核心网支持 NB-IoT 和 eMTC 中高速大连接物联网 Redcap 更复杂 Redcap 无源物联网 AIoT 网络基础能力 服务化架构基础设计 服务化协议定义 网络切片，边缘计算 直连通信（NR-V2X）、米级定位、5G 广播 网络基础能力增强 网络智能化 亚米级定位 多播广播 5G 与人工智能融合 无线空口智能化 网络节能 网络控制中继 覆盖增强 安全 基本安全机制 安全架构演进 物联网安全 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）4 和国无线电频率划分规定，率先在全球将 6GHz（6425-7125MHz）全部或部分频段划分用于 IMT（国际移动通信，含 5G/6G）系统，该划分规定于 2023 年 7 月 1 日正式施行。此次规划中的 6GHz频段是中频段频谱中仅有的大带宽优质资源，兼顾覆盖和容量优势，对于稳定 5G/6G 产业预期、推动 5G/6G 频谱资源全球或区域划分一致具有重要意义。4.工信部工信部批准中国移动批准中国移动 4.9GHz 频段用于频段用于 5G 地空通信试验地空通信试验 2023 年 5 月，我国工信部批复中国移动使用其 4.9GHz 部分 5G频率资源在国内有关省份开展 5G 地空通信（5G-ATG）技术试验。5G-ATG 基于 5G 技术在地面与飞机机舱间建立地空通信链路，使乘客在机舱内通过无线局域网接入方式访问互联网，是实现航空互联网高质量发展的重要技术路径之一。此次工业和信息化部批准中国移动开展 5G-ATG 试验，将进一步提升 5G 网络覆盖的空间维度，拓展 5G的行业应用场景，为 5G行业应用规模发展提供保障。5G 产业和市场发展报告（2023Q2）5 第二章 5G 网络 104 个国家和地区 259 个 5G商用网络 全球 5G基站 448 万个，我国 5G基站 293.7 万个 全球 5G用户 12.2 亿，我国 5G用户 6.76 亿 我国启动全球首个 5G异网漫游试商用 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）6 1.全球商用网络超过全球商用网络超过 259 张张，5G SA 网络部署加速进行网络部署加速进行 全球 5G 网络稳步发展。截至 2023 年二季度末，全球 104 个国家和地区的 259 个运营商推出基于 3GPP 标准的商用 5G 网络，季度新增 5G商用网络 2个，预计 2023 年底 5G商用网络将达到 290 个。图 1 全球 5G商用网络发展情况 数据来源：GSA、TDIA 从商用网络的地区分布来看，欧洲地区 5G商用网络数量最多，38 个国家和地区的 109 个运营商商用 5G，网络数量占比达到 42.0%；其次是亚洲与太平洋地区，25 个国家和地区的 65 个运营商商用 5G，网络数量占比达到 25.1%；北美和拉丁美洲地区共有 16 个国家和地区商用 5G，网络数量达到 41个，网络数量占比达到 15.8%；中东和非洲地区共有 25 个国家和地区商用 5G，网络数量达到 44 个，网络数量占比达到 16.9%。6173102118140160174180200213218224251257259122916222014620135627620501001502002503005G商用网络数量新增5G商用网络数量 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）7 图 2 全球 5G商用网络地区分布情况 数据来源：GSA、TDIA 5G SA商用网络开始加速。截至 2023年二季度末，全球 42个运营商宣布开通 5G SA 商用网络，包括中国移动、中国联通、中国电信、中 国 广 电、T-Mobile、Verazion、AT&T、Dish、Vodafone、Telefonica、STC、Zain、Telekom、KT、NTT Docomo、Softbank、KDDI、Rogers、M1、SingTel、Reliance Jio等。网络投资方面，截至 2023 年二季度末，全球 162 个国家和地区的 535家运营商正在投资部署或者计划投资部署 5G网络，预计2023年底 5G 投资运营商将达到 550 个。其中，全球有 53 个国家和地区的 116 个运营商正在投资部署或计划投资部署 5G SA网络，占比 5G投资运营商数量（535 家）近 22%。欧洲42%亚洲与太平洋25%北美和拉丁美洲16%中东和非洲17%5G 产业和市场发展报告（2023Q2）8 图 3 全球 5G网络投资情况 数据来源：GSA、TDIA 2.全球全球 5G 基站总量超过基站总量超过 448 万个，中国万个，中国基站规模基站规模全球领先全球领先 截至 2023 年二季度末，全球 5G 基站部署总量超过 448 万个。其中，中国 5G 基站累计建成开通 293.7 万个，北美地区 5G 基站约32 万个，欧洲地区 5G 基站约 30 万个，韩国 5G 基站超 21 万个，日本 5G 基站约 15 万个，其他地区约 56 万个。预计 2023 年底全球 5G基站将超过 490 万个，2025 年全球将建有 5G基站 650 万个。图 4 全球 5G基站部署情况 数据来源：业界、TDIA 349378386397417434443466487 491 496503515522 535298112017923214571271302004006005G投资运营商数量新增数量7093110115.5138.7157211.5233.126930836440244823175.523.218.354.521.635.93956384601002003004005002020Q22020Q32020Q42021Q12021Q22021Q32021Q42022Q12022Q22022Q32022Q42023Q12023Q2全球5G基站部署量（万）全球5G基站新增量（万）5G 产业和市场发展报告（2023Q2）9 图 5 全球 5G基站分布情况 数据来源：业界、TDIA 2023年二季度，我国新增5G基站29.1万个，年度累计新增62.5万个，总数达到 293.7 万个，占移动基站总数的 26，占比全球 5G基站部署量的 65.5%，覆盖我国所有地级市城区、县城城区，覆盖广度深度持续拓展。我国东、中、西部和东北地区 5G基站分别达到137.6 万、64.8 万、72.9 万、18.5 万个，占本地区移动基站总数的比重分别为 27.9%、26.3%、23.1%、25%。图 6 我国 5G基站部署情况 数据来源：业界、TDIA 中国66%北美7%欧洲7%韩国5%日本3%其他地区12I6971.881.9108115.9142.5155.9185.4222231.2264.6293.729.2202.810.126.17.926.613.429.536.69.233.429.10501001502002503003502020Q22020Q32020Q42021Q12021Q22021Q32021Q42022Q12022Q22022Q32022Q42023Q12023Q2中国5G基站部署量（万）中国5G基站新增量（万）5G 产业和市场发展报告（2023Q2）10 3.全球全球 5G 用户用户超过超过 12.2 亿亿，我国，我国 5G 用户占比过半用户占比过半 2023 年二季度，全球新增 5G 用户 0.8 亿，全球 5G 用户总数超过 12.2 亿。其中，中国 5G 用户数超过 6.76 亿，北美 5G 用户数约1.98亿，欧洲 5G用户约 1.4亿，日本 5G用户数约 5100万，韩国 5G用户数达到 3044 万，其他国家地区 5G用户数约 1.25 亿。图 7 全球 5G用户发展情况 数据来源：TDIA 图 8 我国 5G用户发展情况 数据来源：工信部、TDIA 0.20.630.91.752.253.54.1856.67.38.114910.111.412.20.430.270.850.51.250.680.821.60.70.8140.8861.11.30.802468101214全球5G用户总数（亿）全球新增5G用户总数（亿）3.554.034.555.15.66.26.760.480.520.550.50.60.560123456782021Q42022Q12022Q22022Q32022Q42023Q12023Q2中国5G用户总数（亿）中国新增5G用户总数（亿）5G 产业和市场发展报告（2023Q2）11 截至 2023年 6月底，我国 5G用户达 6.76亿，占比全球 5G用户数的 55.4%，已发展成为全球规模最大的 5G 市场。我国东、中、西部和东北地区 5G 用户分别达 29853 万、15815 万、17522 万、4427万户，占本地区移动电话用户总数的比重分别为 40.1%、39.7%、38.9%、37.1%。截至 2023年 6月，国内 5G套餐用户总数达到 12.49亿，其中中国移动 5G 套餐用户达 7.22 亿；中国电信 5G 套餐用户超过 2.95 亿；中国联通 5G套餐用户 2.32 亿。表 2 中国三大运营商 5G套餐用户发展情况（万人）运营商运营商 时间时间 中国移动中国移动 中国电信中国电信 中国联通中国联通 2020Q1 3172.3 1661 2020Q2 7019.9 3784 2020Q3 11359.2 6480 2020Q4 16500.3 8650 2021Q1 18876.1 11123 9185.2 2021Q2 25069.5 13115 11333 2021Q3 33122.1 15554 13694.5 2021Q4 38680.8 15492.8 18780 2022Q1 46655.1 21075 17065.7 2022Q2 51094.3 23165 18491.5 2022Q3 55679.8 25104 20083.6 2022Q4 61400.5 26796 21272.7 2023Q1 68923.5 28321 22380.7 2023Q2 72180.4 29476 23244.5 数据来源：运营商，TDIA 4.我国我国 5G 网络共建共享上升新高度网络共建共享上升新高度，启动全球首个，启动全球首个 5G 异异网漫游试商用网漫游试商用 政策层面，2023 年 5 月，工信部联合十四部委发布关于进一步深化电信基础设施共建共享促进“双千兆”网络高质量发展的实施意见，提出要推进“双千兆”网络统筹集约建设，强化 5G 基站 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）12 站址及机房、室内分布系统的建设需求统筹，支持 5G接入网共建共享，推进 5G异网漫游；深化“双千兆”网络共同进入，建立重点场所清单，推动 5G网络共同进入；要进一步强化电信基础设施的战略性、基础性、先导性公共基础设施属性，推进共建共享深化发展。成果层面，截至2023年二季度末，我国 5G共建共享基站超 173万个，共建共享深度与广度全球领先。同时，我国不断创新共建共享运营模式，于 2023 年 5 月启动全球首个 5G 异网漫游试商用，进一步巩固提升了我国 5G 网络的服务能力，为全球 5G 网络共建共享提供新范式。5G 产业和市场发展报告（2023Q2）13 第三章 5G 芯片 5 家芯片厂商发布 23 款 5G 基带芯片 6 家芯片厂商发布 83 款 SoC 芯片 762 款 5G 手机采用高通芯片，388 款采用联发科芯片 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）14 1.三星发布新款基带芯片，三星发布新款基带芯片，全球全球 5G 基带芯片基带芯片累计达累计达 23 款款 2023年二季度，三星发布一款 5G基带芯片 Exynos Modem 5300，该芯片采用三星 4nm EUV工艺制程，支持 Sub 6GHz和毫米波 5G频段，支持 SA 和 NSA 网络类型，其最高下行速率可达 10Gbps，最高上行速率 3.87Gbps。截至 2023 年二季度，全球累计发布 5G 基带芯片共 23 款，详见表 3，分别来自于高通、联发科、三星、海思以及紫光展锐五家芯片厂商。表 3 符合 3GPP标准的 5G基带芯片 厂商厂商 芯片芯片 发布时发布时间间 制程制程 DL 峰值速率峰值速率 UL 峰值速率峰值速率 高通 骁龙 X50 2016.1 10nm 5 Gbps（毫米波频段）；2.35 Gbps（Sub 6GHz）-高通 骁龙 X55 2019.2 7nm 7.5 Gbps 3 Gbps 高通 骁龙 X52 2019.12 7nm 3.7 Gbps 1.6 Gbps 高通 骁龙 X60 2020.2 5nm 7.5 Gbps 3 Gbps 高通 骁龙 X51 2020.6 8nm 2.6 Gbps 900 Mbps 高通 骁龙 X53 2021.2-3.7 Gbps 1.6 Gbps 高通 骁龙 X62 2021.2-4.6 Gbps-高通 骁龙 X65 2021.2 4nm 10 Gbps-高通 骁龙 X70 2022.2 4nm 8.3 Gbps（毫米波频段）；6.0 Gbps（Sub 6GHz）-高通 骁龙 X72 2023.2-高通 骁龙 X75 2023.2-10Gbps-高通 骁龙 X35 2023.2-220Mbps 100Mbps 高通 骁龙 X32 2023.2-海思 巴龙 5G01 2018.2-2.3 Gbps-海思 巴龙 5000 2019.1 7nm 7.5 Gbps（毫米波频段）；4.6 Gbps（Sub 6GHz）-5G 产业和市场发展报告（2023Q2）15 厂商厂商 芯片芯片 发布时发布时间间 制程制程 DL 峰值速率峰值速率 UL 峰值速率峰值速率 三星 Exynos Modem 5100 2018.8 10nm 6 Gbps（毫米波频段）；2.55 Gbps（Sub 6GHz）1.28 Gbps 三星 Exynos Modem 5123 2019.1 7nm 7.35 Gbps（毫米波频段）；5.1 Gbps（Sub 6GHz）1.28Gbps 三星 Exynos Modem 5300 2023.4 4nm 10Gbps 3.87Gbps 联发科 Helio M70 2018.12 7nm 4.7 Gbps 2.5 Gbps 联发科 Helio M80 2021.2 4nm 7.67 Gbps 3.76 Gbps 联发科 T700 2022.11 4nm 7.9 Gbps 4.2 Gbps 紫光 展锐 春藤 510 2019.2 12nm 2.3 Gbps 1.15Gbps 紫光 展锐 唐古拉 V516 2021.7-数据来源：TDIA 2.6 款款 5G 芯片集中发布，芯片集中发布，5G SoC 芯片达芯片达 83 款款 2023 年二季度，三星、高通和联发科三家厂商发布 6 款 5G SoC(系统级芯片)芯片。截至 2023年 6月，全球 5G SoC芯片达到 83款，详见表 4。高通、联发科、三星、海思、谷歌以及紫光展锐 5G SoC产品数量分别为 26 款、35 款、9款、6 款、2 款、5款。2023年二季度，高通高通发布一款 5G低端 SoC芯片骁龙 4 Gen 2，采用台积电4nm工艺，内置高通骁龙X61 5G调制解调器射频系统，峰值下载速率 2.5Gbps，上行速率最高可达 900Mbps，支持 Sub-6GHz频段。目前，小米旗下新款 Redmi Note 12R 手机已搭载骁龙 4 Gen 2 首发上市。联发科联发科发布 4 款面向中高端市场的 5G SoC 芯片，分别为天玑9200 、天玑8050、天玑7050和天玑6100 。天玑9200 采用台积电 4nm 工艺制程，下行速率可达到 7Gbps，预计将在 2023年第三季度由 Redmi K60 Ultra 首发搭载上市。天玑 8050支持 5G双 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）16 载波聚合技术，支持 Sub-6GHz 5G 网络，上下行峰值速率分别为2.5Gbps、4.7Gbps；天玑 7050 支持 Sub-6GHz 5G 网络，下行速率最高可达 2.77Gbps；天玑 6100 支持 140MHz 带宽的 5G 双载波聚合技术，预计 2023 年下半年将有终端设备搭载该款芯片上市。紫光展锐紫光展锐发布 1 款 5G SoC 芯片 Unisoc T750，采用 6nm EUV工艺制程，支持sub-6GHz 5G网络和 5G双载波聚合技术，支持 SA和 NSA组网模式，由海信 F70 Lite 首发搭载。表 4 已发布的 5G SoC芯片 厂商厂商 芯片芯片 发布时间发布时间 工艺工艺 其他信息其他信息 海思 麒麟 990 2019.9 7nm SA&NSA 海思 麒麟 820 2020.3 7nm SA&NSA 海思 麒麟 985 2020.4 7nm SA&NSA 海思 麒麟 9000 2020.1 5nm SA&NSA,Sub-6G&mmWave 海思 麒麟 9000E 2020.1 5nm SA&NSA,Sub-6G&mmWave 海思 麒麟 9000L 2022.3 5nm SA&NSA,Sub-6G&mmWave 三星 Exynos 980 2019.9 8nm Exynos Modem 5100；Sub-6GHz 2.55Gbps(DL)/1.28Gbps(UL)；EN-DC 3.55Gbps(DL)/1.38Gbps(UL)三星 Exynos 990 2019.1 7nm Exynos Modem 5123；Sub-6GHz 5.1Gbps(DL)；mmWave 7.35Gbps(DL)三星 Exynos 880 2020.5 8nm Sub-6GHz 2.55Gbps(DL)/；1.28Gbps(UL)；EN-DC 3.55Gbps(DL)/1.38Gbps(UL)三星 Exynos1080 2020.12 5nm Sub-6GHz 5.1Gbps(DL)/1.28Gbps(UL)；mmWave 3.67Gbps(DL)/3.67Gbps(UL)三星 Exynos1280 2022.4 5nm Sub-6GHz 2.55Gbps(DL)/1.28Gbps(UL)；mmWave 1.84Gbps(DL)/0.92Gbps(UL)三星 Exynos 1330 2023.2 5nm 5G NR sub-6GHz 2.55Gbps(DL)/1.28Gbps(UL)三星 Exynos 1380 2023.2 5nm 5G NRsub-6GHz 3.79Gbps(DL)/1.28Gbps(UL)；5G NR mmWave 3.67Gbps(DL)/0.92Gbps(UL)三星 Exynos2100 2021.1 5nm Sub-6GHz 5.1Gbps(DL)；mmWave 7.35Gbps(DL)三星 Exynos2200 2022.1 4nm Sub-6GHz 5.1Gbps(DL)/2.55Gbps(UL)；mmWave 7.35Gbps(DL)/3.67Gbps(UL)5G 产业和市场发展报告（2023Q2）17 厂商厂商 芯片芯片 发布时间发布时间 工艺工艺 其他信息其他信息 联发科 天玑 9200 2023.5 4nm 支持 5G R16 标准;sub 6GHz 4CC CA四载波聚合 7Gbps(DL)；毫米波 8CC CA 载波聚合 联发科 天玑 9200 2022.11 4nm sub-6GHz:7Gbps(DL)4CC-CA;；mmWave:8CC-CA 联发科 天玑 9000 2022.6 4nm 5G sub-6 GHz specs:300MHz；支持3CC CA 三载波聚合技术；7 Gbps(DL)联发科 天玑 9000 2022.1 4nm 内置 MediaTek M80；7Gbps(DL)-sub6GHz 联发科 天玑 8200 2022.12 4nm 支持 5G Sub-6GHz全频段网络与 3CC CA 双载波聚合技术；4.7Gbps(DL)联发科 天玑 8100 2022.3 5nm 支持 5G Sub-6GHz全频段网络与 2CC CA 双载波聚合技术；4.7Gbps(DL)联发科 天玑 8050 2023.5 6nm 5G Sub-6GHz;4.7Gbps(DL)，2.5Gbps(UL);支持 5G双载波聚合 联发科 天玑 8000 2022.3 5nm 支持 5G Sub-6GHz全频段网络与 2CC CA 双载波聚合技术；4.7Gbps(DL)联发科 天玑 7200 2023.2 4nm 内置 MediaTek HyperEngine 5.0 联发科 天玑 7050 2023.5 6nm 支持 Sub-6GHz SA&NSA;2.77Gbps(DL)联发科 天玑 7020 2023.3 6nm SA&NSA 2.77Gbps(DL)联发科 天玑 6100 2023.7 6nm 支持 140MHz带宽的 5G双载波聚合 联发科 天玑 6080 2023.3 6nm SA&NSA 2.77Gbps(DL)联发科 天玑 6020 2023.3 7nm SA&NSA 2.77Gbps(DL)联发科 天玑 1300 2022.4 6nm SA&NSA；4.7Gbps(DL)2.5Gbps(UL)联发科 天玑 1200 2021.1 6nm SA&NSA；4.7Gbps(DL)/2.5Gbps(UL)联发科 天玑 1100 2021.1 6nm SA&NSA；4.7Gbps(DL)/2.5Gbps(UL)联发科 天玑 1080 2022.1 6nm-联发科 天玑 1050 2022.5 6nm 5G mmWave specs:400MHz；5G sub-6 GHz specs:200MHz；支持 3CC CA三载波聚合技术；4.6Gbps(DL)联发科 天玑 1000 2019.11 7nm SA&NSA；4.7Gbps(DL)/2.5Gbps(UL)联发科 天玑 1000C 2020.9 7nm SA&NSA；2.3Gbps(DL)/1.2Gbps(UL)联发科 天玑 1000 series 2020.5 7nm SA&NSA；4.7Gbps(DL)/2.5Gbps(UL)联发科 天玑 930 2022.5 6nm SA&NSA 2.77Gbps(DL)联发科 天玑 920 2021.8 6nm SA&NSA 2.77Gbps(DL)联发科 天玑 900 2021.5 6nm SA&NSA 2.77Gbps(DL)联发科 天玑 820 2020.5 7nm SA&NSA 联发科 天玑 810 2021.8 6nm SA&NSA 2.77Gbps(DL)5G 产业和市场发展报告（2023Q2）18 厂商厂商 芯片芯片 发布时间发布时间 工艺工艺 其他信息其他信息 联发科 天玑 800U 2020.8 7nm SA&NSA 2.3Gbps(DL)联发科 天玑 800 2020.1 7nm SA&NSA 联发科 天玑 720 2020.7 7nm SA&NSA 2.77Gbps(DL)联发科 天玑 700 2020.11 7nm SA&NSA 2.77Gbps(DL)联发科 Kompanio 900T 2021.9 6nm 用于笔记本 联发科 Kompanio 1300T 2021.7 6nm 用于笔记本 联发科 T830 2022.8 4nm 用于 FWA/CPE；内置 M80；7 Gbps(DL)/2.5 Gbps(UL)联发科 T750 2020.9 7nm 用于 FWA/CPE/MiFi；4.7Gbps(DL)/2.3Gbps(UL)高通 骁龙 8 Gen 2 2022.11 4nm 内置骁龙 X70;；mmWave:2x2MIMO；Sub-6:4x4 MIMO；10Gbps(DL)/3.5Gbps(UL)高通 骁龙 8 Gen 1 2022.5 4nm 内置骁龙 X65；10Gbp（DL）高通 骁龙 8 Gen 1 2021.1 4nm 内置骁龙 X65；10Gbp（DL）高通 骁龙 888 2021.6 5nm 内置骁龙 X60；7.5 Gbps(DL)/3 Gbps(UL)高通 骁龙 888 2020.12 5nm 内置骁龙 X60；7.5 Gbps(DL)/3 Gbps(UL)高通 骁龙 870 2021.1 7nm 内置骁龙 X55；7.5 Gbps(DL)/3 Gbps(UL)高通 骁龙 865 2020.7 7nm 内置骁龙 X55；7.5 Gbps(DL)/3 Gbps(UL)高通 骁龙 865 2019.12 7nm 内置骁龙 X55；7.5 Gbps(DL)/3 Gbps(UL)高通 骁龙 7 Gen 1 2022.5 4nm 内置骁龙 X62；4.4 Gbp（DL）高通 骁龙 7 Gen 2 2023.3 4nm 内置骁龙 X62；4.4 Gbp（DL）高通 骁龙 782G 2022.11 6nm 内置骁龙 X53；3.7Gbps(DL)/1.6Gbps(UL)；sub-6 GHz：120 MHz bandwidth；mmWave：400 MHz bandwidth 高通 骁龙 778G 2021.1 5nm 内置骁龙 X53；3.7 Gbps(DL)/1.6 Gbps(UL)高通 骁龙 778G 2021.5 5nm 内置骁龙 X53 高通 骁龙 780G 2021.3 5nm 内置骁龙 X53；3.7 Gbps(DL)/1.6 Gbps(UL)；400 MHz bandwidth(mmWave),120 MHz bandwidth(sub-6 GHz)高通 骁龙 750G 2020.9 8nm 内置骁龙 X52；3.7Gbps(DL)/1.6 Gbps(UL)高通 骁龙 768 2020.7 7nm 内置骁龙 X52；3.7 Gbps(DL)/1.6 Gbps(UL)；5G mmWave specs:2x2 MIMO；5G sub-6 GHz specs:100 MHz,4x4 MIMO 高通 骁龙 768G 2020.5 7nm 内置骁龙 X52；3.7 Gbps(DL)/1.6 Gbps(UL)；5G mmWave specs:2x2 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）19 厂商厂商 芯片芯片 发布时间发布时间 工艺工艺 其他信息其他信息 MIMO；5G sub-6 GHz specs:100 MHz,4x4 MIMO 高通 骁龙 765 2019.12 7nm 内置骁龙 X52；3.7 Gbps(DL)/1.6 Gbps(UL)；5G mmWave specs:400MHZ；5G sub-6 GHz specs:100 MHz 高通 骁龙 765G 2019.12 7nm 内置骁龙 X52；3.7 Gbps(DL)/1.6 Gbps(UL)；5G mmWave specs:2x2 MIMO；5G sub-6 GHz specs:100 MHz,4x4 MIMO 高通 骁龙 6 Gen 1 2022.9 4nm 内置骁龙 X62；2.9 Gbp（DL）高通 骁龙 695 2021.12 6nm 内置骁龙 X51；2.5 Gbps(DL)/1.5 Gbps(UL)高通 骁龙 690 2020.6 8nm 内置骁龙 X51；2.5 Gbps(DL)/900Mbps(UL)；sub-6 GHz specs:100 MHz 高通 骁龙 4 Gen 1 2022.9 6nm 内置骁龙 X51；2.5 Gbps(DL)/0.9Gbps(UL)；sub-6 GHz specs:100 MHz 高通 骁龙 480 2021.1 8nm 内置骁龙 X51；2.5 Gbps(DL)/660M bps(UL)高通 骁龙 480 2021.1 8nm 内置骁龙 X51；2.5 Gbps(DL)/1.5 Gbps(UL)谷歌 Tensor 2021.8 5nm 内置三星 Exynos Modem 5123 谷歌 Tensor 2 2022.1 5nm 内置三星 Exynos Modem 5300 紫光展锐 唐古拉 T740 2019.12 12nm 春藤 510 紫光展锐 唐古拉 T750 2023.5 6nm 支持 5G双载波聚合技术；SA&NSA 紫光展锐 唐古拉 T760 2021.5 6nm SA&NSA 紫光展锐 唐古拉 T770 2020.2 6nm Sub 6GHz频段峰值速率 3.25Gbps 紫光展锐 唐古拉 T820 2022.11 6nm-数据来源：TDIA 3.5G SoC 新产品新产品主要主要采用采用 4nm-6nm 先进先进工艺制程工艺制程 2023 年二季度，全球共发布 6 款 5G SoC 芯片，全部采用 4nm-6nm先进工艺制程。高通发布的骁龙 4 Gen 2 以及联发科发布的天玑9200 采用了台积电 4nm 工艺制程，联发科发布的天玑 8050、天玑7050、天玑 6100 和紫光展锐发布的 T750 均采用 6nm 工艺制程。截至 2023 年 6 月，采用 4nm、5nm 及 6nm 工艺制程的芯片分别为 15 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）20 款、17 款、23 款。图 9 5G SoC芯片工艺制程分布情况（款）数据来源：TDIA 4.超过超过 762款款 5G手机采用高通芯片手机采用高通芯片，388款款 5G手机采用手机采用联联发科芯片发科芯片 截至 2023 年 6 月，在全球发布的 1350 款 5G 智能手机中，至少762 款手机采用高通 5G SoC 芯片或 5G 基带芯片，占比超过 56.4%;至少 388 款手机采用联发科 5G SoC芯片，占比超过 28.7%；至少 72款手机采用华为 5G SoC芯片或 5G基带芯片，占比约 5.3%；至少 37款手机采用三星 5G SoC 芯片，占比约 2.7%；至少 36 款手机采用紫光展锐 5G SoC 芯片，占比约 2.7%；有 6 款手机采用谷歌 5G SoC芯片，均为谷歌手机。搭载搭载高通芯片的高通芯片的5G手机中，超过手机中，超过83%为中高端款型。为中高端款型。在762款搭载高通 5G SoC 芯片或 5G 基带芯片的手机款型中，有 444 款采用的是高通骁龙 8 系列的高端 SoC 芯片或高端基带芯片，高端机占比超过 58.3%；有 188款采用的是高通骁龙 7系列的中端 SoC芯片，占1151723216051015202512nm4nm5nm6nm7nm8nm 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）21 比为 24.7%；有 130 款采用的是高通骁龙 6 系列以及 4 系列的中低端SoC芯片，占比为 17.1%。中低端手机仍是联发科芯片的主要市场中低端手机仍是联发科芯片的主要市场。在 388 款搭载联发科5G SoC 芯片或 5G 基带芯片的手机款型中，有 286 款采用的是天玑700、天玑 800、天玑 900 系列的中低端 SoC 芯片，占比 73.7%。采用天玑8000、天玑9000系列的高端SoC芯片的手机款型仅有40款，占比为 10.3%；采用天玑 1000、天玑 1100、天玑 1200、天玑 1300、天玑6000、天玑7000系列的中端SoC芯片的手机款型也仅有62款，占比为 16.0%。图 10 5G智能手机芯片使用情况（款）数据来源：TDIA 高通,762谷歌,6海思,72联发科,388三星,37紫光展锐,36高通谷歌海思联发科三星紫光展锐 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）22 第四章 5G 终端 全球 448 家终端厂商发布 2662 款 5G 终端 我国 278 家终端厂商 1274 款 5G 终端获入网许可 全球手机出货量连续八季度同比下滑，国内智能手机出货连续六季度同比下滑，下降趋势有所缓和 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）23 1.全球终端生态繁荣发展，行业终端厂商增长迅速全球终端生态繁荣发展，行业终端厂商增长迅速 5G 终端产业参与者逐步增加，行业应用促进生态繁荣。随着全球 5G 商用的规模推进以及行业应用的快速发展，全球 5G 终端生态逐步繁荣，参与企业不仅包括终端企业、设备企业、运营商等移动通信企业，还包括行业应用企业。据TDIA统计，截至2023年6月，全球发布 5G 终端的厂商达到 448 家，较上季度新增 36 家。其中，发布智能手机 5G 的终端厂商有 122 家（新增 8 家），发布非智能手机 5G 终端的厂商有 359 家（新增 28 家）。在国内市场获得进网许可的 5G 终端厂商有 278 家（新增 14 家），获得智能手机 5G 终端入网许可厂商有86家，获得非智能手机5G终端入网许可厂商有210家。2.全球已发布全球已发布 2662 款款 5G 终端，终端，终端形态多样化发展终端形态多样化发展 截至 2023年 6月，全球 5G终端达到 2662款，非手机终端 1312款，占比超过 49%，5G 终端呈现款型多样化发展趋势。其中，122个厂商发布 1350 款 5G 手机，款型占比为 50.7%；117 个厂商发布344款 5G CPE，款型占比分别为 12.9%；60个厂商发布 313款 5G模组，款型占比分别为 11.8%；82 个厂商发布 175 款 5G 工业级 CPE/模组/网关，款型占比分别为 6.6%；30 个厂商发布 104 款平板/笔记本电脑，款型占比分别为 3.9%；52 个厂商发布 108 款支持 5G 的车用模组/热点及车载单元，款型占比分别为 4.1%；32 个厂商发布 53款照相机/警用记录仪，款型占比为 2.0%。随着 5G 网络的快速发展以及工业互联网、车联网等 5G行业应用的快速推进，越来越多厂商 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）24 加大行业终端产品投入，CPE、模组、网关、车载单元等终端款型数量持续增加，AR/VR 眼镜、无人机、机器人、游戏 PC 等更多新型 5G终端出现。5G终端尤其是行业终端的成熟发展既是 5G行业应用发展的重要基础，更是 5G行业应用多样化发展的重要呈现。图 11 全球 5G终端款型分布 数据来源：TDIA 3.国内国内 5G 入网终端达入网终端达 1274 款，款，智能手机占比超智能手机占比超 62%截至 2023年 6月底，我国共有 278家终端厂商（新增 14家）的1274款5G终端获得我国工业和信息化部核发的进网许可证（含试用批文）。在我国，支持 5G 的入网终端共分为四大类，智能手机仍是5G 终端款型主力军，共有 798 款。另外三类分别是无线数据终端（392 款）、无线车载无线终端（77 款）以及卫星移动终端（6 款）。其中，无线数据终端又包含多种形态 5G 终端，包括 123 款模组、59款 CPE、39 款执法记录仪、35 款平板电脑、47 款工业级模组/CPE/网关、29 款无线热点重点、14 款 PDA、9 款笔记本电脑、9 款路侧CPE13%工业级CPE/模组/网关6%模组12%平板/笔记本电脑4%手机51%无线热点3%others5%车用模组/热点及车载单元4%照相机/警用记录仪，2%其他11%5G 产业和市场发展报告（2023Q2）25 单元/车载单元、5 款电视、3 款视频通信终端、2 款机器人、4 款无人机、5款手机壳、1 款零售终端、1款编码器。图 12 国内 5G终端款型分布 数据来源：TDIA 4.全球智能手机出货同比下降全球智能手机出货同比下降 8%，连续连续八八季度同比下跌季度同比下跌 全球智能手机出货量已连续八个季度同比下跌。2023 年二季度，全球智能手机出货 2.66 亿部，较上一季度环比下降 5%，同比下降8%，较 2021年二季度下降超过 17%。2023年二季度，三星智能手机出货量 5856万台，以 22%的市场份额位列第一位，出货量同比下降 6.3%；苹果以4525万台出货量和17%的市场份额排名第二，同比下降 2.7%；小米以 12%市场份额占据第三，出货量为 3194 万台，同比下降 19.1%；OPPO 以 10.%市场 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）26 份额排名第四，出货量为 2662 万台，同比下降 6.9%；vivo 以 8%市场份额排名第五，出货量为 2130万台，同比下降 16.5%。表 5 2023 年 Q2 全球智能手机市场份额情况（单位：万）终端厂商终端厂商 出货量（万部）出货量（万部）市场份额市场份额 出货量同比出货量同比 三星 5856 22%-6%苹果 4525 17%-3%小米 3194 12%-19%OPPO 2662 10%-7%vivo 2130 8%-16%其他 8252 31%-10%总数 26619 100%-12%数据来源：counterpoint 5.国内手机市场出货国内手机市场出货连续连续六六季度同比季度同比下降下降，下降趋势有所，下降趋势有所缓和缓和 疫情管控放开并未带来手机消费市场，消费信心不足、换机周期拉长是主要影响因素。2023 年二季度我国手机出货 6159 万部，连续六个季度出货量同比下降，降幅为 8.6%，但下降趋势较 2022年有及一季度有所缓和，2022 年四个季度以及 2023 年一季度同比下降幅度分别为29.2%、12.1%、19.6%、30.9%、9.5%。2023年二季度，我国 5G 智能手机出货 4913 万部，同比下滑 11.2%，5G 手机出货占为80.2%。5G 产业和市场发展报告（2023Q2）27 图 13 我国 5G智能手机出货量及占比 数据来源：业界、TDIA 78.8 1298.2 1406.0 4953.8 4407.1 5509.6 9806.9 7609.4 7406.6 10250.6 6925.3 6695.6 5982.3 7566.1 6277.7 6123.0 0.94%3.62(.72G.58.75f.92q.30v.00t.76.90w.70.74s.64t.84.50.20%0.00.00 .000.00.00P.00.00p.00.00.0000040006000800010000120002019Q32019Q42020Q12020Q22020Q32020Q42021Q12021Q22021Q32021Q42022Q12022Q22022Q32022Q42023Q12023Q2智能手机出货量（万部）5G手机占比 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）28 第五章 5G 应用 工信部发布最新 5G 工业互联网计划，预计将有 300个 5G 工厂在本年度建成 5G 行业专网持续升级，5G 专网超过 1.8 万个 Redcap 测试加速推进，2024 年将迎来首批商用产品 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）29 1.工信部发布最新工信部发布最新5G工业互联网计划，工业互联网计划，预计预计将有将有300个个5G工厂在本年度建成工厂在本年度建成 工信部印发工业互联网专项工作组 2023 年工作计划，围绕政策体系、基础设施、创新体系、融合应用、产业生态等方面提出11 项重点行动、54 项具体措施。工作计划提出，将推动不少于3000家企业建设 5G工厂，建成不少于 300家 5G工厂，打造 30个试点标杆，发布首批 5G 工厂名录，编制典型案例集，完善“5G 工业互联网”发展管理平台。计划还强调，要推动重点行业领域改造建设企业内网，支持矿山企业加快 5G 专网建设，完成 5 个以上化工园区云边协同示范应用。2.我国我国 5G 应用多领域纵深发展，应用多领域纵深发展，5G 商业化项目超商业化项目超 7 万个万个 中国 5G应用发展水平全球领先，逐步从“多点开花”向“多领域纵深”发展，5G 应用已经覆盖 60 个国民经济大类，5G 应用案例超过 7 万个。基础电信企业仍然是推动 5G 应用发展的主力军，持续推动5G融合应用走深向实。中国移动中国移动打造2.3万个5G商业化项目。其中，智慧城市项目 6300个，覆盖全国 31个省 340余个地市县；智慧工厂项目 3000 余个，打造世界级 5G 灯塔工厂；服务医疗机构2400 余家，打造 5G 急救车 1800 辆；打造 2000 余个 5G 智慧教育示范项目，智慧电力项目 500 余个，涵盖火电、水电、风电、核电等多个领域。中国联通中国联通打造超过 2万个 5G 规模应用的“商品房”项目及 2000 多个 5G 全连接工厂项目，服务超过 5816 个行业虚拟专网客户。中国电信中国电信通过开展“5G点亮行动”，在全国100%的地市点亮5G 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）30 商用项目，累计发展近 2 万个 5G 2B 商用项目。3.我国我国 5G 行业专网行业专网持续升级，持续升级，专网项目总数超过专网项目总数超过 1.8 万个万个 我国三大运营商持续升级 5G 专网服务，5G 专网项目数量超过1.8 万个。中国移动中国移动于 2023 年 5 月发布 5G 极致专网 3.0Ultra，推出四款场景化专网产品。其中，办公双域专网可实现内网、外网灵活切换；生产可靠专网可按需灵活定制，服务全连接工厂；园区精品专网在时延、隔离方面有保障，助力 5G“双智城市”发展；5G 快线轻量专网即插即用、一跳入云的能力可助力中小企业快捷用网，目前中国移动已累计落地 5G 专网项目 6000 余个，双域专网签约项目已超过 1000 个。中国电信中国电信形成涵盖“端、网、边、云、用、服、安”的“NICES Pro”模式，针对广域优先型、时延敏感型和安全敏感型三类不同的行业需求与场景，分别提供“致远”、“比邻”、“如翼”三类不同的定制网服务模式，累计落地 5G 专网项目超 6000 余个，形成了智慧矿山、智慧工厂、智慧城市、智慧医疗等一系列典型案例。中国联通中国联通发布其 5G 行业专网产品体系 3.0，涵盖局域、广域、跨域三大类纵深场景，实现 5G专网 PLUS能力升级，已有 5816个 5G行业虚拟专网项目。4.5G RedCap 技术测试加速推进，技术测试加速推进，2024 年将迎来首批商用年将迎来首批商用产品产品 2023 年上半年，RedCap 技术与产品逐步成熟，运营商以及设备厂商正加速开展相关技术测试验证，芯片及模组厂商也集中发布多 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）31 款 5G Redcap 产品，预计 2024 年将迎来 RedCap 的正式商用。运营商运营商方方面，面，我国中国移动、中国联通、中国电信以及中国广电四家运营商积极开展 5G RedCap 端到端及面向行业应用场景的测试验证工作。中国移动中国移动发布中国移动 5GRedCap 技术白皮书、中国移动 5G-RedCap 技术产业白皮书、5G RedCap 轻量化通用模组技术要求白皮书，携手华为、中兴、爱立信、中信科、诺基亚等五家主设备厂商率先完成 5G RedCap 面向商用的现网规模试验；中国联通中国联通发布中国联通 5G RedCap 技术白皮书、中国联通 5G OPENLAB 实验室 RedCap 端网协同测试规范 V1.0，携手华为完成全频段商用网络 RedCap 端到端验证；中国电信中国电信发布中国电信 5G RedCap 产业白皮书，联合华为、中兴通讯等企业完成化工、港口、钢铁、电力等应用场景 5G RedCap 技术测试；中国广电中国广电联合中兴、华为、翱捷、紫光展锐、鼎桥等企业，在 700MHz 和 4.9GHz 频段完成 RedCap 商用关键功能和性能端到端测试。芯片方面，芯片方面，高通高通发布专为低成本、小尺寸终端设备设计的 5G调制解调器骁龙 X35 以及 X32，兼容 3GPP R17 RedCap,适用于监控摄像头、物联网网关、可穿戴设备和工业传感器等终端设备，最高可实现 220Mbps 的峰值数据速率，搭载 X35 及 X32 的商用产品预计将在 2024年上半年上市。智联安智联安发布 5G RedCap 高精度低功耗定位芯片 MK8510，将于 2023 年三季度量产。紫光展锐紫光展锐联合罗德与施瓦茨完成其 RedCap 芯片平台 V517 性能测试，下行速率可达 220Mbps，上行速率可达 116Mbps。新基讯新基讯发布商用 RedCap Modem IP 云豹平 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）32 台，并宣布完成 5G RedCap 终端射频芯片测试。模组与终端方面，模组与终端方面，中国联通中国联通于 2023 年 2 月率先发布通用型 5G RedCap 商用模组雁飞 NX307，可满足功耗敏感场景需求。移远通信移远通信推出基于高通骁龙 X35 的轻量化 5G RedCap 模组 Rx255C 系列，助推 5G 探索新的垂直业务领域。广和通广和通发布 5G RedCap 模组 FG131及 FG132 系列，既具备多地区版本产品，可在中国、北美、欧洲、澳洲、亚洲等多个地区的 5G 网络下稳定运行，最高下行速率可达200Mbps，最高上行速率达 66.7Mbps。中移物联中移物联发布 MR880A 模组，支持 5G LAN、网络切片、高精度授时等 5G 功能，最高下行速率可达 226Mbps，最高上行速率达 120Mbps。利尔达利尔达发布 5G RedCap 工业数传终端 TE310，支持多种工业接口、10ms 超低时延、99.99%高可靠性传输，最高下行速率可达 226Mbps，最高上行速率达120Mbps。5G 产业和市场发展报告（2023Q2）33 附件一：5G 频谱分配情况 国家国家 地区地区 频段频段 频段频段 阿联酋阿联酋 亚洲 24.25-29.25GHz above 6G 阿联酋阿联酋 亚洲 3.6-3.8GHz 1-6GHz 阿曼阿曼 亚洲 3.4-3.6GHz 1-6GHz 阿曼阿曼 亚洲 700HMz sub 1GHz 爱尔兰爱尔兰 欧洲 2.1 GHz(1.92-1.98 GHz/2.11-2.17 GHz),2.3 GHz(2.3-2.4 GHz)；3.41-3.43GHz;3.47-3.8GHz 1-6GHz 爱尔兰爱尔兰 欧洲 700HMz(703-733 MHz/758-788 MHz)sub 1GHz 爱尔兰爱尔兰 欧洲 FDD2.6 GHz (2.50-2.57 GHz/2.62-2.69 GHz)；2.6 GHz TDD(2.57-2.62 GHz)1-6GHz 爱沙尼亚爱沙尼亚 欧洲 26 GHz(24.7 GHz-27.1 GHz)above 6G 爱沙尼亚爱沙尼亚 欧洲 3.6 GHz(3.41-3.80 GHz)1-6GHz 爱沙尼亚爱沙尼亚 欧洲 700MHz sub 1GHz 奥地利奥地利 欧洲 3.41-3.8GHz 1-6GHz 奥地利奥地利 欧洲 700MHz（703-733/758-788 MHz）sub 1GHz 澳大利亚澳大利亚 大洋洲 25.1-27.5GHz;24.7-25.1GHz专有频段;27.5-29.5GHz 专有频段 above 6G 澳大利亚澳大利亚 大洋洲 3.4-3.7GHz 1-6GHz 澳大利亚澳大利亚 大洋洲 700MHz(733-748/788-803 MHz);850MHz；900MHz sub 1GHz 巴布亚新几内巴布亚新几内亚亚 大洋洲 3.4-3.5GHz 1-6GHz 巴布亚新几内巴布亚新几内亚亚 大洋洲 700MHz sub 1GHz 巴基斯坦巴基斯坦 亚洲 1.8GHz；2.1GHz 1-6GHz 巴拉圭巴拉圭 美洲 700MHz sub 1GHz 巴林巴林 亚洲 3.41-3.7GHz 1-6GHz 巴林巴林 亚洲 791-821/832-862 MHz sub 1GHz 巴拿马巴拿马 美洲 700MHz sub 1GHz 巴西巴西 美洲 2.3-2.39GHz;3.3-3.7GHz 1-6GHz 巴西巴西 美洲 24.3-24.9GHz；25.3-25.7GHz;26.1-26.3GHz;26.5-27.5GHz above 6G 巴西巴西 美洲 800MHz;700MHz sub 1GHz 保加利亚保加利亚 欧洲 3.5-3.8GHz 1-6GHz 北塞浦路斯北塞浦路斯 亚洲 1800 MHz,2100 MHz,2600 MHz and 3600 MHz bands 1-6GHz 北塞浦路斯北塞浦路斯 亚洲 700 MHz,800 MHz,900 MHz sub 1GHz 比利时比利时 欧洲 1.4 GHz 1.8 GHz,2.1 GHz and 3.6 GHz 1-6GHz 比利时比利时 欧洲 700MHz（703-733/758-788 MHz）;900MHz sub 1GHz 冰岛冰岛 欧洲 3.5-3.8GHz 1-6GHz 冰岛冰岛 欧洲 700HMz sub 1GHz 波多黎各波多黎各（美）（美）美洲 27.5-28.35GHz above 6G 波多黎各波多黎各（美）（美）美洲 3.5-3.6GHz 1-6GHz 波多黎各波多黎各（美）（美）美洲 700MHz sub 1GHz 波兰波兰 欧洲 3.65-3.8GHz 1-6GHz 丹麦丹麦 欧洲 24.65-27.5GHz above 6G 丹麦丹麦 欧洲 3.5GHz；1500MHz、2100MHz、2300MHz 1-6GHz 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）34 国家国家 地区地区 频段频段 频段频段 丹麦丹麦 欧洲 700 MHz,700 MHz SDL,900 MHz sub 1GHz 德国德国 欧洲 24.25-27.5GHz 专有频段 above 6G 德国德国 欧洲 3.4-3.7GHz;19201980 MHz/21102170MHz;3.7-3.8GHz 专有频段 1-6GHz 德国德国 欧洲 700MHz（703-733/758-788 MHz）sub 1GHz 多米尼加共和多米尼加共和国国 美洲 3.3-3.46GHz 1-6GHz 俄罗斯俄罗斯 欧洲 27-28.25GHz;24.25-24.65GHz 专有频段 above 6G 厄瓜多尔厄瓜多尔 美洲 700MHz sub 1GHz 法国法国 欧洲 3.49-3.8GHz 1-6GHz 法国法国 欧洲 700MHz（703-733/758-788 MHz）sub 1GHz 法属圭亚那法属圭亚那 美洲 3.4-3.8 GHz 1-6GHz 法属圭亚那法属圭亚那 美洲 700 MHz sub 1GHz 菲律宾菲律宾 亚洲 3.3-3.6GHz 1-6GHz 菲律宾菲律宾 亚洲 700MHz sub 1GHz 芬兰芬兰 欧洲 25.1-27.5GHz;24.75-25.1GHz 专有频段 above 6G 芬兰芬兰 欧洲 3.41-3.8GHz 1-6GHz 芬兰芬兰 欧洲 700MHz（703-733/758-788 MHz）sub 1GHz 哥斯达黎加哥斯达黎加 美洲 27.5-29.5GHz（共享频谱）above 6G 哥斯达黎加哥斯达黎加 美洲 3.4-3.62GHz 1-6GHz 关岛（美）关岛（美）大洋洲 2.5GHz(2496-2690 MHz)1-6GHz 哈萨克斯坦哈萨克斯坦 亚洲 3.3-3.4GHz；3.5 GHz 1-6GHz 韩国韩国 亚洲 26.5-28.9GHz;28.9-29.5GHz专有频段 above 6G 韩国韩国 亚洲 3.40-3.7GHz 1-6GHz 荷兰荷兰 欧洲 700MHz(703-733/758-788 MHz)sub 1GHz 黑山黑山 欧洲 1.8 GHz,2 GHz and 2.6 GHz；3.4-3.8GHz 1-6GHz 黑山黑山 欧洲 26.5-27.5GHz above 6G 黑山黑山 欧洲 900 MHz sub 1GHz 加拿大加拿大 美洲 2.5 GHz and 3.5 GHz 1-6GHz 加拿大加拿大 美洲 3.45-3.65GHz 1-6GHz 加拿大加拿大 美洲 600 MHz sub 1GHz 加纳加纳 非洲 3.3-3.6GHz 1-6GHz 捷克捷克 欧洲 3.4-3.8GHz 1-6GHz 捷克捷克 欧洲 700MHz(703-733/758-788 MHz)sub 1GHz 卡塔尔卡塔尔 亚洲 3.4-3.8GHz 1-6GHz 科特迪瓦科特迪瓦 非洲 3.3-3.5GHz 1-6GHz 科威特科威特 亚洲 3.5-4.2GHz 1-6GHz 克罗地亚克罗地亚 欧洲 1800 MHz,2100 MHz,2.6 GHz and 3.5 GHz 1-6GHz 克罗地亚克罗地亚 欧洲 26 GHz(26.5-27.5 GHz)above 6G 克罗地亚克罗地亚 欧洲 3.48-3.8GHz 1-6GHz 克罗地亚克罗地亚 欧洲 700 MHz(703-743/758-798 MHz)sub 1GHz 克罗地亚克罗地亚 欧洲 800 MHz,900 MHz sub 1GHz 肯尼亚肯尼亚 非洲 700MHz sub 1GHz 拉脱维亚拉脱维亚 欧洲 3.4-3.8GHz 1-6GHz 拉脱维亚拉脱维亚 欧洲 700HMz（703-713 MHz and 758-768 MHz,plus 738-748 MHz）sub 1GHz 立陶宛立陶宛 欧洲 3.4-3.7GHz 1-6GHz 立陶宛立陶宛 欧洲 700HMz sub 1GHz 留尼旺（法）留尼旺（法）非洲 3.4-3.8GHz 1-6GHz 留尼旺（法）留尼旺（法）非洲 700MHz sub 1GHz 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）35 国家国家 地区地区 频段频段 频段频段 卢森堡卢森堡 欧洲 3.42-3.75GHz 1-6GHz 卢森堡卢森堡 欧洲 700MHz(703-733/758-788 MHz)sub 1GHz 罗马尼亚罗马尼亚 欧洲 1.5GHz;2.6 GHz and 3.43.8 GHz 1-6GHz 罗马尼亚罗马尼亚 欧洲 700MHz；800MHz sub 1GHz 马恩岛（英）马恩岛（英）欧洲 3.41-3.8GHz 1-6GHz 马恩岛（英）马恩岛（英）欧洲 700HMz sub 1GHz 马尔代夫马尔代夫 亚洲 700MHz sub 1GHz 马耳他马耳他 欧洲 3.6-3.8 GHz 1-6GHz 马其顿马其顿 欧洲 3.55-3.57GHz 1-6GHz 马提尼克马提尼克（法）（法）美洲 3.4-3.5GHz 1-6GHz 马约特（法）马约特（法）非洲 3.4-3.5GHz 1-6GHz 马约特（法）马约特（法）非洲 700MHz;900MHz sub 1GHz 毛里求斯毛里求斯 非洲 2.6GHz、3.5GHz sub 1GHz 美国美国 美洲 24.25-24.45GHz；24.75-25.25GHz;27.5-28.35GHz;37GHz;39GHz;47GHz above 6G 美国美国 美洲 3.45-3.55GHz;3.7-4.2GHz；2.5GHz 1-6GHz 美国美国 美洲 600MHz sub 1GHz 美属萨摩亚美属萨摩亚 大洋洲 2.5GHz(2496-2690 MHz);3.65-3.7GHz 1-6GHz 孟加拉国孟加拉国 亚洲 2.3GHz、2.6 GHz、3.4-3.6GHz 1-6GHz 秘鲁秘鲁 美洲 3.4-3.6GHz 1-6GHz 秘鲁秘鲁 美洲 700MHz sub 1GHz 墨西哥墨西哥 美洲 3.45-3.6GHz;755-1760/2155-2160 MHz,1910-1915/1990-1995 MHz,2500-2530/2620-2650MHz 1-6GHz 墨西哥墨西哥 美洲 700MHz;814-824/859-869 MHz sub 1GHz 南非南非 非洲 2.3 GHz,2.6 GHz、3.42-4.1GHz 1-6GHz 南非南非 非洲 24.25-24.5GHz；27-29.25GHz;24.3-26.5GHz 专有频段 above 6G 南非南非 非洲 700MHz；800MHz sub 1GHz 尼加拉瓜尼加拉瓜 美洲 700MHz sub 1GHz 尼日利亚尼日利亚 非洲 3.5-3.6 GHz and 3.7-3.8 GHz；2.5GHz(2496-2690 MHz)1-6GHz 挪威挪威 欧洲 28 GHz;38 GHz above 6G 挪威挪威 欧洲 3.4-3.8GHz;2.6GHz 1-6GHz 挪威挪威 欧洲 700MHz(703-733/758-788 MHz);900MHz sub 1GHz 葡萄牙葡萄牙 欧洲 1.8 GHz(1.770-1.785/1.865-1.880 GHz),2.1 GHz(1.9549-1.9599/2.1449-2.1499 GHz),2.6 GHz(2.500-2.510/2.620-2.630 GHz,2.595-2.620 GHz TDD)，3.6GHz(3.4-3.8 GHz)1-6GHz 葡萄牙葡萄牙 欧洲 700MHz(703-733/758-788 MHz);900 MHz(880-885/925-930 MHz,895.1-898.1/940.1-943.1 MHz and 914-915/959-960MHz),sub 1GHz 日本日本 亚洲 27-28.2GHz；29.1-29.5GHz;28.2-29.1GHz 专有频段 above 6G 日本日本 亚洲 3.6-4.1GHz 1-6GHz 日本日本 亚洲 700MHz sub 1GHz 瑞典瑞典 欧洲 24.25-25.1GHz(Local indoor)above 6G 瑞典瑞典 欧洲 3.4-3.72GHz；2.3-2.38GHz;3.76-3.8GHz 专有频段 1-6GHz 瑞典瑞典 欧洲 700MHz sub 1GHz 瑞士瑞士 欧洲 3.5-3.8GHz 1-6GHz 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）36 国家国家 地区地区 频段频段 频段频段 瑞士瑞士 欧洲 700MHz sub 1GHz 塞浦路斯塞浦路斯 亚洲 3.4-3.8GHz 1-6GHz 塞浦路斯塞浦路斯 亚洲 700MHz;800 MHz(2x10 MHz)sub 1GHz 沙特阿拉伯沙特阿拉伯 亚洲 3.4-3.8GHz 1-6GHz 沙特阿拉伯沙特阿拉伯 亚洲 700 MHz sub 1GHz 圣巴泰勒米岛圣巴泰勒米岛（法）（法）美洲 2.1GHz;3.5-3.8GHz 1-6GHz 圣巴泰勒米岛圣巴泰勒米岛（法）（法）美洲 3.4-3.5GHz 1-6GHz 圣巴泰勒米岛圣巴泰勒米岛（法）（法）美洲 700MHz；900MHz sub 1GHz 圣马丁岛（法圣马丁岛（法属）属）美洲 3.4-3.8GHz 1-6GHz 圣马丁岛（法圣马丁岛（法属）属）美洲 700MHz sub 1GHz 斯里兰卡斯里兰卡 亚洲 3.4-3.6GHz 1-6GHz 斯里兰卡斯里兰卡 亚洲 850MHz sub 1GHz 斯洛伐克斯洛伐克 欧洲 3.41-3.8GHz 1-6GHz 斯洛伐克斯洛伐克 欧洲 700 MHz(703-733 MHz/758-788MHz),2x4.2 MHz at 900 MHz sub 1GHz 斯洛文尼亚斯洛文尼亚 欧洲 26.5-27.5GHz above 6G 斯洛文尼亚斯洛文尼亚 欧洲 3.42-3.80 GHz；1400 MHz(14271517 MHz)SDL;2.1 GHz(1.92 1.98/2.1102.17 GHz FDD);2.3 GHz(2.32 2.39GHz TDD)；3.6 GHz 1-6GHz 斯洛文尼亚斯洛文尼亚 欧洲 700MHz sub 1GHz 苏里南苏里南 美洲 3.3-3.8GHz 精确频段未知 1-6GHz 苏里南苏里南 美洲 700MHz sub 1GHz 泰国泰国 亚洲 24.3-27GHz above 6G 泰国泰国 亚洲 700MHz;850MHz;900MHz sub 1GHz 坦桑尼亚坦桑尼亚 非洲 2.3 GHz,2.6 GHz；3.4-3.6GHz 1-6GHz 坦桑尼亚坦桑尼亚 非洲 700MHz sub 1GHz 突尼斯突尼斯 非洲 3.4-3.5GHz 1-6GHz 土耳其土耳其 亚洲 800 MHz(2x30 MHz),900 MHz(2x10.4 MHz)sub 1GHz 危地马拉危地马拉 美洲 2.5-2.6 GHz 1-6GHz 危地马拉危地马拉 美洲 3.4-3.5GHz sub 1GHz 乌拉圭乌拉圭 美洲 27.5-28.35GHz above 6G 乌拉圭乌拉圭 美洲 3.5GHz 1-6GHz 乌拉圭乌拉圭 美洲 700MHz sub 1GHz 西班牙西班牙 欧洲 26 GHz above 6G 西班牙西班牙 欧洲 3.4-3.8GHz 1-6GHz 西班牙西班牙 欧洲 700 MHz(703-733 MHz/758-788MHz)sub 1GHz 希腊希腊 欧洲 26.5-27.5GHz above 6G 希腊希腊 欧洲 3.41-3.8GHz 1-6GHz 希腊希腊 欧洲 700MHz sub 1GHz 新加坡新加坡 亚洲 26.3-29.5GHz above 6G 新加坡新加坡 亚洲 3.45-3.65GHz;2.1GHz 1-6GHz 新西兰新西兰 大洋洲 3.59-3.75GHz 1-6GHz 匈牙利匈牙利 欧洲 3.49-3.8GHz;2.1GHz 1-6GHz 匈牙利匈牙利 欧洲 700MHz sub 1GHz 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）37 国家国家 地区地区 频段频段 频段频段 亚美尼亚亚美尼亚 亚洲 700 MHz,800 MHz sub 1GHz 伊朗伊朗 亚洲 3.4-3.5GHz 1-6GHz 以色列以色列 亚洲 3.5-3.8GHz;2.6GHz 1-6GHz 以色列以色列 亚洲 700MHz sub 1GHz 意大利意大利 欧洲 26.5-27.5GHz above 6G 意大利意大利 欧洲 3.6-3.8GHz 1-6GHz 意大利意大利 欧洲 700MHz（703-733/758-788 MHz）sub 1GHz 印度印度 亚洲 1.8GHz；2.1 GHz；2.3 GHz；2.5 GHz；3.3-3.7GHz 1-6GHz 印度印度 亚洲 24.25-27.35GHz above 6G 印度印度 亚洲 600MHz；700MHz;800MHz；900MHz sub 1GHz 英国英国 欧洲 24.25-26.6GHz（室内）above 6G 英国英国 欧洲 3.41-3.6GHz；3.68-3.8GHz;3.8-4.2GHz 专有频段 1-6GHz 数据来源：GSA、TDIA 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）38 附件二：全球主要国家 5G 战略及政策（部分）国家国家 发布时间发布时间 5G 战略及政策战略及政策 美国 2018年 10月 美国联邦通信委员会发布“5G FAST”计划，向市场释放频谱资源、推进 5G 网络基础设施建设、优化相关法律法规、保护产业链安全、激励运营商投资并提供服务 2019年 4月 美国无线通信和互联网协会(CTIA)发布引领 5G 的国家频谱战略,该战略以期通过制定五年拍卖计划、联邦频谱政策、更新频谱使用流程等手段,帮助美国引领未来 5G产业的发展,以保持其全球无线通信的领导地位 2020年 1月 美国众议院接连通过促进美国 5G 国际领导力法案、促进美国无线领导力法案、保障 5G 及以上安全法案三个法案，加强美国国际标准领导力 2020年 3月 美国白宫发布5G 安全国家战略，明确表达要与盟友一道在全球范围内领导研发、部署和管理安全可靠的 5G 通信基础设施的愿景 2020年 4月 美国信息技术和创新基金会（ITIF）发布报告美国国家5G战略和未来的无线创新 2020年 5月 美国防部发布公开版国防部 5G 战略，主要内容包括5G 面临的挑战、美国防部 5G 目标、美国防部 5G 工作路线等，推进美国及其合作伙伴的 5G能力 2020年 12月 美国国防部发布5G 技术实施方案，描述了国防部 5G战略的实施细节 韩国 2013年 12月 韩国未来创造科学部发布5G 移动通信先导战略，提出在七年内向技术研发、标准化、基础构建等方向投资5000亿韩元（约合人民币 29 亿元），并组建产学研 5G 推进组推进 5G与各产业的融合。2019年 4月 韩国发布实现创新增长的 5G 战略，指定基于 5G技术重点发展建设新一代智能手机、网络设备、信息安全、VR/AR 设备、无人机、机器人、智能电视、可穿戴设备等十个产业和沉浸式虚拟内容、智能工厂、自动驾驶、智慧城市以及数字医疗五个关键应用方向。2021年 1月 韩国科学和信息通信技术部发布“2021 年 5G 战略促进计划”（草案）和“基于 MEC 的 5G 融合服务发展计划”。韩国政府宣布 2021 年是 5G 融合生态系统创建元年，并将投资 1655亿韩元（约合 9.56亿元人民币）开发 5G融合新技术 日本 2016年 6月 日本内政和通信部发布了2020 年实现 5G 的无线电政策，提出三项措施：一是举办 5G移动峰会，组织协调各机构工作，促进 5G 发展；二是推进政产学研协作，完成频谱分配工作和 5G 演示；三是在国际电信联盟和第三代合作伙伴计划指导下开展标准制定工作。2019年 12月 内务和通信部正式发布修改后的本地 5G引入指南，指南规定本地 5G 是由电信运营商以外的各种实体（本地公司和地方政府）构建的自己的 5G系统 2020年 4月 日本总务省 4月 8日发布了Beyond 5G推进战略纲要，该战略的目的是快速且顺利地推进 Beyond 5G以及强化日本 Beyond 5G的国际竞争力 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）39 欧洲 2016年 9月 欧盟发布5G 行动计划，将 5G 技术视作战略机遇，成员国和业界各方合作制定5G时间表，全面推动5G标准研发、频谱划分、网络建设、商用试点等计划，并指引欧盟各国制定本国的 5G发展路线 欧洲 2023年 7月 欧盟无线频谱政策组(RSPG)发布欧洲5G频谱战略，规划各个频段适用场景，促进 5G系统在欧洲大规模商用。数据来源：TDIA 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）40 附件三：中国国家级 5G 相关重点政策规划 部门 发布时间 文件名称 工信部 2023.7 关于加强端网协同助力 5G消息规模发展的通知 工信部 2023.6 中华人民共和国无线电频率划分规定 工信部 2023.6 工业互联网专项工作组 2023年工作计划 工信部 文旅局 2023.4 关于加强 5G 智慧旅游协同创新发展的通知 工信部 2022.8 5G全连接工厂建设指南 工信部 2021.7 5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）发改委 能源局等 2021.6 能源领域 5G应用实施方案 工信部 2021.3“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）工信部 2021.3 2100MHz频段 5G移动通信系统基站射频技术要求（试行）工信部 2021.2 工业和信息化部关于提升 5G服务质量的通知 工信部 2021.1 5G系统直放站射频技术要求（试行）工信部 2020.4 工业和信息化部关于调整 700MHz频段频率使用规划的通知 工信部 2020.3 关于推动 5G加快发展的通知 工信部 发改委 2020.3 关于组织实施 2020年新型基础设施建设工程（宽带网络和 5G领域）工信部 国资委 2019.4 关于 2019年推进电信基础设施共建共享的实施意见 国务院 2018.10 完善促进消费体制机制实施方案（2018-2020年）工信部 发改委 2018.08 扩大和升级信息消费三年行动计划（2018-2020年）国务院 2017.08 关于进一步扩大和升级信息消费持续释放内需潜力的指导意见 国务院 2017.07 新一代人工智能发展规划 工信部 2017.01 信息通信行业发展规划（20162020年）国务院 2016.12“十三五”国家信息化规划 工信部 2016.10 产业技术创新能力发展规划（20162020年）国务院 2016.06 国家信息化发展战略纲要 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）41 附件四：中国省市级 5G 政策与规划 序号序号 省份省份 文件名称文件名称 1 北京市 北京市 5G产业发展行动方案（2019 年-2022 年）2 北京市 北京市 5G及未来基础设施专项规划（2019年2035年）3 北京市 关于加快推进 5G基础设施建设的实施意见 4 天津市 天津市人民政府关于加快推进 5G发展的实施意见 5 天津市 天津市 5G通信基础设施规划（2020-2022）6 天津市 天津市新型基础设施建设三年行动方案（20212023年）7 上海市 上海 5G产业发展和应用创新三年行动计划 8 上海市 关于加快推进本市 5G网络建设和应用的实施意见 9 上海市 上海市 5G移动通信基站布局规划导则 10 上海市 关于深化 5G供电服务和应用、促进 5G 发展和建设的通知 11 上海市 上海“双千兆宽带城市”加速度三年行动计划(2021-2023年)12 上海市 上海市 5G应用“海上扬帆”行动计划(2022-2023年)13 上海市 上海市“千兆助力，云网惠企”行动计划 14 重庆市 重庆市人民政府办公厅关于推进 5G通信网建设发展的实施意见 15 重庆市 重庆市加快推动 5G发展行动计划（20192022年）16 重庆市 关于加快推进市属国有企业支持 5G通信网建设的通知 17 重庆市 重庆市人民政府办公厅关于保障 5G网络基础设施建设的通知 18 重庆市 重庆市 5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）19 重庆市 重庆市国土空间规划通信专业规划5G专项规划 20 重庆市 关于推进 5G新型信息基础设施与传统基础设施项目协同建设的通知 21 河北省 河北省人民政府办公厅关于加快 5G 发展的意见 22 河北省 河北省人民政府办公厅关于加快推进第五代移动通信基站规划建设的通知 23 河北省 河北省“双千兆”网络协同发展实施方案（2021-2023年）24 河北省 河北省“十四五”信息化规划 25 河北省 河北省 5G应用“领航”行动计划(2022-2024 年)26 河北省 关于通信行业加快推进 5G全连接工厂建设的指导意见 27 山西省 山西省加快 5G产业发展的实施意见 28 山西省 山西省加快 5G产业发展的若干措施 29 山西省 山西省加快 5G融合应用实施方案 30 山西省 山西省 5G引领数字经济发展壮大 2022 年行动计划 31 山西省 加快提升全省重点场所 5G网络信号覆盖工作方案 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）42 序号序号 省份省份 文件名称文件名称 32 山西省 关于推进 5G 智慧社区建设融合发展的实施方案 33 辽宁省 辽宁省 5G产业发展方案（20192020年）34 辽宁省 关于支持 5G移动通信网络基础设施建设的通知 35 辽宁省 辽宁省加快 5G通信网络投资建设工作方案 36 辽宁省 辽宁省 5G通信基础设施专项规划（2020-2025）37 辽宁省 关于加快推进 5G通信网络基础设施类项目审批的指导意见 38 辽宁省 辽宁省 5G应用“扬帆”行动计划（2022-2024年）39 吉林省 关于推动第五代移动通信网络建设的实施意见 40 吉林省 关于加快推动第五代移动通信网络建设的通知 41 黑龙江省 黑龙江省加快推进 5G通信基础设施建设的实施方案 42 江苏省 关于加快推进第五代移动通信网络建设发展若干政策措施的通知 43 江苏省 关于进一步做好 5G基站与卫星地球站等无线电台（站）干扰协调工作的通知 44 江苏省 江苏省 5G应用“领航”行动计划（2022-2024年）45 浙江省 浙江省人民政府关于加快推进 5G产业发展的实施意见 46 浙江省 浙江省关于推进 5G网络规模试验和应用示范指导意见 47 浙江省 浙江省加快 5G发展行动计划（2020-2022年）48 浙江省 浙江省 5G全连接工厂建设行动方案（20232025）49 安徽省 安徽省经济和信息化厅关于加强第五代移动通信（5G）系统无线电管理工作的通知 50 安徽省 支持 5G发展若干政策 51 安徽省 安徽省 5G发展规划纲要（2019-2022年）52 安徽省 2020 年安徽省 5G发展工作要点 53 安徽省 加快推进 5G场景应用行动计划(2020-2022年)54 福建省 福建省加快 5G产业发展实施意见 55 福建省 关于进一步支持 5G网络建设和产业发展若干措施的通知 56 福建省 福建省新型信息基础设施强基赋能专项行动工作方案（2021年）57 福建省 福建省贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案 58 江西省 2023 年江西省 5G发展工作要点 59 江西省 江西省 5G发展规划（2019-2023 年）60 江西省 江西省人民政府办公厅关于印发加快推进 5G发展若干措施的通知 61 江西省 2020 年江西省 5G工作要点 62 江西省 5G 工业互联网融合发展实施方案 63 江西省 2021 年江西省 5G发展工作要点 64 江西省 江西省 5G应用“扬帆”行动计划 65 山东省 关于加快 5G产业发展的实施意见 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）43 序号序号 省份省份 文件名称文件名称 66 山东省 山东省推进 5G产业发展实施方案 67 山东省 山东省新基建三年行动方案（2020-2022 年）68 山东省 山东省“双千兆”网络协同发展行动方案（2021-2023年）69 山东省 山东省 5G“百城万站”深度覆盖和“百企千例”规模应用 2022年行动方案 70 河南省 河南省 5G产业发展行动方案 71 河南省 河南省人民政府办公厅关于加快推进 5G 网络建设发展的通知 72 河南省 2023年河南省加快 5G网络建设和产业发展工作方案 73 河南省 河南省加快 5G产业发展三年行动计划（20202022年）74 河南省 河南省 5G 示范工程责任分工方案 75 河南省 2022年推进 5G网络建设和产业发展实施方案 76 河南省 2022年全省信息通信业推进 5G规模化应用工作方案 77 河南省 2022年全省信息通信业推进 5G规模化应用工作方案的通知 78 湖北省 湖北省 5G产业发展行动计划（2019-2021年）79 湖北省 湖北“5G服务春风行”工作方案 80 湖北省 关于降低 5G基站用电成本有关事项的通知 81 湖北省 湖北省 5G 工业互联网融合发展行动计划（2021-2023年）82 湖南省 湖南省 5G应用创新发展三年行动计划（2019-2021年）83 湖南省 加快第五代移动通信产业发展的若干政策 84 湖南省 关于支持推进第五代移动通信网络建设有关事项的通知 85 湖南省 湖南省 5G应用“扬帆”行动实施方案（2022-2024年）86 广东省 广东省加快 5G产业发展行动计划（2019-2022）87 广东省 广东省 5G基站和智慧杆建设计划(2019年-2022 年)88 广东省 关于加快推动 5G网络建设的若干政策措施 89 广东省 推进全省高速公路项目 5G网络覆盖和应用示范工作的实施方案 90 广东省 广东省 5G基站和数据中心总体布局规划(2021-2025年)91 海南省 海南省加快 5G网络建设政策措施 92 四川省 关于开展 2020 年四川省加快 5G发展专项行动的通知 93 四川省 关于推进 5G智慧医疗融合发展的指导意见 94 四川省 四川省加快推进新型基础设施建设行动方案（20202022年）95 四川省 关于加快推动 5G发展的实施意见 96 四川省 四川省 5G网络建设及应用发展行动计划（2021-2023）5G 产业和市场发展报告（2023Q2）44 序号序号 省份省份 文件名称文件名称 97 贵州省 省人民政府办公厅关于加快推进全省 5G 建设发展的通知 98 贵州省 贵州省通信管理局关于做好 5G基站规划工作的通知 99 贵州省 贵州省推进 5G通信网络建设实施方案 100 贵州省 关于成立 5G通信网络规划专班的通知 101 贵州省 贵州省 5G发展规划(20202022)102 贵州省 贵州省 5G建设大战 90天工作方案 103 贵州省 贵州省 2021 年 5G应用场景行动方案 104 贵州省 2022年贵州省 5G应用场景重点项目清单 105 云南省 云南省 5G产业发展实施方案 106 云南省 云南省“5G 工业互联网”示范工程推进方案 107 云南省 5G应用“扬帆”云南行动计划（2022-2024年）108 云南省 云南省“十四五”新型基础设施建设规划 109 陕西省 加快陕西省通信基础设施建设及 5G创新发展 2020年行动计划 110 陕西省 陕西省 5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023 年)111 甘肃省 甘肃省人民政府办公厅关于进一步支持 5G通信网建设发展的意见 112 甘肃省 甘肃省 5G建设及应用专项实施方案 113 甘肃省 甘肃省 5G站址专项规划(2020-2024)114 青海省 青海省 5G发展规划(2019-2023 年)115 青海省 关于加快推动 5G产业发展的实施意见 116 青海省 关于进一步支持 5G网络建设的若干措施 117 内蒙古 蒙古自治区人民政府关于加快推进 5G 网络建设若干政策的通知 118 广西省 广西交通运输 5G产业发展行动计划（2019-2022年）实施方案 119 广西省 广西加快 5G发展行动计划 120 广西省 广西“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）121 广西省 广西 5G应用“扬帆”行动计划(2022-2024年)122 宁夏省 关于促进 5G网络建设发展的实施意见 123 新疆 新疆维吾尔自治区促进 5G网络建设发展规定 124 西藏 西藏自治区 5G应用实施方案 数据来源：政府网站，TDIA 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）45 附件五：国内各省市 5G 基站情况汇总 省市省市 现有现有 5G5G 基站数（万）基站数（万）基站规划数（万）基站规划数（万）北京 9.62 2023 年新增 1 万个 天津 6.3 7（2025 年）河北 12.9 15（2026 年）上海 7.2 2023 年新增 1 万个 江苏 21.2 25.5（2025 年）浙江 21 2023 年累计建成超 21 万个 福建 8.2 12（2025 年）山东 16.5 20（2023 年）广东 27.9 2023 年新增 4 万个 海南 2.25 2.5（2025 年）山西 7.6 9.2（2023 年）安徽 10.0 15（2025 年）江西 7.0 10（2025 年）河南 16.8 18（2023 年）湖北 8.38 13（2025 年）湖南 10.7 15（2025 年）内蒙古 4.3 5（2025 年）广西 8.3 15（2025 年）重庆 8 15（2025 年）四川 11 25（2025 年）贵州 9.65 13（2025 年）云南 8.2 15（2025 年）西藏 0.9508 3（2025 年）陕西 6.3 11（2025 年）甘肃 3.15 4.5（2025 年）青海 1 0.7（2022 年）宁夏 1.2 3（2025 年）新疆 3.9 6.17（2025 年）辽宁 8.1 14（2025 年）黑龙江 5.6 11.4（2025 年）吉林 3.4 5.5（2025 年）数据来源：TDIA、政府网站 5G 产业和市场发展报告（2023Q2）46 附件六：4G 网络重点数据 网络名称网络名称 网络情况网络情况 LTE网络 全球 245个国家与地区的 980家运营商投资 LTE网络，其中242个国家与地区的 817家运营商提供商用的 LTE网络服务。TD-LTE网络 TD-LTE商用网络总数达到 187张(包括融合网络)；全球 99个国家与地区的 271个运营商正在投资部署 TDD网络。LTE-A网络 全球已有 150个国家和地区开通 351张 LTE-A商用网络，159个国家与地区的 394个运营商正在投资部署 LTE-A网络。VoLTE网络 全球 125个国家和地区已有 239张网络开通 VoLTE服务，共计 132个国家和地区的 295个运营商正在投资部署 VoLTE网络。NB-IoT网络 全球已有 78个国家和地区的 168个运营商投资部署 NB-IoT网络，64个国家与地区的 125张 NB-IoT网络已经完成部署。LTE-M/Cat-M1网络 全球已有 42个国家和地区的 76个运营商投资部署 LTE-M/Cat-M1网络，34个国家与地区的 57张 LTE-M/Cat-M1网络已经完成部署。数据来源：GSA，TDIA TDIA 1 TD 产业联盟产业联盟 Telecommunication Development Industry Alliance TD 产业联盟（TDIA）是科技部试点产业技术创新战略联盟、第一批中关村标准创新试点单位。TDIA 成立于 2002 年，现有 100 余家成员单位，已成为支撑和推动我国移动通信产业发展的重要平台。TDIA致力于在全球范围内推动移动通信基于 TDD 制式的后续演进各代技术（包括 TD-LTE、TD-LTE-Advanced、5G、6G 等）、以及融合技术标准与产业的发展，整合产业资源，营造产业发展大环境，促进信息通信技术（ICT）领域的融合发展，使联盟成员在发展中达到互利共赢，为世界通信发展贡献力量。随着移动通信的迅猛发展，目前TDIA已在5G、“互联网 ”和国际拓展等方面做了很多工作，并取得显著成绩。地址：北京海淀区花园东路地址：北京海淀区花园东路 10 号号 高德大厦高德大厦 301 室室 邮编：邮编：100191 电话：电话： 86-10-82036611 电子邮箱：电子邮箱：; 驱驱动动商用进程 成就成就5G 梦想

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1前言新一代移动通信技术（5G）作为新基建的核心，已经渗透到人们社会生活的方方面面，为科技创新、经济发展和社会进步注入新活力，带来新机遇。5G 第一版国际标准（3GPP NR R15 版本）于 2018 年 9月正式冻结，可满足 5G 愿景中移动增强宽带、超高可靠低时延和海量连接的基础指标要求，因而成为了当前全球 5G 网络部署的基础版本。为了能够提供更高质量的服务，满足与垂直行业的深度融合，NRR16 版本对传统 eMBB 业务和垂直行业扩展均进行了增强，该版本于2020 年 6 月正式冻结。随着 5G 网络商用及技术演进，NR R17 版本于2022 年 6 月正式冻结，该版本一方面对已商用特性进行增强，优化功能实现、提升性能指标；另一方面 NR R17 版本在新方向进行探索，引入了 RedCap 等新功能。目前，产业已启动 R17 产品研发，R17 特性需求是业界广泛关注和讨论的热点。本报告由中国移动研究院联合移远、广和通、芯讯通、高通、MTK、紫光展锐、翱捷科技、必博、宏电、鼎桥、加糖、四信、映翰通、中移物联等公司共同撰写。01目录1.产业现状.41.1 5G 网络发展现状.41.2 5G 终端/芯片/模组发展现状.41.3 RedCap 标准化现状.41.4 RedCap 典型应用场景.52.5G RedCap 轻量化通用模组通信能力要求.82.1 模式要求.82.2 频段要求.82.3 天线能力.82.4 AP/MCU 要求.92.5 RedCap 技术要求.92.5.1 基本能力要求.92.5.2 BWP 要求.92.5.3 接入控制与终端识别.102.5.4 驻留与移动性管理.102.5.5 Redcap 节电.102.5.6 射频指标.112.5.7 发射功率.112.6 语音特性.112.7 天线能力 URLLC/IIoT 要求.122.7.1 低码率 MCS/CQI 表格.122.7.2 重复传输（PUSCH/PDSCH repetition）.122.7.3 configured grant 配置.122.8 SIB9 授时要求.122.9 以太网头压缩要求.122.10 NPN/CAG 要求.132.11 5G LAN 要求.132.12 二次认证及鉴权要求.132.13 行业切片要求.132.14 节电增强要求.142.15 4/5G 互操作.143.5G RedCap 轻量化通用模组硬件封装要求.143.1 LCC LGA/LGA 封装.143.2 mini PCIe 封装.143.3 M.2 封装.154.5G RedCap 轻量化通用模组电气接口要求.154.1 SIM 卡接口.154.2 UART 接口.154.3 USB 接口.154.4 WlAN 接口.15024.5 RGMII&SGMII 接口.154.6 IIC 接口.164.7 IIS/PCM 接口.164.8 SDIO 接口.165.总结与展望.16缩略语列表.17参考文献.18附录.19031.产业现状1.1 5G 网络发展现状中国移动已建成全球最大的 5G 网络，截至 2023 年 5 月底，中国移动已累计开通 5G 基站数超 162 万个，力争于 23 年底支持 RedCap 能力。1.2 5G 终端/芯片/模组发展现状芯片产品方面，从 2017 年至今，5G 终端芯片研发先后经历了终端原型机、基带芯片、SoC 芯片三个发展阶段，芯片工艺不断演进，从 10nm、6nm 提升到目前 3nm 工艺。2019 年 9 月起，海思、联发科技、高通、三星、展锐等主流芯片厂家均陆续发布了商用的 5G SoC 芯片，并完成了充分的测试验证；2021 年骁龙8 GEN1、天玑 9000 等支持 3GPP R16 标准的芯片陆续商用，并完成 MDT、载波聚合增强、终端节电等多项 R16 新特性测试。目前，芯片厂商已经开始规划并研发基于 3GPP R17 协议版本的 5G 芯片产品，预计 2023 年下半年多家芯片厂商将陆续推出商用产品。Redcap 等 R17 新特性的技术验证已经逐步开展。模组产品方面，支持 R15 能力的模组款型丰富，已知商用款型在 30 ，包括M.2 和 LGA 两种封装，体积尺寸方面涵盖 30*52、41*44、52*52 等多种规格尺寸，价格方面已下探至 400500 元，同时支持 R16 版本的多款 5G 模组陆续商用。目前各模组厂家已启动 R17 版本的 5G 模组产品规划。1.3 RedCap 标准化现状为更好地满足工业无线传感器、视频监控和可穿戴设备等中低速物联网应用场景对终端设备低复杂度、低成本、小尺寸、低能耗等的需求，3GPP R17 版本定义了 RedCap（Reduced-Capability）终端类型，并于 2022 年 6 月标准冻结。将在 R17 的基础上，R18 阶段将研究如何进一步降低终端成本和节能的技术，评04估 RedCap 终端的定位性能并进行必要的增强，扩展 RedCap 生态。随着 3GPP 标准化工作中针对 RedCap 标准的 R17 阶段完成，CCSA 就启动了RedCap 关键技术的行标制定工作。2022 年 6 月，TC5WG9#120 会议通过了 5G 数字蜂窝移动通信网 轻量化（RedCap）终端设备技术要求（第一阶段）行标立项，在 TC5WG9#123 会议上通过了 5G RedCap 轻量化通用模组技术要求（第一阶段）行标立项，为后续 RedCap 技术应用奠定了基础。1.4 RedCap 典型应用场景视频监控随着“平安城市”、智慧社会建设，视频监控市场规模持续增长，在已部署视频监控的场景中有 10 %的区域存在布线困难等问题，亟需无线技术能力保障监控视频回传。此外，行业政策积极推动 5G 技术在安防领域应用，中国安防行业”十四五”发展规划（2021-2025 年）明确要求了“加快 5G 等移动通信技术的落地，推动在安防行业的广泛应用”。如表 2-1 所示，从视频监控业务对网络传输的要求来看，视频监控对于单用户速率、时延及可靠性要求较为宽松，但多用户并发对系统容量需求较大。表 1-1 视频监控业务需求分辨率典型帧率速率(Mbps)（H.265）时延(ms)可靠性720P251.8250099%-99.980P254.1150099%-99.9%2K25/308.7650099%-99.9%4K25/3019.7150099%-99.9%5G RedCap 可满足大部分视频监控场景业务需求，且可充分利用 5G 网络百兆带宽，保证适配监控容量需求，同时有效降低终端成本。智能电力电力行业是工信部发布的“5G 工业互联网”第一批五大重点行业之一，电力通信网作为支撑智能电网发展的重要基础设施，承担着各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性要求，主要业务环节包含发电、输电、变电、配电和用05电。其中，配电环节的差动保护、自动化三遥、精准负荷控制、配电站综合监测等业务对低时延、高可靠的网络有强烈需求，同时，为满足安全生产需求，电网的生产控制大区和管理信息大区对信息隔离度要求极高，以目前 4G 网络能力和电力专网的能力，无法满足业务对网络的高要求。表 1-2 智能电力业务需求业务名称时延(ms)速率可靠性授时安全隔离平均连接数配网 PMU502Mbps99.99%1s物理隔离X 个/km2X10配网差动保护802.5Mbps10s生产控制大区与管理信息大区间物理隔离，大区内部逻辑隔离X*10 个/km2X10自动化三遥100遥信、遥测1kbps/生产控制大区与管理信息大区间物理隔离，大区内部逻辑隔离X*10 个/km2X10遥控100kbps智能配电房200（采集类业务）20-100Mbps99.90%/生产控制大区与管理信息大区间物理隔离，大区内部逻辑隔离5-10 个/km2同时并行工作数量为 1-5个50（控制类业务）5G RedCap 可充分利用 5G 网络在低时延、高可靠、切片等方面的优秀技术特性，满足电力业务需求，同时可进一步降低终端成本。智能制造随着“中国制造 2025”国家战略不断推进，制造业逐渐向信息化、数字化、智能化转型升级。产业数字化转型对网络连接、终端成本和功耗提出要求。智能制造包含智能物流、生产现场监测和无人智能巡检等典型业务场景。智能物流：主要包括线边物流和智能仓储。线边物流是指从生产线的上游工位到下游工位、从工位到缓冲仓、从集中仓库到线边仓，实现物料定时定点定量配送；智能仓储需通过厂区内自动导引车辆（AGV）、机械臂等设备和无人仓视觉系统，实现物流终端控制、商品入库存储、搬运、分拣等作业全流程自动化、智能化。此类业务场景涉及定时定点及远程控制，对网络时延及可靠性需求较高。生产现场监测：在工业园区、厂区、车间等现场，通过各类传感器、摄像头和数据监测终端采集环境、人员动作、设备运行等监测数据，回传至生产现场监测系统，对生产活动进行高精度识别、自定义报警和区域监控，实时提醒异常状06态，实现对生产现场的全方位智能化监测和管理，为安全生产管理提供保障。此类业务场景涉及安全管理及实时报警，对网络时延及可靠性需求较高，由于存在视频数据回传，对上行数据速率也存在一定需求。无人智能巡检：通过巡检机器人替代巡检人员进行巡逻值守，采集现场视频、语音、图片等各项数据，自动完成检测、巡航以及记录数据、远程告警确认等工作，此类业务场景涉及远程控制及视频数据回传，对网络时延及上行数据速率需求强烈。表 1-3 智能制造业务需求业务场景速率要求(Mbps)时延(ms)可靠性智能物流15099.9%生产现场监测上行 2-105099%无人智能巡检上行 10-205099%5G RedCap 终端可以应用于智能物流、生产现场监测和无人智能巡检业务，有效满足业务在时延、可靠性及数据速率方面的需求，同时进一步降低终端成本和功耗。石化勘探能源安全是关系国家经济发展的战略性问题，对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要，而能源勘探是保证能源安全的重要前提。油气勘探采用的是地球物理法中的“地震勘探”，通过智能节点仪记录地震波进而判断油气资源的储备情况。目前，国际市场通用的油气勘探装备基于有缆技术，该技术被海外企业垄断，有缆系统需要连接全部地震仪，人力消耗大，地形适应性差，故障排除困难。面向石化行业野外勘探地震数据采集场景，无缆高效的节点地震采集系统已被市场广泛接受，但其无法实现海量数据实时传输、缺乏施工质量控制手段，地震采集系统迫切需要支撑大连接数、高传输速率、低成本的通信手段。表 1-4 石化勘探业务需求业务场景速率要求连接数地震数据采集节点上行 24Kbps/个320 个/km2（目标覆盖范围 100-128km2）5G RedCap 可匹配地震数据采集节点的速率需求，助力石化勘探实现无线化大规模实时节点采集，大幅减小施工难度，降低部署成本。072.5G RedCap 轻量化通用模组通信能力要求随着 5G 系统的不断部署和广泛应用，为更好地满足工业无线传感器、视频监控和可穿戴设备等中端物联网应用对设备复杂度与成本降低、尺寸减小、能耗更低等特定需求，在 Rel-17 版本中，为了进一步降低终端复杂度和成本，3GPP定义了RedCap设备类型。Redcap 轻量化技术是在确保应用需求和性能的前提下，通过削减设备的能力，降低终端设备的复杂度，达到降低成本，功耗，延长使用寿命等一系列要求。5G RedCap 轻量化通用模组以 RedCap 技术为核心，立足 RedCap 低成本、低功耗优势，增加行业应用关键技术，满足行业需求。2.1模式要求5G RedCap 轻量化通用模组应至少支持 5G（SA）能力。建议当前阶段支持4G，待支持 Redcap 的 5G 网络覆盖达到 4G 网络覆盖水平，则可选支持 4G 能力。2.2频段要求5G 频段及帧结构能力见表 2-1。表 2-15G 频段及帧结构能力网络模式频段上行（终端发）下行（终端收）TDD帧结构特殊时隙5Gn412496MHz-2690MHz2496MHz-2690MHz5ms帧周期(DDDDD DDSUU)6:4:4n794400MHz-5000MHz4400MHz-5000MHz2.5ms单周期(DSUUU)10:2:22.5ms双周期(DDDSU DDSUU)1ms单周期(DS)0:2:12n28703MHz-748MHz758MHz-803MHz-2.3天线能力应支持 1T2R 的收发天线能力。082.4AP/MCU 要求R17 阶段，模组处理主频应不低于 1GHz，同时为了保证通信协议及系统软件的流畅运行，RAM flash ROM 应不低于 128MB 128MB 能力。2.5RedCap 技术要求2.5.1 基本能力要求对于 FR1 系统，应支持最大系统带宽为 20MHz，DL/UL 业务信道调制方式应至少支持 64QAM，为降低 RedCap UE 缓存要求，将 PDCP SN 及 RLC-AM SN 长度从18 比特调整为 12 比特。2.5.2 BWP 要求在初始 BWP 及业务专用 BWP 配置中，应支持配置独立的 BWP。初始下行 BWP网络在系统消息中可以为 Redcap 终端配置独立下行初始 BWP，且该 BWP 带宽应不超过 20MHz。当网络配置的独立下行初始 BWP 中包括 CD-SSB 和整个 CORESET#0 时，在空闲态或者非激活态的 Redcap 终端应支持在该独立下行初始 BWP 中接收 SIB 及监听寻呼。当网络配置的独立下行初始 BWP 中不包括 CD-SSB 和 CORESET#0 时，在空闲态或非激活态的 Redcap 终端应支持在包含 CORESET#0 上的下行初始 BWP 中接收SIB及监听寻呼消息，在包含CD-SSB和CORESET#0上的下行初始BWP中接收SIB。初始上行 BWP网络在 NR 载波上的频域位置为 RedCap 终端灵活配置独立上行初始 BWP 时，Redcap 终端应支持在独立上行初始 BWP 上执行随机接入，并支持通过配置pucch-ResourceCommonRedCap-r17，实现为 RedCap 终端配置独立的 commonPUCCH 资源配置。09业务专用 BWP应支持配置上/下行专用 BWP 能力，支持下行专用 BWP 配置 NCD-SSB。应支持在 RRC_CONNECTED 状态基于 NCD-SSB 进行 RLM、服务小区的测量。应支持配置多 BWP 的能力。2.5.3 接入控制与终端识别在接入控制方面，网络通过在 5G 小区的 SIB1 系统信息中 IFRI 字段指示当小区为 barred 状态时，是否允许 RedCap 终端进行小区选择或重选到同频小区；当 SIB1 不携带该栏位时，代表该小区不允许 Redcap 终端接入。Redcap 终端应选择驻留于支持 RedCap 的 5G 小区，通过接收并正确解析 IFRI 字段以确定当前小区是否允许RedCap小区选择（重选）。同时，基站具备通过MIB中的cell barred指示信息告知 RedCap 终端是否符合接入条件，终端则应支持正确解析 MIB 中的cell barred 指示信息的能力。在终端识别方面，Redcap 终端应具备通过 MSG1（PRACH occasion、PRACHPreamble）、MSG3（LCID）及 UE Capability Information 消息上报自身 RedCap能力，告知网络。2.5.4 驻留与移动性管理空闲态和非激活态的Redcap终端均应支持驻留于支持RedCap的小区以及在支持 RedCap 的小区间进行小区选择与重选的能力，连接态的 Redcap 终端应具备听从网络配置在支持 RedCap 的小区间进行切换的能力。2.5.5 Redcap 节电RedCap 围绕降低功耗进行设计，主要包含 RRM 测量放松机制及扩展非连续接收（eDRX）功耗优化特性。RRM 测量放松在空闲态和非激活态，网络可通过系统消息配置 RRM 测量放松的触发条件，10当 Redcap 终端满足触发条件时，放松对于邻区的 RRM 测量，以达到节省终端功耗的目的。在连接态，网络可通过 RRC 重配置消息配置 RRM 测量放松条件，当 Redcap终端满足触发条件时会通过终端辅助信息(UAI)上报给网络，由网络决策配置合适的测量参数来放松终端在连接态下的测量，比如减少测量的邻区频点、拉长测量周期等。eDRX在待机状态，终端周期性的醒来监听寻呼是影响功耗的主要因素，针对业务建立时延不敏感的应用场景，为了进一步减少终端功耗，RedCap 引入了 eDRX 节电特性，延长终端监听寻呼的周期，终端在不监听寻呼时可以进入休眠状态。针 对 RRC_IDLE 状 态 下 模 组 的 eDRX 周 期 最 大 扩 展 至 10485.76 秒，RRC_INACTIVE 状态下模组的 eDRX 周期最大扩展至 10.24 秒。采用更长的 eDRX周期可增加终端睡眠时长，降低终端待机电流。2.5.6 射频指标应满足 3GPP 38.101-1、38.101-4 中相应频段要求。2.5.7 发射功率应支持 PC3 能力，推荐支持 PC2 能力。2.6语音特性针对需具备语音/视频能力的业务场景，应支持 VoNR/ViNR。若支持 4G，则应支持 VoLTE，以满足用户需求。112.7URLLC/IIoT 要求2.7.1 低码率 MCS/CQI 表格推荐支持 NR 系统低码率 MCS 表格（MCS index Table 3）。推荐支持 NR 系统低码率 CQI 表格（4-bit CQI Table 3）。2.7.2 重复传输（PUSCH/PDSCH Repetition）推荐支持 PUSCH 和 PDSCH 的 slot 级别的重复传输，最大重复次数为 8 次，每次传输可使用不同的冗余版本。2.7.3 configured grant 配置若支持 configured grant 配置能力，则：应支持同一个 BWP 激活单个 configured grant 配置，包含 type1 或 type2配置方式。推荐支持同一个 BWP 激活多个 configured grant 配置，包含 type1 或 type2配置方式。2.8SIB9 授时要求5G 高精度授时是 5G 行业应用的关键技术之一，对此 5G RedCap 轻量化通用模组应支持正确解析并利用 SIB9 携带的广播授时信息。当模组对后端输出授时信息，模组应保证输出的授时精度符合后端使用要求。2.9以太网头压缩要求推荐支持 PDCP 协议层对用户面数据的以太网头压缩和解压缩（R16 特性）。122.10 NPN/CAG 要求应支持通过采用专用 DNN 和网络切片方式，使用网络提供的公共网络集成NPN 服务；应支持 CAG 能力，实现公共网络集成 NPN 网络对终端的接入控制：应支持在 UE MM Core Network Capability 中上报 CAG supported 能力指示；应支持读取小区广播的 CAG ID 信息，在 CAG 许可的情况下接入 5G 网络；应支持被配置、更新及存储 CAG 信息列表 CAG information list。2.11 5G LAN 要求应支持基于层三 IP 类型和层二以太网类型会话功能及过程。2.12 二次认证及鉴权要求应支持基于 PAP/CHAP 以及 EAP 的二次认证鉴权的算法及流程框架。应支持在 PDU 会话建立阶段，基于 PAP/CHAP 以及 EAP 算法的二次双向认证过程（包括：二次认证重认证、二次认证撤销等），并根据认证结果控制决定是否建立接入该外部数据网络的 PDU 会话。2.13 行业切片要求应支持 SST 为 URLLC 切片类型；应支持 URSP 规则中 DNN，且支持本地配置多个 DNN；推荐支持 URSP 规则中 APPID、IP3 元组、FQDN 和 Non-IP 类型的 trafficdescriptor；应支持对来自于根据网络侧的 NSSAIs（包括 Configured NSSAI/AllowedNSSAI/Rejected NSSAI）信息进行接收，存储和更新；应支持在 RRC、NAS 信令消息中携带网络切片的标识（S-NSSAI）并传递给网络；13应支持根据 NSSAI inclusion modes 指示，选择相应的 NSSAI 并发送给网络；应支持同时携带多个（同类型切片数量大于等于 2 个）网络切片标识的能力。2.14 节电增强要求应支持 R15/R16/R17 其它相关节能技术，包括：RRC_CONNECTED 状态 C-DRX（R15）、连接态唤醒信号（R16）、SkipULTxDynamic（R16）、RRC 链接释放请求（R16）、终端节电辅助信息上报（R16，含 RRC 状态转换、下行 MIMO 层数）、寻呼提早指示和寻呼分组（R17）、PDCCH 监听跳过（R17）、搜索空间集合组切换（R17）。2.15 4/5G 互操作应支持 4G 和 5G 间移动性管理，包括重选/重定向/切换。3.5G RedCap 轻量化通用模组硬件封装要求3.1LCC LGA/LGA 封装LCC LGA/LGA 封装模组的体积尺寸应不大于（320.15）mm*（290.15）mm，厚度方面应满足不超过（2.40.2）mm，采用 32*29 方案，在尺寸和接口方面，具备兼容 CAT4 模组的优势。为后续演进 R18 阶段 RedCap 能力，替换 CAT1 模组，LCC LGA 封装模组的体积尺寸方面应不大于（200.15）mm*（220.15）mm，厚度方面应满足不超过（2.20.2）mm。3.2mini PCIe 封装mini PCIe 封装模组体积尺寸应不大于（300.15）mm（510.15）mm，单面厚度应不大于（3.60.20）mm，双面厚度应不大于（4.90.20）mm。143.3M.2 封装M.2 封装模组体积尺寸应不大于（300.15）mm（520.15）mm，单面厚度应不大于（2.30.08）mm，双面厚度应不大于（3.60.08）mm。采用 30*52方案，在尺寸和接口方面，具备兼容 eMBB 30*52 模组的优势。为适配小型化需求及后续演进支持 R18 阶段 RedCap 能力，M.2 封装模组体积尺寸应不大于（300.15）mm（420.15）mm，单面厚度应不大于（2.30.08）mm，双面厚度应不大于（3.60.08）mm。4.5G RedCap 轻量化通用模组电气接口要求4.1SIM 卡接口应支持插拔式 SIM/USIM 卡或者焊接式 SIM 卡，可支持空中写卡功能。4.2UART 接口UART 接口应至少包含 2 线配置，支持至少 1 路高速 UART，速率不低于 4Mbps。4.3USB 接口接口能力应不低于 USB2.0。4.4WlAN 接口对于需连接 Wlan 传输数据的场景，应支持通过外部接口（如：SDIO）扩展支持至少 WIFI5(802.11b/g/n/ac)能力,可支持 WIFI6 及以上能力。4.5RGMII&SGMII 接口RGMII&SGMII 接口，作为千兆媒体独立接口，用于连接以太网。15对于 LGA 和 LCC LGA 封装形式的模组，若支持网口连接，应至少支持 RGMII和 SGMII 其中一种接口能力，即 RGMII 和 SGMII 接口 2 选 1。4.6IIC 接口对于 LGA 和 LCC LGA 封装形式的模组应支持 2 路 I2C；对于 M.2 和 mini PCIe封装形式的模组应支持 1 路 I2C。4.7IIS/PCM 接口支持至少 1 路 IIS/PCM 接口，用于接 Audio codec。4.8SDIO 接口对于 LGA 和 LCC LGA 封装形式的模组，SDIO 用于联接 SD 卡或 eMMC 储存芯片，模组可支持 4-bit 或者 8-bit 的 SDIO 接口。5.总结与展望随着视频监控、电力、工业领域、XR、车联网等业务领域的不断丰富和拓展，RedCap 能力模组的应用将愈加广泛。同时，目前正在进行的 R18 的标准化中，RedCap 演进新特性还在持续研究。中国移动将持续关注并分析有助于提升 5G 技术行业落地应用的端到端性能及优化网络部署的新特性和新技术并考虑适时引入，以不断推进 5G 无线技术演进与用户体验提升，为 5G 融入千行百业而努力。16缩略语列表缩略语英文全名中文解释BWPBandwidth part部分带宽CAGClosed Access Group封闭接入组CD-SSBCell-Defining SSB小区定义SSBDRXDiscontinuous Reception不连续接收eDRXExtended DRX扩展不连续接收模式IFRIIntraFreqReselectionRedCapRedCap同频重选指示信息MIBMaster Information Block主信息块NCD-SSBNon Cell-Defining SSB非小区定义SSBNSSAINetworkSliceSelectionAssistanceInformation网络切片选择辅助信息PRACHPhysical Random Access Channel物理随机接入信道RACHRandom Access Channel随机接入信道RedCapReduced Capability轻量级终端RRCRadio Resource Control无线资源控制RRMRadio Resource Management无线资源管理SIBSystem Information Block系统信息块TDDTime Division Duplex时分双工URLLCUltra-Reliable Low Latency Communication超可靠低时延通信UEUser Experience用户体验VoNRVoice over NR5G的语音业务17参考文献1 QB-E-079-202301,中国移动 5G sub-6GHz 终端总体技术要求规范18附录20MHz 系统带宽，RedCap 单用户峰值速率要求。TDD-单用户下行峰值速率（Mbps）频段帧结构特殊时隙流数调制方式下行峰值速率n415ms帧周期 DDDDD DDSUU6:4:4下行2流256QAM170下行1流85n792.5ms单周期 DSUUU10:2:2下行2流256QAM77下行1流382.5ms双周期 DDDSU DDSUU下行2流145下行1流721ms单周期 DS0:2:12下行2流110下行1流55TDD-单用户上行峰值速率（Mbps）频段帧结构特殊时隙流数调制方式上行峰值速率n415ms帧周期 DDDDD DDSUU6:4:4上行1流256QAM25n792.5ms单周期 DSUUU10:2:2上行1流256QAM752.5ms双周期 DDDSU DDSUU371ms单周期 DS0:2:1253FDD-单用户下行峰值速率（Mbps）频段流数调制方式下行峰值速率n28下行2流256QAM230下行1流115FDD-单用户上行峰值速率（Mbps）频段流数调制方式上行峰值速率n28上行1流256QAM11519

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5G持续演进，助力5G应用新发展 丁海煜 中国移动研究院 2 规模最大、用户最多的移动网络 灵活定制、融入生产的5G专网 优享 专享 尊享 170万 355万 10亿 2B2C双域融合 随心互访 双发选收、多路备份 安全可靠 700M 2.6G 4.9G 多频协同 五连冠 20000 6.89亿累计开通5G基站超过170万个，实现全国市县城区、乡镇5G连续覆盖，重点区域、发达农村有效覆盖 中国移动5G新基建成效显著，为数字经济发展铸牢基础 建成全球最大5G精品网络，提供优质、泛在、安全、可定制的公网和专网连接服务 传统产业数字再造 重塑生产组织方式和运营模式助力降本增效 提升社会管理水平和服务手段践行为民服务 社会民生普惠升级 新型信息服务体系逐步应用到企业生产，5G商用案例连年翻番，加速数智化应用场景向更多领域渗透 创新产业技术应用及商业模式培育增长动能 新兴业态发展壮大“连接 算力 能力”新服务，助力千行百业新发展 实现行业1N的规模发展 智慧电力 智慧矿山 智慧港口 智慧冶金 智慧工厂 智慧医疗 实现行业 01的突破 全国最深矿井919米5G网络安徽 全球首创5G多模节点仪江苏 全球首个智能电网实现8项全球首例广东 全球首个5G高铁广东 全国首张石化行业5G防爆专网广东 福田医联体落地首个商用5G医疗推车广东 深职院全国首个职业教育5G 智慧校园广东 全国首个5G超声虚拟教学项目落地广东 覆盖27省 落地410 座 发电、电网企业深度合作 签约项目480 19家A 钢铁企业 已落地16家 全国前十 集装箱港口全落地 医疗机构2200 家 TOP100医院合作63家 覆盖31省 落地项目近3000个 5G应用发展进入深水区，需进一步做大规模、做精体验、做深融合、做广领域 创新作为第一动力，5G-A新技术将起到核心推动作用 5G-A持续演进，推动5G应用高质量发展再上新台阶 做精 无源物联 eIOT 拓展物流、仓储等无源物联市场（取代RFID）做广 内生确定 集中控制新架构 从管理辅助深入核心生产控制 中高速物联 双域专网 灵活分流 实现校园、政务、警务等内外网灵活访问业务规模发展 RedCap 加速视频监控、可穿戴、数采等规模上量 工业互联网 做深 通感算一体全Uu新架构 从车载娱乐深入辅助/自动驾驶 车联网 云网业端协同 新通话、云XR、裸眼3D等沉浸式新体验 焕新视听 通感一体 拓展无人机监管、入侵检测等泛在感知市场（取代雷达）通感一体 做大 4G中高速物联升级需求 5G物联降本需求，业界对低成本5G中高速物联需求迫切，急需引入R17 RedCap等新技术补齐5G物联技术体系 5G中高速物联需求：市场前景广阔，但面临终端成本高痛点 5G模组价格是4G模组的510倍，降成本需求迫切 5G中高速物联前景广阔 超高速（100Mbps ）中速率（100kbps-10Mbps）高速率（10Mbps-100Mbps）低速率（0-100kbps）智能电力 车联网 可穿戴 视频监控 智能制造 450 元 5G eMBB 1240元 NB-IoT 价格 4G升级，容量、时延等代际跃迁 5G刚需，降成本需求场景 60100元 4G Cat 4 预计200300元 5G R17 RedCap 1545元 4G Cat 1 5G R18 RedCap 4G物联网 5G物联网 降低约50%做大 做精 做深 做广 5G中高速物联技术：终端轻量化，相较4/5G具备七大优势 更低成本 更大容量 更低时延 更低功耗 更强隔离 更优覆盖 更优适配 复杂度降低60%相同规模堪比4G价格 连接态：预计 降低10 %最大可达18倍（多BWP、MU-MIMO）2.6GHz Massive MIMO 700MHz广深覆盖 可降低约70%（URLLC）支持切片、MEC、UPF下沉、CAG等 支持5G LAN、空口授时、高精定位等 对标5G eMBB 对标4G RedCap轻量化终端技术通过缩减终端带宽，减少天线数，降低调制阶数，能够有效降低终端复杂度及成本 对标5G eMBB，RedCap具有更低成本、更低功耗等优势；对标4G，RedCap可复用5G百兆带宽及原生能力，具有更大容量、更优覆盖、更低时延、更强隔离、更优适配等优势 做大 做精 做深 做广 5G中高速物联进展：RedCap技术及行业测试验证 中国移动率先完成RedCap测试验证，性能符合预期，并积极推进产业成熟，实现多行业、多场景首商用试点 性能符合预期 兼容性 RedCap、eMBB终端 均能正常接入 峰值速率 外场好点上下行峰值速率 可达理论峰值90%以上 Ping时延 端到端平均时延 在30ms以内 移动性 同频、异频及异系统 移动性均支持 组建两批六支“RedCap作战编队”积极推进产业 摄像头 电力CPE DTU 率先推出RedCap终端样机 推出基于RedCap的电力CPE、摄像头、DTU等终端产品 电力秒级负控 工厂园区监控 物流AGV 打造行业标杆首商用 打造电力、医院、工厂、钢铁等多行业、多场景首商用试点 中国移动与产业界紧密协作，力争2023年底RedCap商用 做大 做精 做深 做广 教育-随时随地访问 师生访问校园系统，内外网自动切换 政务-安全高效接入 员工出差、居家办公，内网数据保障安全 警务-内外网同时接入 警员外出办公警务终端和执法仪二合一 文旅-区域内特色业务 游客在景区内可享受沉浸式的观览业务 行业客户“不换卡、不换号”使用单一终端可访问互联网及内网，需求广泛 双域专网：业务场景 行业场景 业务要求 使用灵活 免认证登录 自由切换 性能稳定 无缝覆盖 QoS保障 数据安全 私网保护 网络隔离 做大 做精 做深 做广 无感漫游方案 构建无感漫游、本地分流、定向分流三大系列解决方案，满足行业客户多样化需求场景 双域专网：关键技术方案 本地分流方案 定向分流方案 网络侧建立专用DNN会话完成专网流量疏导，终端0依赖，形成“人无我有”的技术排他性优势 基于ULCL架构实现对同一个会话的分流 基于DNN对用户的多个会话进行定向流量疏导 做大 做精 做深 做广 双域专网业务现已进入规模拓展阶段，签约落地超1000个项目，服务用户超200万，在教育、政务、警务、文旅等行业广泛应用 双域专网：已在典型行业规模商用 教育行业 北京大学 复旦大学 浙江大学 上海交通大学 广东深圳坪山政务 河南省自然资源厅 浙江省公安厅 江门公安警务 北京国家大剧院 国家图书馆 政务行业 警务行业 文旅行业 深圳坪山政务、浙江省公安厅、郑州师范学院等项目受到业界高度认可，荣获绽放杯等多项大奖，发挥标杆示范作用 做大 做精 做深 做广 XR新业务 带来虚实融合新体验 裸眼3D 拓展视觉体验新领域 焕新视听体验需求：5G新视听应用蓬勃发展 5G新通话 开启智慧通话新“视界”短视频 网业协同提升用户体验 多承载 全高清 可视化 可交互 可视交互 智能翻译 远程指导 趣味通话 高清视频：提供超高清短视频 低卡顿：播放过程卡顿少 低时延：低首帧时延 39%0 0 3C%随着网络技术、视听技术、内容生态等的持续发展，AR/VR/MR/裸眼3D等新业务有望成为5G杀手级应用 做大 做精 做深 做广 跨层信息共享，实现全局最优；确定性连接保障，提供极致化业务体验 CCSA XR网络性能指标及评估方法行标立项 总体思路 关键技术 焕新视听体验技术：云网业端协同，带来沉浸式新体验 智能识别 业务特征学习 确定时延 帧时延调度 网业融合 多流协同，网络信息开放 云端协同 协同渲染，实时转换 流畅体验 业务体验评价及网络KPI指标体系 中国移动牵头完成CCSA XR网络性能指标及评估方法行业标准立项、CCSA推委会5G XR关键能力研究项目立项 内容源 重要帧 重点保障 非关键帧 尽力而为保障 面向新业务增长带来的大带宽、高实时以及不同业务间差异化的保障需求，打造“网随业动、业由网生、网端协同”的技术创新体系，为用户提供极致业务体验 做大 做精 做深 做广 中国移动联合中赫、高通等合作伙伴发布基于5G网络的端边协同无界XR工体元宇宙新应用，携手打造虚实融合的沉浸式赛事新体验 CCSA XR网络性能指标及评估方法行标立项 焕新视听体验实践：5G XR赋能工体无界赛事新体验 结合工人体育场特色场景，基于5G网络实际足球、篮球、拳击等XR体育游戏沉浸式体验，提供下行百兆速率及20ms内传输时延连接保障，保障流畅的沉浸式业务体验 XR头显头显 支持终端侧处理方案 5G网络网络 面向面向XR业务的连接保障业务的连接保障 边缘云边缘云 支持协同渲染 5GC 做大 做精 做深 做广 挑战一：5G具备高确定性是进入工业核心生产控制环节的“敲门砖”挑战二：5G深入工业现场变革控制网络架构是提升投入回报的“必由之路”工业互联网需求：5G已满足辅助生产环节需求，进入核心生产控制仍面临两大挑战 5G已满足辅助生产环节的网络需求，进入由1到N的规模复制阶段 5G进入核心生产控制仍面临确定性能力欠缺、投入回报不明显的问题 处于由0到1的破局阶段 园区级应用 车间级应用 现场级应用 智慧园区 PLC减辫子 机器视觉 视频监控 AGV智慧物流 差动保护 数据采集 天车远控 拖链/滑环控制 时延：100ms 可靠性：99.9%抖动要求：s级 时延：20ms 可靠性：99.99%抖动要求：ms级 时延：10ms 可靠性：99.999%抖动要求：us级 做大 做精 做深 做广 工业互联网技术：内生确定 5G工业融合新架构，助力5G深入核心生产控制环节 空口增强提升性能 网业协同精准匹配需求，使5G内生确定，让客户“敢用”基于智简5G行业网理念实现云网业一体，创新集中式控制新架构，降本增效，让客户“愿用”5G工业融合新架构 CT增强，拓展性能极限 降时延：预调度、mini-slot、DS帧结构、跨层QoS穿透等 增可靠：低码率MCS、双发选收、冗余备份、slot重复等 消抖动：高精度时间同步、TSN内化等 促连接：5G LAN层二通信等 强监控：精细化QoS Monitor、创新异常问题溯源指标体系 网业协同，精准匹配需求 网络适配业务：智能感知业务特征，内生流量编排及精准门控 业务适配网络：网络状态/能力开放，业务实时调整发包节奏，全局最优 内生确定 云网业一体集成 统一云底座：基站集成算力、高实时操作系统 丰富应用：电子围栏、数智通等IT类应用、云化PLC、HMI等OT类应用 集中式控制新架构 规划协同的离散分布式控制-全局集中式协同控制 做大 做精 做深 做广 工业互联网实践：5G融入工业生产控制势头强劲，产业变革价值逐步凸显 基于5G工业融合新架构，高确定性5G融入工业生产网，多场景落地；打造一体化集成IT/OT应用的5G工业云基站，内生工控能力，敏捷部署，多点开花，降本增效显著 宁波某工厂，5G工业云基站实现低时延连接 电子围栏IT应用一体交付 专网开通时长从月级降低为小时级，生产成本下降20%获2023 GSMA HUB大奖 重庆某工厂，5G工业云基站实现变频器控制PLC集成部署，实现PLC南向的无线化 端到端时延稳定小于20ms；HMI无线化改造周期大幅缩短，改善工人作业环境，提升效率 内生工控能力的5G工业云基站多点开花 青岛某工厂，引入双发选收、mini-slot、5G LAN等增强技术，实现PLC主站和传输臂阀岛从站连接无线化，替代拖链电缆 端到端时延16ms99.99%缩短设备维护时间，提升效能 高确定性5G深入工业控制环节 宁 波 某 工 厂，引 入 5G LAN，实现MES数采终端等OT设备的5G便捷接入 企业网络设备免配置便捷组网，改造周期大幅缩短 中国移动联合98家5G数字工厂上下游伙伴，发布5G工业融合组网架构中国产业倡议书，明确融合方向 做大 做精 做深 做广 2019年 2021年 2025年 2030年 5G商用 2022年 2016年 2026年 5G与交通行业深度融合，推动车联网向“智能网联 车路协同”升级，包含辅助驾驶和自动驾驶在内的车路协同成为智慧交通下阶段的发展重点 车联网需求：5G助力智能网联迈向车路协同逐步升级 车载信息娱乐 视频 游戏（V2N）交通效率类（如红绿灯提醒、路线引导）交通安全类（如行人预警、碰撞提醒）辅助驾驶 （V2N、V2I、V2V、V2P）L2/L3 时延100ms级 带宽：10Mbps；时延：秒级/分钟级 车辆编队行驶（V2N、V2I、V2V、V2P）L4/L5 时延10ms 自动驾驶 远程操控驾驶 车辆自动驾驶 语音 音乐 APP 车路协同 做大 做精 做深 做广 连接统一化 PC5迁移到Uu，节省RSU投资 路侧RSG（5G网关）通过无线空口实现数据回传 感知集成化 通感一体，替代路侧毫米波雷达部署 一网多能，频谱共享 算力集中化 BBU集成算力，节省路侧RCU投资 V2X业务下沉部署，低时延响应 车联网技术：面向车路协同的5G通感算一体化新型解决方案 云 网 边 端 无线边缘计算 通感一体 RSU V2X 云控基础平台 摄像头 5G OBU 传输专网 MEC RCU 光纤专网/LTE/5G 雷达 红绿灯 红绿灯 RSG Uu 5G OBU Uu 通感算一体基站 5G BBU PC5PC5传统组网架构 通感算一体化组网架构 连接 感知 计算 摄像头 为解决传统PC5方案建设成本高、性能受限、覆盖不连续等问题，通过连接统一化、感知集成化、算力集中化，打造5G通感算一体新型车联网解决方案，更低成本、更低时延、更高可靠、更快部署 做大 做精 做深 做广 车联网实践：基于5G全Uu的通感算融合验证 中国移动（研究院&广东公司） 中兴【基于通算一体的鬼探头端到端业务试点验证】连接：视频监控、感知提醒等全Uu 计算：算力集成到基站，更低成本、更优性能 效果：空口RTT20ms，端到端时延 5G传输，边缘清洗标注，云端AI算法训练 实时视频看不清、看不远，刹不急，不敢提速 -上行15Mbps &50ms稳定网络传输 自动驾驶处理数据多，模型重，算力均衡到边侧，降低单车算力成本-云边端算力协同的车辆感知强化 车路协同自动驾驶 单车算力成本 30%AI开发效率 周 天 无人车运行速度 15km/h 25km/h 摄像头拍摄画面 测试获取的分段时延 做大 做精 做深 做广 连接：数据采集和远程控制全Uu 计算：端边协同，边缘处理、云端训练，单车算力成本下降30%效果：城市级无人智慧物流，商业化应用 无源物联需求：eIoT新型无源物联网，开启千亿连接新空间 基于eIOT新型无源物联网低成本、易部署、免维护等优势，构建万物互联的数字化底座，实现实物信息实时感知，贯通物理世界、数字世界和商业世界，为toC/toB/toG产业应用带来革命性变化 一物一码，自动盘存，自动拣选，对仓储物资进行在库、出入库、定位管理 生产数据实时采集、跟踪，工序实时透明化及管理，工时统计等 极小体积、灵活便捷的无源标签，贴附在家庭和个人物品上，实现快速定位查找 对物流过程中的车辆、容器、物品进行全程跟踪，保障物流运输的可靠性 利用传感器和蜂窝无源标签感测并整合城市基础设施信息，实现资源精细化管理及智能响应 蜂窝无源标签融合温度传感器对电力设备进行状态监测，提高效率，节约人工成本 仓储管理 泛在感知 定位追踪 市政管理 全域物流 产线孪生 典型局域场景 典型广域场景 做大 做精 做深 做广 无源物联技术：eIoT分阶段演进，构建数字化基座 无源物联网根据其应用需求及技术演进，可分为单点式无源1.0，组网式无源2.0，蜂窝式无源3.0三个阶段，随着架构和能力升级，eIOT将大幅扩展超低速物联网应用领域，打造全程全网的连接服务能力 组网式eIOT 蜂窝式eIOT 单点式RFID 点随物移 一体式架构 点对点近距离读写 局域覆盖 组网式架构，实现区域部署 接收灵敏度提升，实现百米级上行通信 全程全网 引入蜂窝广域组网，扩展系统能力，新协议、新架构、新标签 以覆盖服务全要素管理，结合标识体系，实现资产的全生命周期管理 无源1.0 无源2.0 无源3.0 网络 传统RFID标签 射频能量供电 单一资产标识 能力升级 天线阻抗自匹配，适应环境变化 引入敏感单元构建简单温湿度感知能力 通信&感知能力双重增强 新型低功耗协议增强通信性能 复合环境能量采集扩展能量源 多维度感知功能扩展应用场景 终端 做大 做精 做深 做广 无源物联实践：eIoT商用落地和持续突破 蜂窝式eIOT 组网式eIOT 中国移动联合行业积极推动eIoT新型无源物联网国内外标准的制定，并开展技术试验和产品研发 完成组网式产品研发，多地试点效果良好；完成业界首次蜂窝式外场试验，覆盖距离首次突破200米 研发组网式eIoT无源物联系统，已在北京、佛山、苏州多地试点落地，实现对仓储、工厂、楼宇内资产/物料/人员的全自动管理 佛山某大型工厂仓储区面积达2万平方米，存储原材料、半成品、成品、标准件等，之前主要管理方式为普通纸质单据，人工盘点费时费力，遮挡货物难以定位，对自动化盘点和定位需求强烈。通过部署组网式eIOT无源物联系统，实现仓储全面自动化盘点及出入库，识别准确率100%，全仓库盘点时间从原来的月级别缩短99%至分钟级，并可准确定位货物位置，实现资产自动化高效管理。佛山工厂典型案例 通信距离相比传统RFID提升数十倍，采用半有源标签（太阳能供电）室外LOS径环境覆盖距离超过200米 做大 做精 做深 做广 通感一体：催生一网多能新业态 无人机（监管、轨迹跟踪）、车联网（道路监管、自动驾驶等)、智慧海洋、智慧生活、智慧工厂等行业场景，实时感知无人机、车辆、人员等需求，存在巨大的经济和产业价值 智慧海洋 智能低空经济 智慧道路交通 海域监管 船只识别 无人机监管 低空物流配送 车路、车车协同（ 感知）交通拥堵和事故避障 智慧生活 入侵、跌倒检测 呼吸、健身监测 需求与价值 做大 做精 做深 做广 通感一体：一体化空口及网络架构设计，构建一数多用新能力 面向泛在的感知需求，通过通信和感知技术一体化设计，构建低成本、性能优、无缝泛在的全域感知新能力，助力车联网、无人机监管等丰富业务 关键技术 一体化感知信号设计 提出灵活的感知信号及帧结构设计，降低感知资源开销，满足高精度感知需求 多样化感知工作模式 通过自发自收和节点间协作感知多种手段，匹配不同应用场景 灵活化感知网络架构 本地化、可独立部署、轻量化的网络架构，避免数据迂回，降低感知时延 演进节奏 3GPP SA1场景需求SI将于2023 Q2结项，后续推动3GPP RAN空口和SA2网络架构R19立项 总体思路 通过一体化空口信号和多样化感知模式设计，在通信的同时使能距离、速度、角度等感知新能力，支撑拓展新业务 做大 做精 做深 做广 通感一体：高低频样机稳步推进，完成无人机和交通场景初步验证实践 高中频样机均可实现约1km探测距离，数倍于传统雷达；完成业界首个5G无线算网一体车联网架构验证，性能成本等优势显著 感知范围可达1000m，亚米级距离精度，0.05m/s速度精度；实现鬼探头场景行人入侵检测；满足辅助自动驾驶、道路监管等业务需求。信息港高频交通场景测试验证助力智慧交通 高低频无人机场景测试验证助力低空经济 感知范围可达2000m，感知资源开销10%，目标识别率达到100%；满足无人机监管等业务需求。做大 做精 做深 做广 中国移动建设协同创新基地，推动5G持续创新演进 中国移动积极建设协同创新基地，针对5G-A、5G 行业等领域建设专业实验室，打造开放、共享的新技术/新产品/新应用研发、测试、演示环境 诚邀各位产业合作伙伴，共同参与协同创新基地建设，共同开展联合攻关，共同推动5G创新演进 从基础能力增强、拓展新场景、使能新业务三方面14个细分领域开展攻关，打造全球领先的5G-A试验平台 5G-A实验室 从专网通用技术、行业解决方案、专网运维技术三方面7个细分领域开展攻关，打造工业互联网等样板间 5G 行业实验室

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版权声明版权声明 本本报告版权属于报告版权属于 IMTIMT-2020(5G)2020(5G)推进组推进组，并受法律保护，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用转载、摘编或利用其它方式使用本本报告报告文字或者观点的，文字或者观点的，应应注明注明“来源：来源：IMTIMT-2020(5G)2020(5G)推进组”推进组”。违反上述声明者，。违反上述声明者，将追究其相关法律责任。将追究其相关法律责任。编制说明编制说明 本白皮书由中国信息通信研究院组织撰写，本白皮书由中国信息通信研究院组织撰写，I IMTMT-2020(5G)2020(5G)推进组推进组知识产权工作组成员大力支持，如有不当知识产权工作组成员大力支持，如有不当之处烦请各位读者不吝指正。之处烦请各位读者不吝指正。摘摘 要要 当前，以 5G 等为代表的新一代信息通信技术蓬勃发展，加速推进新一轮科技革命和产业变革。随着移动通信技术在5G 产业的广泛应用，移动通信领域的标准必要专利纠纷也逐渐蔓延到5G 产业，并引发全球范围内一系列标准必要专利相关诉讼，因此围绕5G 产业标准必要专利许可及政策环境的研究，对我国5G 产业的健康发展具有至关重要的意义。本报告从 2022 年到 2023 年 6 月重点领域标准必要专利许可环境出发，系统总结各国标准必要专利规则发展趋势，对智能终端、智能网联汽车、音视频领域的典型案例进行深入剖析，最后提出5G 产业标准必要专利良好行为规则的构建思路。本报告的主要观点如下：5G 产业标准必要专利许可环境呈现复杂化、国际化、差异化特点。5G 智能终端领域，部分产业主体达成标准必要专利许可协议，专利池模式也在进行积极探索，仍需防范 NPE 风险；智能网联汽车领域，专利池许可大洗牌，部分零部件供应商也在寻求单独许可；音视频领域，高收费、重复收费模式仍将延续至 VVC 技术。各国明确标准必要专利的战略意义并积极开展规则布局。美国优化标准必要专利市场竞争环境，欧洲地区构建一体化标准必要专利许可规则，日本产业和知识产权主管部门指导产业主体开展标准 必要专利许可实践活动，中国积极贡献标准必要专利治理智慧。重点领域全球标准必要专利典型司法案例对产业主体标准必要专利许可起到指导作用。英国法院通过苹果 Optis 案再次强化审判逻辑，美国法院通过大陆 Avanci 案明确专利权人具有许可层级选择权，德国法院通过 GE、杜比诉 Vestel 案认为重复收费不符合 FRAND原则。在此情况下，我国应完善标准必要专利相关规则，为企业的许可实践活动提供指导，同时也为全球标准必要专利许可提供有益探索。第一，明确细分领域标准必要专利许可规则，搭建产业沟通平台。第二，发挥产业主体积极性，达成标准必要专利许可费计算的行业共识。第三，完善司法治理规则，打造产业发展新格局。目目 录录 一、5G 产业标准必要专利许可环境.1（一）智能终端领域标准必要专利许可纠纷频发.2（二）物联网、智能网联汽车领域仍以专利池许可为主.5（三）音视频领域高收费、重复收费将延续至 VVC 技术.7 二、各国标准必要专利政策动向.10（一）美国标准必要专利政策导向与产业环境息息相关.10（二）欧洲地区不断完善标准必要专利许可规则体系.12（三）日本提供标准必要专利许可谈判指导.14（四）中国贡献标准必要专利治理智慧.15 三、重点领域标准必要专利典型案例分析.17（一）智能终端领域：苹果 Optis 案.18（二）智能网联汽车领域：大陆 Avanci 案.20（三）音视频领域：GE、杜比诉 Vestel 案.23 四、展望.25（一）明确细分领域标准必要专利许可规则，搭建产业沟通平台.25（二）发挥产业主体积极性，达成标准必要专利许可费计算的行业共识.26（三）完善司法治理规则，打造产业发展新格局.26 目目 录录 图表 1 Sisvel 蜂窝许可费率.3 图表 2 NPE 诉讼数量.4 图表 3 Avanci 后装市场许可计划.5 图表 4 Sisvel 物联网许可计划.6 图表 5 VVC 专利池许可.8 图表 6 MEPG-LA VVC 许可费.8 图表 7 Access Advance VVC 专利池.9 图表 8 日本许可谈判步骤.15 1 5G 商用进入第三年，全球 5G 用户数量持续攀升，2022 年全球5G 用户数突破 10 亿，较 2021 年增长近一倍，中国仍为 5G 用户数大国1。5G 赋能千行百业，不断培育壮大相关新技术、新产品、新业态、新模式，形成 5G 产业2集群。各国积极推动 5G 产业应用落地，全球范围内已开展 644 项行业应用试验或落地部署，工业互联网、文体活动、智慧交通、医疗健康、AR/VR 等应用较为广泛3。与此同时，5G 标准演进不断升级，5G 技术 R17 宣布冻结，向 R18 演进方向逐步明确，超低时延、超高可靠、上行增强、高精度定位等技术支持5G 产业的业务承载能力。随着 5G 等信息通信技术在 5G 产业的广泛应用，信息通信领域的标准必要专利4纠纷逐渐蔓延到 5G 产业，并引发全球范围内一系列标准必要专利相关诉讼。因此围绕5G 产业标准必要专利许可及政策环境的研究，对我国 5G 产业的健康发展具有至关重要的意义。一、5G 产业标准必要专利许可环境 5G 进入应用规模化发展的关键期，对经济社会发展的放大、叠加、倍增作用逐步显现5，重点 5G 产业许可环境呈现复杂化、专业化的特点。1 DIGITIMES Research，2022年 12 月。2 本报告中的 5G 产业是指以 5G为基础设施，向垂直行业演进的相关产业集合。35G创新发展白皮书，2022年 12 月。4 标准必要专利（Standard Essential Patent，SEP）是指实施标准时必须使用到的专利。5 中国 5G发展和经济社会影响白皮书（2022 年），2023年 1 月。2 （一）智能终端领域标准必要专利许可（一）智能终端领域标准必要专利许可纠纷频发纠纷频发 1 1.部分产业主体已达成许可协议，专利池模式正进行积极探索部分产业主体已达成许可协议，专利池模式正进行积极探索 双边谈判达成许可仍是主流方式。2022 年标准必要专利许可谈判取得长足进展，部分产业主体已就许可定价达成一致意见，但并未公布具体费率：2022 年 12 月 9 日，苹果与爱立信结束一年多的标准必要专利诉讼，达成 5G 标准必要专利许可协议，自此苹果已与高通、爱立信、诺基亚、华为、LG 等主要专利权人达成许可协议。2022 年 12 月 9 日和 12 日，华为分别与 OPPO、三星达成标准必要专利交叉许可，囊括了 5G、WiFi、音视频等领域，此外华为还于 2022年 12 月 23 日与诺基亚续签标准必要专利许可协议。2023 年 1 月 23日，诺基亚宣布与三星达成了 5G 标准必要专利许可协议。传统专利池力争在 5G 时代取得突破。3G、4G 时代，专利池运营公司经过诸多努力仍未形成较大影响力，3GPP 曾经试图构建集体许可模式但是以失败告终，Sipro Lab W-CDMA专利池最后由Via接管。2022 年 4 月 27 日，Via 宣布退出无线终端专利池的许可业务，聚焦于其优势领域音频编解码的专利池许可，相关业务由 Sisvel 继续运营，但 Sisvel 需与专利权人协商确定是否加入其专利池。5G 时代专利池模式继续在探索中，2022 年 12 月 14 日，Sisvel 公布新的 5G 多模专利池，首批的 14 位许可人中大部分都是日韩欧企业且 PAE6居多，6 PAE 为 Patent assertion entity 的缩写，直译为专利主张实体，是指以购买专利和主张专利权为主要商业模式的公司，其本身并不进行任何生产经营活动，而以投资创新、专利收购、许可与诉讼等专利运营为主业的经营主体。如 Sisvel、MPEG LA、Via licensing、无线星球、康文森等。3 许可费标准为 5G 多模 0.5 美元（见图表 1）。图表 1 Sisvel 蜂窝许可费率 类型类型 5 5G G 多模多模 4 4G G 多模多模 3 3G G 多模多模 费率 0.5 美元 0.42 美元 0.25 美元 2 2.标准必要专利标准必要专利纠纷纠纷呈现多国爆发态势，各国司法管辖权冲突呈现多国爆发态势，各国司法管辖权冲突愈发激烈愈发激烈 各国标准必要专利的司法审判特点存在显著差异，导致专利权人和实施者之间的博弈空间更为广博，一定程度上加剧了标准必要专利纠纷的专业化和复杂化程度。其一，不同司法辖区成为专利权人和实施者博弈的重要方式，专利权人倾向于在多国发起密集性诉讼，如 2021 年 6 月 28 日起，诺基亚于英国、德国、印度、法国、西班牙、印度尼西亚、俄罗斯、中国等 8 个司法辖区针对 OPPO 发起超过 40 起 5G 标准必要专利侵权诉讼，导致 OPPO 被颁发多个临时禁令7。2022 年 3 月起，诺基亚利用标准必要专利在德国、印度、印尼、马来西亚、中国等起诉 vivo 专利侵权，并要求法院判决 vivo 停止在当地的手机销售。其二，纠纷处理更加复杂，近年来，禁诉令8、“预防性反禁诉令”颁发数量不断增加，禁诉令案件涉诉国家主要集中在德国、美国、中国、印度、法国、荷兰等，其中欧洲地区涉诉占比高达53%，近三年大部分禁诉令相关案件都集中在德国、中国。此外，也有其他国家在颁发禁令或反禁诉令，如 2022 年 7 月 1 日，7 我国现行法律规定中并无“禁令”称谓;新修改的专利法将该措施称为“停止侵犯专利权有关行为”，后续为表述简洁统称为“禁令”。8 我国禁诉令通常指行为保全规定，后续为表述简洁统称为“禁诉令”。4 英国法院在飞利浦诉 OPPO 案中颁发了一项反禁诉令，随后，2022 年7 月 6 日，哥伦比亚法院在爱立信诉苹果案中向苹果颁发了反禁诉令。3 3.N NPEPE 诉讼数量维持在较高水平，诉讼数量维持在较高水平，I ICTCT 领域占比近八成领域占比近八成 NPE9仍在积极布局智能终端领域，成为其发展的重要风险之一。其一，2022 年 NPE 诉讼数量与 2021 年基本持平。根据 RPX 公布的数据显示，2022 年被诉被告数量高达 2290 名，虽然较 2021 年降低1.2%，但是仍高于 2018-2020 年的平均诉讼数量（见图表 2）。相反实体企业诉讼数量持续下降，2022 年较 2021 年下降 11.5%，达到五年以来的最低值。其二，ICT 领域诉讼量位居首位。ICT 领域诉讼数量占总数量的77%，其中电子商务和软件、网络、消费电子和计算机排名诉讼数量的前三位，芯片领域增速明显，2022 年第三季度有 90家芯片企业成为被告，较 2021 年第三季度增长超过 173%。图表 2 NPE 诉讼数量 9 Non-Practicing Entity 的缩写，直译为非执业实体或者非专利实施实体，指的是那些拥有专利权但不具备实体业务的实体。5 （二）物联网、智能网联汽车领域（二）物联网、智能网联汽车领域仍仍以以专利池许可为主专利池许可为主 1.1.智能网联汽车领域智能网联汽车领域 AvanciAvanci 一家独大一家独大 智能联汽车领域专利池大洗牌。除华为、英特尔等外，智能网联汽车许可平台 Avanci 持有超过 80%以上的 5G 标准必要专利，宣称已与美欧日韩等 80 多个汽车品牌销售的超过 1.2 亿辆智能网联车达成专利许可。2022 年 7 月，Avanci 宣布提高 4G 许可费至每辆车 20美元，许可费涨幅达 33%，2022 年 9 月 1 日之后车企都需要按照涨价后的费用支付。另外，Avanci 于 2023 年 2 月 21 日推出汽车后装市场许可计划，专利权人10与 4G 许可计划的专利权人类似，具体收费标准为 3-15 美元（见图表 3），目前被许可人为英国智能交通终端供应商 Trapeze。图表 3 Avanci 后装市场许可计划 产品类别产品类别 3G/2G3G/2G 4G/3G/2G4G/3G/2G 信息娱乐产品 9 美元 15 美元 其他多功能产品 6 美元 7.5 美元 仅监控产品 3 美元 4 美元 我国零部件供应商推动单独许可的达成。除专利池许可外，专利权人和实施者独立达成许可也是重要方式之一，此前华为与夏普、大众供应商等达成零部件级别许可。2022 年 12 月 28 日，博泰与华为达成专利交叉许可及合作协议，协议涵盖双方在智能网联汽车领域的全球专利许可，成为我国首位获得零部件级别许可的一级供应 10 诺基亚并未加入汽车后装市场许可计划。6 商，为多元解决许可争议提供新的可能性。2 2.针对物联网针对物联网重点重点应用领域进行许可规则布局应用领域进行许可规则布局 部分专利权人已进行许可模式探索。诺基亚与芯片厂商联合制定针对物联网产品的许可计划，2022 年 1 月 27 日诺基亚与北欧半导体联合推出“简化物联网标准必要专利许可”项目，终端厂商在购买北欧半导体芯片时可以优先获得诺基亚的许可。同时，华为于2022 年 6 月 17 日也与北欧半导体公司达成专利许可协议，协议中华为向北欧半导体及其客户授予了低功耗广域蜂窝物联网标准必要专利的组件级许可，相关许可费遵循 FRADN 原则11。Sisvel 早于 Avanci 公布物联网许可计划，聚焦于智能电表、资产追踪产品等应用领域。2022 年 11 月 9 日，Sisvel 发布了其物联网专利池（C-IOT），主要聚焦于 LTE-M、NB-IoT 等技术，囊括爱立信、ETRI、大唐、索尼、联发科、无线星球等 19 家专利权人。针对NB-IoT 技术所有产品收取 0.66 美元许可费；针对 LTE-M 技术，智能电表收取 2 美元，资产追踪产品收取 1.33 美元许可费（见图表 4）12。图表 4 Sisvel 物联网许可计划 N NB B-IoTIoT L LTETE-M M 所有产品 0.66 美元 智能电表 2 美元 资产追踪产品 1.33 美元 11 https:/ https:/ （三）音视频领域高收费、重复收费将延续至（三）音视频领域高收费、重复收费将延续至 V VVCVC 技术技术 VVC/H.266 视频编解码标准于 2020 年发布，相比 HEVC/H.265，压缩效率高了50%，有助于减小存储空间占用、提高流媒体视频质量，成为 4K/8K 产业发展的主要助力。1.1.视频编解码领域由视频编解码领域由 MPEGMPEG-LALA 和和 Access AdvanceAccess Advance 两大专利池占两大专利池占主导主导 视频编解码领域标准必要专利数量较多，专利池之间可替代性较高，专利权人实力相当，并不存在几家独大的情况，因此联合收费成为专利权人的首选。视频编解码领域一直以专利池许可为主，H.264 仅有 MPEL-LA 一家专利池，标准必要专利纠纷较少；H.265 存在多个专利池并行运作的情况，包括 MPEL-LA13、Access Advance14、VELOS15三个专利池。由于各专利池均有自己的许可收费政策，收费高昂且计算方式复杂，实践中关于 H.265 技术的知识产权许可争议较大，行业在采用该标准方面进展缓慢。鉴于高通退出 VELOS，H.266 目前仅有 MPEL-LA 和 Access Advance 两大专利池竞争，成员数量较少，高通、华为、微软、诺基亚等专利权人仍处于观望中（见图表 5）。13 MPEG LA是一家成立于 1996年的美国专利池运营公司，主要许可项目包括 QI无线充电、电动汽车快速充电、EVS 音频编码器、HEVC 等。MPEG LA 许可计划由近 100 个国家的数百名专利持有人组成，拥有超过 6000 名被许可人。2023年 5 月 2 日，Via宣布和 MPEL-LA联合成立 Via LA。14 Access Advance成立于 2015 年，由多家大型企业发起、独立管理和运营的专利许可机构，致力于视频编解码技术的标准必要专利许可工作。Access Advance 拥有超过 13000 项 H.265/HEVC 标准必要专利，成员包括三星、杜比、谷歌、GE、华为、LG等 37 家公司，近期把其许可范围拓展到 VVC/H.266 领域。15 Velos Media 成立于 2016 年，其创建者为美国知识产权许可创新公司马可尼，专利池成员包括爱立信、夏普、松下、索尼以及黑莓。Velos Media 已在全球范围内签署了多项许可协议，涉及媒体服务器/播放器、游戏手柄、广播设备、照相机等多个领域。8 图表 5 VVC 专利池许可 2 2.MPEMPEG G-LALA 分为两种收费模式，提高最高收费标准分为两种收费模式，提高最高收费标准 2022 年 1 月 27 日，MPEG-LA 公布了 VVC 许可计划，所有入池专利都要经过标准必要专利评估，且针对终端厂商提供全球许可，按产品销量收取许可费，许可费额度每五年一更新，每次更新额度不超过20%，具体情况如下：针对硬件或付费软件，如果企业销量低于10 万件，则免收专利费；10 万件后每台设备缴纳 0.2 美元专利许可费，企业年度最高付费额为 3000 万美元。针对免费软件，如果企业销量低于 10 万件，则免收专利费；10 万件后每台设备缴纳 0.05 美元专利许可费，企业年度最高付费额为 800 万美元。MPEL-LA 提供两种优惠：第一，若软件企业承诺在未来就其持有的 VVC 标准必要专利加入 VVC 专利池，则对其进行免费许可；第二，实施者如果同时加入 AVC、HEVC 和 VVC 专利池则会给予许可费的 8 折优惠。图表 6 MEPG-LA VVC 许可费 种类种类 销量销量 收费标准收费标准 最高标准最高标准 硬件或付费软件 0-100,000 单元/年 免费 3000 万美元 100,000 单元/年 0.2 美元 免费软件 0-100,000 单元/年 免费 800 万美元 9 100,000 单元/年 0.05 美元 3.3.Access AdvanceAccess Advance 收费模式较为复杂，强调收费模式、退费收费模式较为复杂，强调收费模式、退费政策等的合理性政策等的合理性 2022 年 12 月 1 日，Access Advance 发布了初始专利清单，其中包括 61 个国家的 1100 余项标准必要专利，且都经过标准必要专利评估。根据 Access Advance 公布的 VVC 许可费，基本收费模式并未调整，但较 HEVC 许可费提高 25%（见图表 7）。此外，Access Advance 于 2022 年 6 月 17 日发布新版标准必要专利许可框架，认为若专利池的收费模式和价格获得产业主体的认可则可以被推定为符合 FRAND 要求，实施者若对此存疑需要提供切实证据16。图表 7 Access Advance VVC 专利池 设备类别及设备类别及示例示例 售价售价 每台设备专利费每台设备专利费 单类许可费单类许可费上限上限17 单一企业单一企业许可费上许可费上限及可透限及可透支支额额度度1818 移动设备：移动设备：手机、平板电脑、笔记本电脑 所有价格区间 0.5 美元/0.25美元 4500 万美元 3000 万美元（如果实体不销售手机）单一企业许可费上限为6000 万美元，可透支额度为 2.5万美元 联网的家居联网的家居设备及其他设备及其他设备：设备：机顶盒、游戏机、蓝光播放器、台式电脑、非4K 超高清电视、售价 80 美元以下的设备：20 美元以下 0.25 美元/0.25美元 3000 万美元 20.01-30 美元 0.3125 美元/0.3125 美元 30.01 美元-40 美元 0.4375 美元/0.4375 美元 40.01 美元-50 美元 0.5625 美元/0.5美元 16 https:/ 2022 年 1 月 1 日之后。18 2022 年 1 月 1 日之后。10 监控相机、会议产品、医学成像、数字标牌、VVC 软件 50.01 美元-60 美元 0.6875 美元/0.5美元 60.01 美元-70 美元 0.8125 美元/0.5美元 70.01 美元-80 美元 0.9375 美元/0.5美元 售价 80 美元以上的设备和所有 VVC 软件 1 美元/0.5 美元 4 4KUHDKUHD 超高超高清电视清电视 所有价格区间 1.5 美元/0.75美元 3000 万美元 数字媒体存数字媒体存储设备储设备:蓝光光盘，其他存储设备 所有价格区间 每碟/部 0.28 美元/0.14美元 3750 万美元 二、各国标准必要专利政策动向 2022 年至 2023 年 6 月，美欧日中等主要经济体更加重视标准必要专利的规则引导，对 5G 产业发展产生深远影响。（一）美国标准必要专利政策导向与产业环境息息相关（一）美国标准必要专利政策导向与产业环境息息相关 标准必要专利禁令颁发相对谨慎。美国司法部（DOJ）、美国专利商标局（USPTO）、美国国家标准与技术研究院（NIST）于 2021 年12 月 6 日发布的受自愿 FRAND 承诺覆盖的标准必要专利许可谈判与救济措施政策声明草案引发产业主体广泛争议，以高通、诺基亚为代表的专利权人及 22 个产权组织对政策表示强烈反对，以车企为代表的实施者表示支持。此后，2022 年 6 月三部门宣布撤回特朗普政府时期发布的 2019 年关于自愿 F/RAND 承诺的标准必要专利补救措施的政策声明，禁令颁发标准仍延用 eBay 四要素原则，对于善意实施者慎发禁令。11 标准组织成为专利权人和实施者博弈的第二战场。在专利权人的推动下，IEEE 于 2022 年 9 月 30 日发布新版专利政策19，其中对禁令和最小可销售单元部分进行澄清，赋予了专利权人更多的选择权。其修订特点如下：第一，合理费率的考量因素不再仅限于最小可销售单元。合理费率的参考因素由必选改为可选，专利价值不仅可以考量对于最小可销售合标实施方案的贡献，还可以考量对于合标实施方案的其他适当价值层级的贡献。充分参考已签订过的许可协议，且这些许可协议与预期签订的许可协议具有较强的可比性，删除了“这些既存的专利许可协议应是在没有明示或暗示禁令威胁的情况下取得”的描述，对可比许可协议约束性更小。第二，禁令适用条件更为宽松。专利权人不应针对善意实施者提起禁令，善意的实施者可以要求专利权人就初始侵权通知提供信息，或者寻求诉讼或者仲裁，删除了原条款关于实施者只有在拒绝谈判或者拒绝接受法院判决的情况下才能被颁发禁令的描述。探索多元化纠纷解决机制。2022 年 7 月 20 日，美国专利商标局（USPTO）和世界知识产权组织（WIPO）达成了一致意见，将共同努力促进标准必要专利相关的争议解决，特别是利用双方已有资源，发挥仲裁的重要作用，提高标准必要专利许可效率。19 2023年 1 月 1 日生效。12 （二）欧洲地区（二）欧洲地区不断完善不断完善标准必要专利许可规则体系标准必要专利许可规则体系 欧盟以规则驾驭全球化，加强标准必要专利规则一体化建设。为避免成为大国博弈的逐鹿场，欧盟近年加强立法和司法一体化建设。立法方面，欧盟于 2022 年 2 月 14 日发布标准必要专利新框架，就透明度、许可条款的适用、争议解决机制等在全球范围内征求意见，主要目的在于构建一个公平和平衡的许可环境，并计划于2023年第二季度就标准必要专利以及强制许可问题发声20。随后，欧盟于 2023 年 4 月 27 日发布的关于标准必要专利和修订(EU)2017/1001号条例的决定引发广泛争议，其中标准必要专利登记制度、确定累积费率等规则对于标准必要专利规则走向产生深远影响。司法方面，欧盟统一专利法院（UPC）已于 2023 年 6 月 1 日正式生效，此前的 2022 年 10 月 19 日，UPC 公布法官任命名单，并陆续开展法官培训。德国法官入选 UPC 比例较高，极有可能把德国审判思路带入UPC，其也将对未来欧盟标准必要专利审判规则带来深远的影响。德国推动“比例原则”纳入禁令颁发标准，但司法实践中未见执行实例。虽然德国联邦议院于 2021 年 6 月 11 日通过了专利法改革方案，明确了在对专利权人实施禁令救济时应考量多重因素，包括专利权人请求停止侵害中的利益、请求停止侵权的经济效果、复杂产品、第三方利益等。但司法层面仍存在不同观点，如 2022 年 4 20 Commission work programme 2023。13 月 28 日欧盟法院（CJEU）做出一项重要裁决，在对德国慕尼黑地方法院提交的一个有关初步禁令的案例中认为，对于在诉讼中的专利，即使该专利尚未在异议程序或是无效诉讼中证明其有效性，法院依然可以授予初步禁令。2022 年 8 月 5 日，德国慕尼黑第一地区法院作出的诺基亚 OPPO 案侵权判决，明确驳回了当事人提出的“比例原则”抗辩。英国脱欧后加强标准必要专利规则布局。英国于 2022 年 8 月 5日发布标准必要专利与创新：征求意见反馈报告（简称“报告”），该报告源于 2021 年 12 月 7 日英国知识产权局针对标准必要专利与创新、透明度、救济措施等 6 大主题 27 个问题的征求意见，最终结合 56 份书面反馈综合整理形成。其中虽然仅总结了全球反馈者们的意见，但还是表达了对许可效率的重点关注。与此同时，报告中还明确表示将把英国打造为超级科技大国和全球创新中心，布局有利于英国产业发展的标准必要专利规则，并最迟于 2023年将有所行动。具体执行方面，英国文化、媒体和教育部门推动英国 5G 供应链多样化战略的实施，司法部就替代性争端解决机制和司法争议提供建议，竞争和市场管理局将加强对标准化协议的反垄断审查。另外，英国法院首次就 5G 标准必要专利裁定了全球费率，2023 年 3 月 16 日，英国高等法院就 InterDigital 诉联想 FRAND 纠纷案做出判决，根据判决，联想需向 InterDigital 支付 1.387 亿美元许可费，即单台许可费 0.175 美元。14 （三）日本提供标准必要专利许可谈判指导（三）日本提供标准必要专利许可谈判指导 产业部门明确许可谈判详细步骤。日本经产省于 2022 年 3 月 31日发布标准必要专利许可的善意谈判指南，其中明确了专利权人和实施者的许可谈判步骤，依次为：第一步，专利权人提供要约，专利权人向实施者提供要约时应包括：专利清单、权利要求与标准对照表、实施人产品如何符合标准的信息、专利许可声明表及标准号等信息。第二步，实施者表达接受 FRAND 许可的意愿，若专利权人执行了步骤 1，则实施者需要表达接受 FRAND 许可的意愿，但并不影响实施者在谈判过程中对专利的必要性、有效性以及是否构成专利侵权提出质疑。第三步，专利权人提供具体许可条款，若实施者执行了步骤2，则专利权人应提供具体许可条款，包括许可费等。专利权人有详细说明许可费计算依据的义务，包括第三方的可比许可协议、专利池收费标准、法院判决的费率等信息，以帮助实施者理解该许可费的合理性。第四步，实施者提供反要约，若专利权人执行了步骤 3 但实施者不愿意接受该许可条款，则实施者应向专利权人提供反要约，包括许可费等。实施者也有详细说明许可费计算依据的义务，包括第三方的可比许可协议、专利池收费标准、法院判决的费率等信息，以帮助专利权人理解该许可费的合理性（见图表8）。15 图表 8 日本许可谈判步骤 知识产权主管部门优化许可谈判过程规则。日本专利局于 2022年 5 月 9 日发布关于“标准必要专利的许可谈判指南（提案）”的征求意见，旨在对 2018 年 6 月发布的标准必要专利许可谈判指南进行修订，优化许可谈判方法和许可费计算规则，提高标准必要专利许可谈判的透明度和可预测性，促进权利人和实施者之间的谈判，为相关企业提供详细的许可谈判指导。（四）中国贡献标准必要专利治理智慧（四）中国贡献标准必要专利治理智慧 立法方面，2022 年 12 月 30 日，民事诉讼法（修正草案）发布并征求意见，其中民事诉讼法涉外编的修改主要包括进一步完善人民法院对涉外民商事案件的管辖规则、妥善协调国际民商事诉讼管辖权冲突、丰富涉外送达手段、增设域外调查取证条款、完善承认与执行外国法院判决的制度规则等内容。该修订内容对于标准必要专利涉外的管辖方面具有积极的意义。2023 年 6 月 29 日，国家市 16 场监督管理总局修订出台禁止滥用知识产权排除、限制竞争行为规定，重点完善了标准必要专利领域的反垄断规则，包括明确标准制定和实施中的垄断协议情形、完善标准必要专利许可中的滥用市场支配地位行为规定等。具体而言，其一，标准必要专利权利人不得与具有竞争关系的经营者达成垄断协议。其二，标准必要专利权利人不得滥用标准必要专利排除、限制竞争。其三，权利人在通过标准必要专利交易，取得对其他经营者的控制权或者能够对其他经营者施加决定性影响的经营者集中案件中，应当依法进行申报。2023 年 6 月 30 日，国家市场监督管理总局还发布关于标准必要专利领域的反垄断指南（征求意见稿），旨在预防和制止经营者滥用标准必要专利排除、限制竞争的行为，保护市场公平竞争，推动知识产权与标准化协同发展，鼓励创新，保障消费者权益和社会公共利益。司法方面，最高人民法院先后做出一系列司法判例，在处理区域管辖权冲突和明确全球费率管辖权方面规范标准必要专利许可实践。在康文森与华为标准必要专利许可纠纷案中，最高人民法院从被申请人执行域外法院判决对中国诉讼的影响，采取行为保全措施是否确属必要，对申请人和被申请人相关利益的合理权衡，采取行为保全措施是否损害公共利益，以及采取行为保全措施是否符合国际礼让原则等因素进行综合判断，做出了中国知识产权领域首例具有禁诉令性质的行为保全裁定。2022 年 9 月 7 日，在 OPPO 与诺基亚 17 案管辖权异议上诉一案中，最高人民法院知识产权法庭再次强调中国法院对全球标准必要专利许可费纠纷具有管辖权。另外，最高人民法院注重对权利滥用行为的规制，2021 年 10 月，最高人民法院发布最高人民法院关于加强新时代知识产权审判工作为知识产权强国建设提供有力司法服务和保障意见，其中明确表示将加大对于知识产权虚假诉讼、恶意诉讼等行为的规制力度，完善防止滥用知识产权制度，规制“专利陷阱”“专利海盗”等阻碍创新的不法行为，依法支持知识产权侵权诉讼中被告以原告滥用权利为由请求赔偿合理开支，推进知识产权诉讼诚信体系建设。行业方面，为进一步促进汽车产业高质量发展，形成不同产业间的良性互动和融合发展，2022 年 9 月 13 日，IMT-2020（5G）推进组、中国汽车工程学会知识产权分会、中国汽车标准必要专利工作组联合发布汽车行业标准必要专利许可指引（2022 版），首次对我国汽车标准必要专利许可的核心原则和许可费计算原则进行详细阐释。三、重点领域标准必要专利典型案例分析 近年标准必要专利纠纷频发，智能终端、智能网联汽车、音视频等5G 产业中的重点应用领域的司法判例成为标准必要专利规则塑造的重要方式之一。18 （一）智能终端领域（一）智能终端领域：苹果苹果 OptisOptis 案案 2019 年 2 月，Optis 针对其拥有的 8 项标准必要专利在英国起诉苹果，上述专利最初隶属于爱立信，先转让给无线星球（Unwired Planet，UP）之后，最终转让给 Optis。2021 年 9 月 27 日，英国高等法院就 Optis 诉苹果 3G、4G 标准必要专利侵权案做出部分裁决，对FRAND原则中禁令、反垄断等关键问题进行解读。2022 年10 月27日，英国上诉法院驳回了苹果的上诉请求，仍认为苹果需要预先作出接受许可的承诺，否则将会被颁发禁令。2023 年 5 月 10 日，英国高等法院针对 Optis 诉苹果一案作出了 FRAND 费率判决，苹果应向Optis 支付每年 513 万美元的许可费，折合每台手机 0.026 美元。1 1.裁判要点裁判要点 英国法院就事中禁令的颁发标准建立了一套逻辑体系。由于Optis 并非 ETSI 会员，所以法院在审理中主要考量 ETSI 知识产权政策第 6.1 条的适用。法官认为根据 6.1 条的规定，标准实施者有义务获得专利权人的许可并支付 FRAND 许可费，这也意味着实施者未获得许可则涉嫌侵权，同时 6.1 条并未剥夺专利权人寻求禁令的权利，若专利权人丧失该权利则无法充分补偿损失。因此，法院认为在明确专利有效性、必要性和侵权判定后，允许实施者作出承诺避免禁令发生。本案中，法院在证实苹果侵犯了 Optis 的专利之后，苹果就需要进行 FRAND 许可承诺，否则就可以对苹果颁发禁令。双方应尽量通过善意谈判达成许可。法院认为专利权人和实施 19 者在进行许可谈判中的报价一般都会存在较大偏离，专利权人报价通常较高，而实施者的反报价通常较低，双方经过数轮谈判后才能最终达成一个符合双方利益诉求的费率区间。法官认为即使专利权人提出了所谓的“高费率”，但是实施者经过综合评估后若能接受则证明该费率处于合理范围内，否则实施者就会退出英国市场，且实施者可以通过既往判例、专利权人公布的信息等对许可费范围有大致预期。本案中，法院并没有否认苹果愿意接受许可的态度，但是苹果认为应该由实施者掌握许可谈判节奏，如苹果认为要价较高则拒绝许可，要价较低则接受许可，法院并未采纳其意见。2 2.案件分析案件分析 各国禁令颁发标准存在显著差异。美国明确禁令颁发规则仍延用 eBay 四要素，不应对善意实施者颁发禁令，得到了实施者的广泛认同。德国近期有案例显示禁令颁发标准更加灵活，如可在确认专利有效之前颁发禁令。而英国与美欧标准截然不同，英国法院会首先确认专利的有效性、必要性和侵权性，然后要求实施者做出未来将接受 FRAND 许可的承诺，只有在实施者不接受该承诺的情况下才会被颁发禁令，此举饱受实施者诟病。英国法院致力于成为标准必要专利诉讼优选地。本案中英国上诉法院认为 Optis 一开始就申请永久性、无条件禁令涉嫌专利劫持，苹果拒绝承诺接受法院裁决的 FRAND 许可涉嫌反劫持，所以驳回双方的上诉。但事实上通过简化实体程序的方法把压力都转嫁给双方 20 当事人，将禁令、垄断的判定标准与是否接受法院裁决的全球费率挂钩，本质上对实施者不利。与此同时，英国上诉法院通过本案将标准必要专利的裁判逻辑进一步完善和强化，扩大管辖权范围。（二）智能网联汽车领域：大陆（二）智能网联汽车领域：大陆 A Avancivanci 案案 大陆汽车是戴姆勒等整车厂商的一级供应商，涉及标准必要专利纠纷的远程信息处理控制单元（简称“TCU”）也由其供货。2019年 5 月 10 日，大陆汽车于美国加尼福利亚地区法院起诉 Avanci 及其成员诺基亚、Optis和夏普，认为其违反合同义务和反垄断法，随后大陆汽车把起诉地点变更为美国德州北区法院。2020 年 9 月 10日，美国德州北区法院作出一审裁决，认定 Avanci 等与整车厂商而非零部件制造商进行许可谈判，并未违反反垄断法。2022 年 2 月 28日，美国第五巡回上诉法院做出二审裁决，推翻了地方法院关于大陆汽车根据宪法第三条享有法律地位的裁决。上诉法院认为大陆集团没有受到损害，并驳回了本案中大陆汽车最核心的诉求，即要求Avanci 向零部件厂商提供“组件级”许可。2022 年 6 月 21 日，联邦第五巡回上诉法院重新发布裁定，虽然裁定结果依然认为大陆汽车不能针对 Avanci 及其成员提出反垄断索赔，但是没有详细确认一审法院的基本裁定。2023 年 1 月 31 日，美国特拉华大法官法院的库克法官认为对于该案具有管辖权。21 1.1.裁判要点裁判要点 该案经历了地方法院和巡回上诉法院两级审理，主要审判意见如下：零部件供应商不是适格的原告。Article III Standing 制度是美国联邦法院受理案件的前置条件，只有满足宪法第三条中的三要素，联邦法院才会受理该“案件”或“纠纷”：第一，原告的合法权益遭受损害，此处的损害必须是具体、实际的损害；第二，原告的损害与被告的行为之间存在因果关系，即原告遭受的损害能追溯到被告的损害行为；第三，法院的判决能救济原告的损失。大陆汽车认为Avanci及其成员针对整车厂商的收费行为，最终会传导到零部件供应商，因为双方之间签订了赔偿协议。法院则认为大陆汽车未能证明遭受实际或者紧迫的损害风险，如Avanci及成员迫使大陆汽车支付非 FRAND 费率，或者整车厂商要求大陆汽车依照赔偿协议支付许可费。大陆汽车仅仅能证明存在潜在损害，这种情况不符合Article III Standing 制度的要求。拒绝针对零部件厂商许可并未违反 FRAND 承诺。FRAND 承诺是标准组织与专利权人之间签订的第三方受益合同，但是大陆汽车并不是此处所指的“第三方”，“第三方”应被理解为是专利权人实现权益的主要对象。以大陆汽车为代表的汽车零部件厂商通常不是标准组织成员，也不需要从专利权人处获得许可，使用大陆汽车产品的整车厂商才是专利权人的最终目标。另外，零部件厂商获得许可并 22 非是其业务运行的必要条件，专利权人针对整车厂商的许可在一定程度上意味着零部件厂商已获得许可，因为专利权人并不会对产业链上下游厂商进行重复收费。2 2.案件分析案件分析 组件级别许可仍是汽车产业的核心诉求。大陆汽车被卷入标准必要专利纠纷实属无奈之举，此前其客户戴姆勒遭遇诺基亚、夏普、康文森等 Avanci 成员的侵权诉讼，大陆汽车尝试与 Avanci 进行许可谈判，但发现 Avanci 根本不对零部件厂商提供许可。为进一步支持戴姆勒等客户，大陆汽车于 2019 年起陆续在美国和德国起诉Avanci 及其成员垄断、违法 FRAND 义务。随后，Burry、TomTom、Valeo/Peiker、博世、Sierra Wireless 等零部件供应商相继加入戴姆勒/大陆的系列诉讼，希望利用司法手段达成“组件级别许可”的目标。虽然本次诉讼中大陆汽车并未撼动 Avanci 的许可模式，但是零部件厂商在产业许可实践中已取得一定突破，部分专利权人允许针对零部件厂商进行许可。美国法院倾向于应用合同法规制许可行为。美国法院认为专利权人违反 FRAND 义务、收取“垄断价格”等行为并不违反反垄断法；相反，这还是市场自由竞争的重要体现。法院还明确指出，专利权人通过合同限制其标准必要专利许可的范围、实施价格歧视行为（price discrimination）来最大化其专利价值，可能会违反合同法的相关规定，但并不违反反垄断法。在 FTC 诉高通案中，FTC 于 23 2021 年 3 月明确表示放弃对高通长达四年的反垄断诉讼，高通备受争议的“无许可无芯片”的许可模式得以保留。可以看出，美国法院在标准必要专利反垄断案件的审理中受国家利益、产业利益等的影响，相对较为保守；同时受其法律制度与司法惯例的影响，法院更倾向于在反垄断案件的审理中不介入具体许可条件的设定，而更愿意交由合同法来进行规制。智能网联汽车领域许可规则仍存在较大模糊性。美国法院针对本案的裁定经历了“三次反转”：一审法院重点参考了美国司法部于2019 年发布的标准必要专利政策声明，认为专利权人有权选择许可对象，所以选择性许可的行为并不违反反垄断法。法院还认为虽然大陆汽车的诉求未被支持，但是其可以提起反垄断诉讼。二审法院推翻了一审法院关于“大陆汽车可以提起反垄断诉讼”的论断，认为大陆汽车由于未遭受实质性损害，所以不能提起反垄断诉讼，同时强调了专利权人的选择性许可行为并未违反 FRAND 义务。随着2022 年 6 月 8 日美国司法部等撤回 2019 年的标准必要专利政策声明，二审法院删除了大量不利于零部件厂商的论述，尤其是关于是否违反 FRAND 义务的描述，整体政策导向对实施者有利。（三）音视频领域：（三）音视频领域：G GE E、杜比诉、杜比诉 V Vestelestel 案案 1 1.案情简介案情简介 2020年8月，Access Advance专利池成员GE、杜比、IP Bridge、24 飞利浦在德国杜塞尔多夫起诉土耳其公司 Vestel 侵犯了其视频编解码标准必要专利。其中 IP Bridge 和飞利浦的诉讼专利被认为有较大可能被宣告无效，所以两项诉讼被暂时搁置。GE 和杜比的案件中，2021 年 12 月 21 日，虽然杜塞尔多夫法院确认 Vestel 专利侵权，但是认为 GE 和杜比的许可不符合 FRAND 原则，因此驳回禁令申请。Vestel 此前曾与 Access Advance 就许可问题进行协商，但认为其许可费过高，不符合 FRAND 原则。2.2.案情分析案情分析 专利池重复收费问题受到关注。本案中德国法院主要围绕专利池重复收费是否符合 FRAND 原则，以及实施者是否善意进行深入探讨。由于 Vestel 此前已获得 MPEG-LA 专利池的 H.265 许可，且Access Advance 的成员很多都曾是 MPEG-LA 的成员，所以法院认定Vestel 属于善意实施者。不仅如此，法院还因为 GE 和杜比的非FRAND 行为，而支持了 Vestel 有关其自身应得到补偿的反诉讼请求。据此，Access Advance 于 2022 年 3 月公布新版退费政策，即退费之前先要扣除 40%的管理费21，在剩余 60%的基础上退费，与 2021 年 4月的政策并不存在本质区别。另外，关于 Access Advance 许可费的高低问题，法院并不愿过多干涉，留待双方协商解决。不针对善意实施者颁发禁令。德国法院之所以在该案中认定Access Advance 的相关许可要约不符合 FRAND 原则并驳回禁令申请，21 https:/ 2023 年 1月。25 主要原因在于该案中的被控侵权人已经与其他专利池签订了许可协议，确实存在重复许可问题，且 Access Advance 的要约没有提供解决该重复许可问题的方案，实施者已经履行了善意谈判义务等案件事实。四、展望 党中央、国务院多次在战略层面对标准与知识产权工作做出部署，完善标准必要专利制度，以知识产权高效益转化运用助力5G 产业高质量发展。（一）明确细分领域标准必要专利许可规则，搭建产业沟通平（一）明确细分领域标准必要专利许可规则，搭建产业沟通平台台 依托标准联盟、工作组、标准组织等，为产业主体搭建沟通交流平台，定期就国内外标准必要专利许可、诉讼、反垄断、政策法规等最新动态、关键问题进行深入探讨，加强不同5G 产业标准必要专利许可实践与经验的分享，构建良好的标准必要专利许可生态，探索共创、共享、共赢的产业发展之路。考虑到标准必要专利许可生态的长期良性发展，5G 行业的累积费率确定既要有利于 5G 产业的发展与应用，也要给予专利权人合理的经济回报，因此 5G 行业累积费率不宜高于现有 4G 行业累积费率。另外，根据不同产业发展特点，探索出台知识产权许可与实施相关指南，在专利维权和滥用诉权间寻找专利保护的平衡点，指导产业主体的许可实践活动。26 （二）发挥产业主体积极性，达成标准必要专利许可费计算的（二）发挥产业主体积极性，达成标准必要专利许可费计算的行业共识行业共识 发挥市场主体在标准必要专利许可中的重要作用，鼓励产业主体在许可谈判中秉承善意、遵循 FRAND 原则，不无故拖延许可谈判。许可费计算原则方面，标准必要专利许可规则的共识性原则方面包括：其一，应以促进行业持续、健康发展为基本原则，同时兼顾公平与效率；其二，避免重复收费，与标准必要专利在技术实现过程中的价值贡献相匹配；其三，逐步增强标准必要专利许可的透明度和可预期性。许可费计算方法方面，确定标准必要专利许可条件主要参照自上而下法、可比协议法。参照自上而下法时，行业累积许可费率应当体现标准必要专利对于产品实施标准的实际贡献以及行业合理成本及利润。无论使用哪种计算方法都应基于技术本身对实现产品功能的贡献及产品功能对产品价值的贡献，同时考虑专利对标准的实际贡献以及标准对实现产品功能的实际贡献，不应考虑因技术纳入标准而产生的溢价，且无论许可层级如何许可费应大致相同，尊重不同产业间的行业惯例，兼顾不同地域的经济水平差异。（三）完善司法治理规则，打造产业发展新格局（三）完善司法治理规则，打造产业发展新格局 为适应产业发展，对标准必要专利的司法规则方面可进一步予以明确：其一，推动诚实信用或 FRAND 原则在涉及标准必要专利行 27 使中的具体内涵及司法个案中的具体适用场景。其二，加强我国在涉及标准必要专利问题中的管辖权、审判权、判决执行力度，充分利用案例指导制度，持续发挥好典型案例的示范作用。其三，提升程序效率，如送达程序、管辖权异议、案件排期的可预期性，提升涉外知识产权平行诉讼的国内诉讼程序效率。28 29 30

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5G 与算力高能耗分析及与算力高能耗分析及运营商运营商的应对策略的应对策略中国移动研究院 战略与产业研究所2023 年 7 月 摘要摘要根据测算，未来三年国内运营商 5G 基站与算力相关产品及服务的电费支出总和或将占到其净利润的三成以上。如何有效降低用电成本，实现降本增效，成为当前运营商亟需关注与解决的问题。建议电信运营商，一是一是复用储能系统，考虑推进虚拟电厂建设；二是二是持续完善企业绿色资产的获取渠道，通过使用绿电降低用电成本；三是三是综合考虑环境、政策、交易等影响因素，选建数据中心降低用电成本；四是四是通过技术创新持续降低能耗。2/11 一、一、5G5G基站和算力相关产品及服务是横在运营商高基站和算力相关产品及服务是横在运营商高质量发展之路上的两只“电老虎”质量发展之路上的两只“电老虎”5G 基站方面，基站高耗电问题不容小觑。从单个基站方面，基站高耗电问题不容小觑。从单个 5G 基站基站能耗来看，能耗来看，根据中国铁塔统计，5G 基站建设初期，一个 5G 基站平均每天耗电 65 千瓦时，全年耗电超过 2.3 万千瓦时（图1）。虽然随着技术的进步，5G 基站年均耗能耗持续下降，但根据测算1，到 2025 年一个 5G 基站年均耗电量仍将接近 1.2万千瓦时，相当于一个家庭 5 年用电量总和。从全国从全国 5G 基站总基站总电费支出来看电费支出来看，截至 2022 年底，运营商共累计建成 5G 基站231 万个2，按照全国 5G 基站平均电价 0.9 元/度计算3，2022年运营商 5G 基站电费约为 395 亿元4。基于运营商 2022 业绩说明会与合作伙伴大会中对 2023 年 5G 基站建设的展望，预计1 测算依据为：根据工信部预估，2022年 5G 基站单站址能耗已比2022 年商用初期降低超过20%；中国工程院院士邬贺铨预测2025年 5G 基站能耗将会比建设初期下降一半。2 数据来源：三大运营商财报。3 按电价平均值估算5G 基站平均电价 0.9 元/度，根据全国地理位置不同，电费差异过大，如广东地区峰时位1.2元/度，平时为0.8/度，谷时为 0.4/度，而内蒙古5G基站电费单价为 0.26/度。4 2022 年运营商 5G 基站电费估算过程为:2022 年总累计建成 5G基站数*单个基站年耗电量*电价,即 231万*18980千瓦时*0.9元/千瓦时395亿元。3/11 2023 年运营商 5G 基站电费将持续增加至约 458 亿元5，并达到未来三年中的电费支出峰值（图 2）。结合相关数据估算，预计 2025 年运营商 5G 基站累计建设数量为 367 万座6，由于单个基站年度耗电的减少，届时 5G 基站电费支出将有所回落，和2022 年电费基本持平，约为 392 亿元7。2020 年2021 年2022 年2023E2024E2025E0500010000150002000025000-18%-16%-14%-12%-10%-8%-6%-4%-2%0#72521352.51898016607.51423511862.5-0.1-0.111111111111111-0.125-0.142857142857143-0.166666666666667单个 5G 基站每年耗电（千瓦时）增速图图 1 1：2020-20252020-2025 年运营商单个年运营商单个 5G5G基站年耗电量及增速预测基站年耗电量及增速预测5 2023 年总累计建成 5G 基站数*单个基站年耗电量*电价,即306.5 万*16607.5千瓦时*0.9 元/千瓦时458亿元。6 工信部发“十四五”信息通信行业发展规划目标2025 年每万人5G基站数达 26个，按照中国社科院预测，中国人口将在 2025年达到 14.1 亿，2025 年 5G基站总数为 26*14.1亿367万座。7 2025 年总累计建成 5G 基站数*单个基站年耗电量*电价,即367 万*11862.5千瓦时*0.9 元/千瓦时392亿元 4/11 2020 年2021 年2022 年2023E2024E2025E0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-20%-10%0 0Pp4 274 395 458 430 392 0.6655844155844160.440935672514620.160984848484848-0.0620687561743725-0.08812240183619555G 基站总费用（亿元）5G 基站总费用增速图图 2 2：2020-20252020-2025 年运营商年运营商 5G5G基站耗电总费用及增速预测基站耗电总费用及增速预测表表 1 2020-20251 2020-2025 年运营商年运营商 5G5G基站耗电量及预测基站耗电量及预测20202020 年年20212021年年20222022年年2023E2023E2024E2024E2025E2025E5G5G 基站累计数量基站累计数量（万）（万）77142.5231306.53353675G5G 基站增速基站增速85b3%9%9%单个单个 5G5G 基站每天用基站每天用电量（千瓦时）电量（千瓦时）6558.55245.53932.5单个单个 5G5G 基站全年用基站全年用电量（千瓦时）电量（千瓦时）2372521352.51898016607.51423511862.55G5G 基站电费支出（亿基站电费支出（亿元）元）1642743954584303925G5G 基站电费支出增速基站电费支出增速67D%-6%-9%算力相关产品及服务方面，电费支出持续高速攀升的问题算力相关产品及服务方面，电费支出持续高速攀升的问题值得高度关注值得高度关注。数字经济时代，算力成为基础设施和核心生产力，但数据中心耗电量巨大，电力成本占总成本的 60-70%8。8 中国工程院院士刘韵洁在2023 年博鳌亚洲论坛中表示。5/11中移智库 据估算，1PFLOPS 算力每天要耗电大约 2400 度，每年仅电费成本就要 76.2 万元9。根据国家发改委统计，如果从数据中心的建设标准、建设模式、建设布局、技术创新和资源调度等五个方面探索数据中心节能降耗空间，到 2025 年中国数据中心年用电量可由 4000 亿度降低到 3000 亿度左右，由此测算1PFLOPS 每年电费成本约为 55.6 万元10。截至 2022 年底，三大运营商对外提供的公共基础算力规模超 18EFLOPS11，2022年运营商算力方面电费开支约为 137 亿元12。中国信息通信研究院测算，我国近三年算力规模年均增速约为 50，如按此按此增速计算增速计算，2025 年运营商算力规模应为 60.7EFLOPS，电费支出为 337 亿元左右14；实际上实际上，运营商算力规模增速很有可能高于全国平均增速，若按年均 70%计算，2025 年运营商算力9 据工信部统计，目前全国大数据中心平均用电价格为0.87 元/度，1PFLOPS普通算力每年仅电费成本为2400*0.87*365=76.2 万。10 2025年 1PFLOPS 算力每天大约耗电为 2400*0.9*0.9*0.9=1750度，1PFLOPS 每年电费成本为1750*0.87*365=55.6 万。11 2022年通信业统计公报。12 2022运营商算力电费开支为年18*1000*76.2 万=137亿。13 中国算力发展指数白皮书。14 保守估计，运营商算力规模增速按全国平均增速计算，2025 年算力规模为18*1.5*1.5*1.5=60.7EFLOPS，电费支出为60.7*1000*55.6万=337 亿。6/11中移智库 规模为88.4EFLOPS，电费支出预计高达490 亿元15。表表 2 2022-20252 2022-2025 年运营商算力产品及服务电费成本测算年运营商算力产品及服务电费成本测算20222022年年2023E2023E2024E2024E2025E2025E1PFLOPS1PFLOPS 算力每天耗电（度）算力每天耗电（度）24002160194417501PFLOPS1PFLOPS 算力每年电费（万元）算力每年电费（万元）76.268.661.755.6保守情况（保守情况（50P%增速）：运营商增速）：运营商算力规模（算力规模（EFLOPSEFLOPS）182740.560.7实际情况（实际情况（70p%增速）：运营商增速）：运营商算力规模（算力规模（EFLOPSEFLOPS）1830.65288.4保守情况（保守情况（50P%增速）：运营商增速）：运营商算力方面电费开支（亿元）算力方面电费开支（亿元）137185250337实际情况（实际情况（70p%增速）：运营商增速）：运营商算力方面电费开支（亿元）算力方面电费开支（亿元）137210320490由此可见，未来三年运营商由此可见，未来三年运营商 5G 基站与算力相关产品及服务基站与算力相关产品及服务的电费支出总和或将占到运营商净利润的三成以上（见表的电费支出总和或将占到运营商净利润的三成以上（见表 3）。）。高昂的电费成本，将给运营商造成较大负担。如何降低 5G 基站与算力产品及服务的电费成本，实现降本增效，成为当前运营商亟需关注与解决的问题。表表 3 2022-20253 2022-2025 年运营商年运营商 5G5G基站与算力占净利润比重基站与算力占净利润比重20222022 年年2023E2023E2024E2024E2025E2025E运营商净利润运营商净利润(亿元亿元)1616169818622042223915 实际上，运营商算力规模增速高于全国平均增速，按年均 70%算，2025年算力规模为18*1.7*1.7*1.7=88.4EFLOPS，电费支出为 88.4*1000*55.6万=490 亿。16 运营商 2022-2025 年净利润增长按 2020-2022年净利润年均复合增长率（9.67%）估算。如 2023年净利润为：2022年净利润*（1 年均复合增长率），即1698*1.09671862 亿元。7/11中移智库 5G5G基站电费支出（亿元）基站电费支出（亿元）395458430392保守情况（保守情况（50P%增速）：运营商增速）：运营商算力方面电费开支（亿元）算力方面电费开支（亿元）137185250337保守情况（保守情况（50P%增速）：增速）：5G5G基站基站与算力电费开支占净利润比重与算力电费开支占净利润比重31533%实际情况（实际情况（70p%增速）：运营商增速）：运营商算力方面电费开支（亿元）算力方面电费开支（亿元）137210320490实际情况实际情况（70p%增速）：增速）：5G5G基站基站与算力电费开支占净利润比重与算力电费开支占净利润比重31679%二、二、策略建议策略建议面对用电挑战，建议运营商继续做好现有节能降碳措施，包括打造零碳无线网络、加快推动数据中心降低能耗、鼓励科学错峰与弹性用电、推广绿色办公等，同时可以重点关注以下四个方面：一是复用储能系统，考虑推进虚拟电厂建设。一是复用储能系统，考虑推进虚拟电厂建设。随着能源危机的爆发，峰谷价差逐渐拉大，推进 5G 基站、数据中心中闲置的储能系统建立虚拟电厂可利用峰谷电价差进行套利，降低设备用电成本。电价高时，利用储能系统放电为基站和关键网络供电；电价低时，为储能系统充电。目前，法国运营商 Orange 8/11中移智库 正在大力研究虚拟电厂模式。通过探索虚拟电厂的商业模式和产业化应用模式，为运营商 5G 基站、数据中心“沉睡”资源的再利用提供可复制、可推广的经验。二是不断完善企业绿色资产的获取渠道，通过使用绿电降二是不断完善企业绿色资产的获取渠道，通过使用绿电降低用电成本低用电成本。一方面，用好国家和地方关于绿电补贴政策，加强与能源电力企业、绿电交易所、绿电认证机构的多方合作，积极参与绿电交易，并通过长期电力能源购买协议（PPA）采购绿电，以可预测的价格锁定电价以对冲煤炭价格持续上涨所带来的电费上浮可能性。另一方面，可积极探索自建、合建绿电相关项目。在自建方面，通过在 5G 基站“站点叠光”，在基站加装光伏板，生产绿电降碳的同时，降低电费支出；在合建方面，通过投资数据中心、5G 基站周边投资合建“绿电”项目，通过投资项目以获取低价购电权益，降低购电成本。三是综合考虑环境、政策、交易等影响因素，选建数据中三是综合考虑环境、政策、交易等影响因素，选建数据中心降低用电成本心降低用电成本。第一，考虑自然环境优势，在云南、贵州等 9/11中移智库 气候适宜、水电资源丰富的地区兴建区域数据中心。第二，综合用好各省市的电力政策，从供给端为用电降本。例如，宁夏鼓励通过电力直接交易、财政补贴等方式降低数据中心用电成本；安徽对数据中心、云计算中心可获电价补贴，支持企业参与直接交易。第三，关注出现“负电价”省份，用好电价红利。在现货市场中，负电价渐成常态，是以传统能源为主的电力系统向新型电力系统过渡不可避免的阶段性特点，当大量的发电特别是可再生能源发力充足与电力需求低迷同时出现，就会出现电力交易的负电价，如山东电力市场近期出现连续 21 小时的负电价，值得重点关注。四是通过技术创新持续降低能耗。四是通过技术创新持续降低能耗。一方面，开展节能动态调压、BBU 休眠和池化探索及验证，实现亚帧静默、通道静默、浅层休眠、深度休眠等节能功能的规模部署和性能优化。另一方面，建设统一的智能算力调度平台，基于资源使用率、算力供应量、任务繁忙度、网络时延等多要素实时分析匹配最 10/11中移智库 优路径，降低算力能耗。（作者：黄实、陈永灿、董超、亓明真）11/11中移智库

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中国信息通信研究院无线电研究中心 中国移动通信集团有限公司 华为技术有限公司 2023年7月 5G5G 智慧海洋发展研究报告智慧海洋发展研究报告 (20232023 年年)版权声明版权声明 本报告本报告版权属于版权属于中国信息通信研究院、中国移动通信集中国信息通信研究院、中国移动通信集团有限公司、华为技术有限公司团有限公司、华为技术有限公司，并受法律保护，并受法律保护。转载、摘转载、摘编或利用其它方式使用编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应本报告文字或者观点的，应注明注明“来来源：源：中国信息通信研究院、中国移动通信集团有限公司、华中国信息通信研究院、中国移动通信集团有限公司、华为技术有限公司”为技术有限公司”。违反上述声明者，本。违反上述声明者，本院院将追究其相关法律将追究其相关法律责任。责任。前前 言言 党的二十大报告明确提出“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国”等要求，我国智慧海洋迎来前所未有的发展契机。随着新一代信息通信技术不断涌现，海洋领域各项信息基础设施建设和信息化应用进程持续加速，智慧海洋的赋能效应逐步显现。5G 智慧海洋将以服务海洋经济发展和海洋生态环境保护为宗旨，以 5G 为代表的新一代信息通信技术为支撑，以政府、企业和公众为服务对象，涵盖自然资源、生态环境、农业、能源、交通、旅游等涉海领域，加快推进数字海洋信息基础设施建设，推动海洋传统行业数字化、绿色化、智能化升级，催生一批海洋产业新业态、新模式与新装备，推动海洋经济与数字经济的深度融合与协同发展。本报告由中国信息通信研究院、中国移动通信集团有限公司（含中移湾区（广东）创新研究院有限公司）和华为技术有限公司共同编制，介绍了 5G 智慧海洋的发展背景，从海洋资源、生态环境、渔业渔政、能源开发、海上交通运输、海洋休闲旅游等方面，对我国 5G智慧海洋应用发展需求进行了梳理与分析；结合沿海、近海和远海等差异化需求，发挥 5G 广覆盖、高速率、低时延等技术优势，提出构建 5G 海域立体覆盖融合组网方案；从行业单位、终端设备、解决方案等方面，开展 5G 智慧海洋产业生态发展研究。本报告最后提出加快 5G 智慧海洋发展的几点建议，鉴于 5G 智慧海洋领域当前处于发展起步阶段，我们对该领域的研究还有待于进一步深化，报告中存在不足之处，敬请大家批评指正。目目 录录 一、5G 智慧海洋发展背景.1（一）国家高度重视海洋强国生态环境保护.1（二）沿海省市出台文件推动数字海洋建设.2（三）我国 5G 发展进入规模化关键阶段.3（四）5G 智慧海洋赋能海洋数字经济发展.4 二、5G 智慧海洋应用需求分析.6（一）5G 智慧海洋应用总体视图.6（二）5G 海洋资源保护领域.7（三）5G 海洋生态环境领域.9（四）5G 海洋渔业渔政领域.10（五）5G 海洋能源开发领域.12（六）5G 海上交通运输领域.13（七）5G 海洋休闲旅游领域.15 三、5G 智慧海洋网络建设分析.16（一）智慧海洋 5G 网络建设难点分析.16（二）智慧海洋 5G 网络建设总体思路.18（三）智慧海洋 5G 网络建设部署方案.20 四、5G 智慧海洋产业生态分析.23（一）5G 海洋资源保护领域.24（二）5G 海洋生态环境领域.26（三）5G 海洋渔业渔政领域.27（四）5G 海洋能源开发领域.29（五）5G 海事监管救援领域.30 五、加快 5G 智慧海洋发展建议.32（一）加强涉海领域 5G 协同发展顶层设计.32（二）加快推进 5G 海域应用规模实践推广.32（三）构建完善 5G 海域立体覆盖融合网络.32（四）推动建设 5G 涉海融合技术产业体系.33 （五）加快构建 5G 智慧海洋健康良性生态圈.33 图图 目目 录录 图 1 5G 智慧海洋应用总体视图.6 图 2 广东省 5G 智慧海洋监管项目架构.9 图 3 海域生态环境监测预警.10 图 4“闽投 1 号”海上牧场平台.12 图 5 揭阳神泉 5G 海上风电项目.13 图 6 董家口海事局 5G“云登轮”远程船舶检查.15 图 7 平潭智慧文旅综合管控平台.16 图 8 5G 智慧海洋融合组网架构.19 图 9 海面 5G 700MHz 2.6GHz 4.9GHz 组网示意图.20 图 10 5G 专网 高通量卫星方案示意图.22 图 11 测试内场和外场 5G 基站覆盖信号效果范围图.23 图 12 海上船载基站通信解决方案.23 图 13 5G 警务无人船.25 图 14 搭载 5G 模块的坐底式深远海智能化海珍品养殖网箱.28 图 15 5G 无人机高清视频终端.28 图 16 浙江舟山在渔船上安装 5G 海洋卫星宽带的信号接收器.31 表表 目目 录录 表 1 5G 智慧海洋分场景网络覆盖需求.18 5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）1 一、5G 智慧海洋发展背景 智慧海洋是在海洋数字化的基础上，应用智能化技术、先进装备技术发展而成的海洋高级系统形态，是智慧科技产业和海洋各类活动的结合。海洋对全球政治、经济、军事等领域具有重要地位，是占据经济发展和应对潜在战争的战略制高点，美国、加拿大、日本、欧盟等世界主要发达国家和地区高度重视智慧海洋建设，在海洋立体观测与通信系统、海洋空间数据基础设施、数字海洋应用、海工装备等领域积极争夺国际竞争主导地位。（一）国家高度重视海洋强国生态环境保护（一）国家高度重视海洋强国生态环境保护 党中央明确要加快建设海洋强国，推动绿色智慧生态文明建设。习近平总书记强调，“发达的海洋经济是建设海洋强国的重要支撑”“要加快建设世界一流的海洋港口、完善的现代海洋产业体系、绿色可持续的海洋生态环境，为海洋强国建设作出贡献”。党的二十大报告提出要“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国”，强化海洋安全保障体系建设。中央网络安全和信息化委员会在“十四五”国家信息化规划提出，要加强自然资源和国土空间的实时感知、智慧规划和智能监管，打造智慧高效的生态环境数字化治理体系。国务院多个部委出台政策，推动智慧海洋加快发展落地实施。近年，国家发展改革委、自然资源部、生态环境部、交通运输部、农业农村部、国家海洋局等多个部委发布文件，推动海洋领域数字经济融合发展，涉及智慧渔业、智慧港口、智能航运、智慧旅游等领域，促进海洋产业数字化转型。2020 年生态环境部印发“十四五”海洋生5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）2 态环境质量监测网络布设方案，将建成以 1359 个国控海水质量监测点位为基础构架，涵盖海洋环境质量监测、海洋生态监测、海洋专项监测、海洋监督监测四大类 15 个监测项目的总体网络布局和监测点位布局，基本实现对我国管辖海域的全覆盖，构建海洋生态环境监测网络。2021 年 12 月国家发展改革委、自然资源部发布“十四五”海洋经济发展规划，明确要着力提升海洋科技自主创新能力，畅通陆海连接，增强海上实力。2022 年，生态环境部等六部委联合印发 “十四五”海洋生态环境保护规划，加强应急响应能力建设，发展卫星、无人机、无人艇等大面监测能力，着力提升海洋生态调查工作效率和覆盖水平，并综合应用遥感监测、定点连续监测、现场快速监测、视频监视监控等先进技术，以及互联网 、大数据、云计算、智能化等科技手段，打造海湾生态环境智慧监管平台。（二）沿海省市出台文件推动数字海洋建设（二）沿海省市出台文件推动数字海洋建设 近年为积极落实国家部署，福建、广东、山东、浙江、海南等沿海省市纷纷出台海洋经济相关文件，推动数字海洋加快建设，在海洋立体观测网、海洋环境服务、海洋应急指挥和防灾减灾等领域取得显著成效，形成了一批数字海洋应用示范，为海洋信息产业发展壮大提供有力支撑。如：广东省作为全国海洋生产总值位居首位的海洋经济大省，在广东省海洋经济发展“十四五”规划中提出到 2035 年全面建成海洋强省的长期目标，要求推动服务于航行保障、海上搜救、环境监测、生态调节、资源管理的海上新型基础设施建设。福建省先后印发加快建设“海上福建”推进海洋经济高质量发展三年行动方5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）3 案、福建省“十四五”海洋强省建设专项规划，强调要“高标准推进涉海基础设施建设”，培育海洋信息等七大新兴产业，构建富有竞争力的现代海洋产业体系。山东省 2021 年印发的 山东省“十四五”海洋经济发展规划中明确“推动海洋产业与数字经济融合发展”，将统筹推进海洋立体观测网、海洋通信网络、海底数据中心、海底光纤电缆等基础设施建设，加快海洋数字产业化和产业数字化，依托智能航运技术创新与综合实验基地，进一步完善海上 5G 通信实验网络平台。海南省在海南省创新型省份建设实施方案指出，推动“智慧海洋”工程试点建设，支持建设海洋信息感知、信息通信、海洋大数据平台、海洋综合管理智慧应用、运维保障体系等为一体的智慧海洋体系，为服务国家重大战略保障区建设提供科技支撑。（三）我国（三）我国 5G 发展进入规模化关键阶段发展进入规模化关键阶段 我国已建成全球规模最大的 5G 网络。截至 2023 年 4 月，我国5G 基站总数达 273.3 万个，占移动基站总数的 24.5%，每万人 5G 基站达到 19.5 站，5G 网络覆盖所有地级市、县城城区；5G 行业虚拟专网累计超过 1.6 万个，在港口、医院、矿山、园区、工厂、景区等重点场景初步实现了规模部署和复制，为 5G 赋能行业应用规模发展夯实基础；5G 移动电话用户数达 6.34 亿户，占移动电话用户的 37.1%。我国 5G 应用迈入规模发展关键期。2021 年 7 月，工业和信息化部等十部委联合印发了5G 应用“扬帆”行动计划，为 5G 融合应用发展指明了方向。5G 在工业、采矿、电力、港口、医疗等垂直行业融合应用规模复制，助力企业提质增效、降本减排，截至 2022 年5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）4 底，已有 1700 余家工厂企业、200 余家采矿企业、250 余家电力企业、80 余个港口、600 余家三甲医院实现 5G 商用落地。工业和信息化部2023 年 6 月数据显示，5G 融合应用已融入 97 个国民经济大类中的60 个，应用案例数超过 5 万个，5G 应用发展已经进入规模化阶段。5G 行业应用开始向核心环节纵深渗透。垂直行业的数字化业务类型多、差异大，对网络定制化的需求较高，5G 开始通过“专网 应用”深度融合融通，针对行业用户需求和痛点，逐步从视频监控、数据采集等依托 5G 大带宽能力的通用场景，向远程控制、工业质检等对 5G 低时延、高安全能力有显著需求的核心业务环节渗透，在企业生产管理、生产流通等全生命周期发挥绿色安全、降本提质增效等功效，5G 正持续深化与垂直行业核心环节的融合，推动垂直行业场景质变升级，助力行业数智化转型和高质量发展。（四）（四）5G 智慧海洋赋能海洋数字经济发展智慧海洋赋能海洋数字经济发展 智慧海洋是实施海洋强国战略的重要抓手，通过智能化信息技术与先进海洋装备技术以及与人类海洋活动的结合，实现对海洋安全权益、综合管理、资源开发、生态文明等活动的有效支撑，有效解决复杂的海洋信息整合问题，改善海洋管控与海洋开发发展方式，提升海洋强国发展的质量。5G 具有广覆盖、高速率、大容量、低时延等优势，能够支持高清视频传输、海上无人装备等高质量应用，实现实时快速信息反馈和远程控制，并可根据实际需求灵活部署和配置网络资源，能够适应复杂的海洋环境。未来 5G 将进一步推动构建空、天、地、海、潜一体化的智慧海洋体系，与海事卫星、高空平台等通信方5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）5 式深度融合，加快推动海洋传统产业数字化、绿色化、智能化升级，催生一批与新一代信息技术融合的海洋高端装备新兴产业，培育基于数字化的海洋产业新业态、新模式与新技术，推动海洋经济与数字经济的深度融合与协同发展。5G 智慧海洋推进海洋领域新型信息基础设施建设。由于海洋环境的复杂性和远离陆地的特殊性，传统海域通信面临带宽和速率低、成本高、移动性差等问题。5G 可以有效解决有线技术移动性差、组网不灵活、特殊环境铺设困难场景的网络部署问题，通过与云计算、大数据、人工智能、增强现实/虚拟现实等新兴技术的深度集成，打造云、网、边、端一体化的泛智能基础设施，加速海洋领域新型基础设施服务能力升级。5G 智慧海洋赋能海洋领域各行业数字化转型发展。5G 智慧海洋将深入海洋领域各垂直行业实现融合发展，如在海洋渔业、滨海旅游、涉海服务、海洋生态环保、海洋预报减灾、海洋远程执法等领域，通过增强生产要素协同性和产业链条完整性，助力传统海洋产业提质增效和转型升级，保障海洋产业安全稳定高效运行，加快推动海洋产业体系现代化实现。在新模式方面，5G 助力探索形成可循环、可持续、效益显著的海洋领域商业模式，如引入 5G 技术助力渔民在海上通过直播带货等形式拓宽产品销路，实现传统渔业产业振兴发展。5G 智慧海洋催化海洋装备数字产业化价值提升。5G 智慧海洋将带动海洋领域传统装备设备的进一步优化升级，大大推进海洋信息技术装备国产化进程，增强我国海洋数字产业竞争力，更好更安全地服5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）6 务智慧海洋各项应用。5G 智慧海洋将催化国内一批海洋装备高技术攻关突破与产业化进程，如海洋信息感知技术装备、新型智能海洋传感器、智能浮标潜标、无人航行器、智能观测机器人、无人观测艇、载人潜水器、深水滑翔机等，加速推动我国智慧海洋工程体系化建设及海洋电子信息技术产业的高质量发展。二、5G 智慧海洋应用需求分析（一）（一）5G 智慧海洋应用总体视图智慧海洋应用总体视图 当前，5G 智慧海洋应用涉及多个涉海领域，如自然资源、生态环境、农业、能源、交通运输、旅游等，可将应用服务分类如下：来源：中国信息通信研究院 图 1 5G 智慧海洋应用总体视图 1)海洋资源保护领域海洋资源保护领域，在海域资源保护中，5G 多用于海域监测管理、海洋观测调查以及灾害应急处置；在海岛资源保护中，5G 主要应用于海岛监测管理和特殊用户海岛保护。5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）7 2)海洋生态环境领域海洋生态环境领域，通过 5G 生态环境调查评价、5G 海洋生态保护、5G 污染监测防治等应用，实现对海洋生态环境的数字化监测；另一方面，通过 5G 海洋倾废污染监管、5G 陆源污染监管、5G 工程环保监管等应用，实现对海洋污染的监管执法。3)海洋渔业渔政领域，海洋渔业渔政领域，在渔政管理中，5G 主要可用于渔船管理、作业监管；在渔业渔政养殖捕捞-冷链运输-海产销售的全生命周期中，5G 将赋能实现智慧养殖捕捞、渔船监测、环境监测、精准养殖决策、智能化冷链仓储、线上创新交易等应用。4)海洋能源开发领域，海洋能源开发领域，当前 5G 在油气开发和海上风电等场景的应用较多，主要支撑智能勘探、开采监控、远程操控、智能管输、自动巡检运维、电子围栏、机组检测等安全保障类应用。5)海上交通运输领域，海上交通运输领域，在海事监管中 5G 赋能海运监测保障、智能预警、走私查办等应用；在应急救援中 5G 当前主要应用于海上搜救、海上溢油应急处置；同时 5G 实现船舶数智化水平提升，推动船岸协同、船舶自主航行、机舱监控等应用创新。6)海洋休闲旅游领域，海洋休闲旅游领域，5G 主要赋能游客服务和体验提升，用于景区巡检、紧急救援、VR 观光、AR 导览等行业应用，以及视频娱乐、个人直播、云游戏、应急呼叫等信息消费应用。（二）（二）5G 海洋资源保护领域海洋资源保护领域 面对“越界捕捞、海域使用、海岛保护”等方面问题，自然资源管理部门加强 5G 与海上宽带、人工智能、大数据、物联网等信息通信技术结合，提升对海洋资源保护与开发利用监管能力，实现海域和5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）8 海岛资源全自动、全天候、实时的综合监管防护。具体而言，5G 海洋资源保护领域可分为两大类场景：一是海域一是海域资源保护场景中，资源保护场景中，5G 结合雷达、摄像头、无人机等物联网感知终端，可及时监测识别定位越界捕捞、盗采等违法违规行为，辅助监管人员快速处置、高效执法，构建高水平的海洋资源综合监管体系；海洋观测调查应用 5G 技术，能够进一步完善国家全球海洋立体观测网建设，提升对重大自然灾害的感知能力，协助海洋科学调查与勘测，结合人工智能技术实现全局高效分析和细节精确处置；灾害应急处置应用基于 5G 回传的高清图像及视频，结合地理信息系统 GIS 能够实现快速准确定位，及时完成自然灾害或人为事故的事前预警防范、事中高效处理和事后快速取证。二是海岛资源二是海岛资源保护场景中，保护场景中，5G 支持海岛及周边海域高清监控画面实时传输，对海岛资源开发利用活动进行监督管理；同时结合卫星通信对领海基点、偏远海岛、无人海岛开展特殊用途海岛的监控和管理，提升可靠性和实时性。应用实践：广东应用实践：广东 5G 海洋海洋自然资源自然资源监管监管 广东省海洋综合执法总队基于 5G 及无线电、卫星、专线网等多网络互联互通的通信基础设施，搭建“一张网、一片海、一朵云、一张图、一大厅、一平台、N 应用”的智慧海洋综合执法架构，建成空、天、陆、海一体化监测体系，开展行政执法管理、渔港渔船管理、渔业捕捞管理、资源开发保护、海域海岛管理、海洋环境保护、海洋预报减灾、应急救援处置等多场景应用，全面提升海域综合感知能力，实现监管部门高效管理、统筹指挥、精准决策。5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）9 来源：中国移动 图 2 广东省 5G 智慧海洋监管项目架构（三）（三）5G 海洋生态环境领域海洋生态环境领域 面向近海环境污染严重、海洋生态系统受损等问题，海洋生态环境管理部门推动 5G 与遥感、人工智能、大数据、物联网等信息通信技术深度融合，强化海洋生态环境监测管理和污染防治能力提升。具体而言，5G 海洋生态环境领域可分为两大类场景：一是生态一是生态环境监测场景中，环境监测场景中，5G 将与物联网相结合，进一步增强海洋生态环境监测网络感知能力，有助于实现海洋全学科、全要素、全覆盖、全天候的生态环境数据采集，提高海洋环境质量监测评估效率，为海洋生态保护修复提供有力支撑。二是污染监管执法场景中，二是污染监管执法场景中，5G 支持入海闸坝、排污口、码头等重点区域监测装置数据实时回传处理，对陆源入海排污情况和海岸工程施工关键指标进行自动化监控、闭环管理。此外，通过 5G 网络整合地方水利局、环保局等部门视频监控和物联感知资源，精准控制重点海域排污总量，提升对海洋工程施工单位的监管效能，为发现、报告和制止海洋非法倾废行为提供数据支撑和技5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）10 术保障。应用实践：福建应用实践：福建宁德宁德三都澳三都澳 5G 海洋生态环境监管海洋生态环境监管 福建省宁德市基于海域全覆盖 5G 网络搭建智慧海洋管理平台，支持多种终端感知设备接入，实现三都澳海域生态环境监管全流程可控，包括高清视频监控系统对岛屿、岛礁、岸湾、入海排污口等全海域生态环境进行实时监测和全景管理，AI 智能预警系统实现海漂垃圾监管和治理的高效联动，进一步增强宁德市全海域生态环境可视化、动态化管理能力，提升辖区海域塑料污染治理水平。来源：中国移动 图 3 海域生态环境监测预警（四）（四）5G 海洋渔业渔政领域海洋渔业渔政领域 为保护和合理开发利用渔业资源，在推动海洋渔业养殖捕捞和海产品加工流通高质量发展中，5G 可通过与卫星通信、人工智能、大数据、物联网等信息通信技术结合，构建天、空、岸、海、底一体化的渔业管理体系，促进渔业生产全生命周期阶段提质增效降本。具体而言，5G 海洋渔业渔政领域可分为两大类场景：一是渔政一是渔政管理场景中，管理场景中，渔港部署的 5G 高清摄像头与渔船数据库连接，基于影5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）11 像智能识别船舶类型、是否在册等信息，实现渔船渔港动态监控；依托 5G 网络全天候监测渔船海上作业状况，实时掌握船舶位置和告警、台风路径等生产作业信息，在休渔期和台风期间指挥调度船舶回港，维护渔业生产秩序和渔民生命财产安全。二是渔业产销场景中，二是渔业产销场景中，如养殖捕捞环节，5G 结合无人机、传感器等终端设备，可实现海洋牧场少人化或无人化驻守，实时传输养殖海域的海洋水文气象、海洋环境等数据，完成海上牧场环境的精细化感知和智能化决策。冷链运输环节，5G 助力冷链运输全流程管控，结合 VR、AR、数字标牌等技术实现智慧仓储无人值守，以及跨国冷链的远程协作。海产销售环节，5G 支持海产品捕捞实时直播和远程交易，并结合 AR/VR 等新型终端，为购买方透明化展示全流程渔业生产链，打造海产品电商销售新模式。应用实践：“闽投应用实践：“闽投 1 号号”5G 海上牧场海上牧场 福建省“闽投 1 号”通过平台 5G 网络全覆盖，拉通声纳、光学、视频等多种探测感知技术，支持实时视频监控、水质监测、海流气象监测，结合自研 AI 算法对多维度数据统筹分析，系统性评价生产和运营状况，实现温度、水质的自动调节以及饵料的精准投放，提升渔业管理水平，推动深海养殖高质量发展。5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）12 来源：中国移动 图 4“闽投 1 号”海上牧场平台（五）（五）5G 海洋能源开发领域海洋能源开发领域 面对海洋油气开发、海上风电等海洋能源工程中海洋环境恶劣、设备运维成本高、从业人员安全风险大等痛点，5G 可结合人工智能、大数据分析、图像识别等信息通信技术，加快提升勘探、开采、输送、储存等各生产环节的智能化水平，加强工程安全保障。具体而言，5G 海洋能源开发领域可分为两大类场景：一是海洋一是海洋油气开发场景中，油气开发场景中，5G 将贯穿勘探、开采、输送等全流程环节，如勘探环节，实时回传物探船相关数据并进行预处理，提升海洋油气勘探作业及数据分析效率；开采环节，5G 为钻井平台、导管架平台等设备平台提供数据实时稳定传输，支持 5G 无人机或机器人智能化巡检及部分设备远程操控；输送环节，通过 5G 对生产数据、设备状态、环境信息实时采集与传输，输送管道状态监测、泄漏检测、地质灾害监测等功能。二是海上风电场景中，二是海上风电场景中，5G 将支撑设备建设运维全过程安全效能提升，如建设环节，通过电子围栏系统保障施工及附近水域5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）13 船舶航行安全，解决建设期间施工安全隐患；运维环节，5G 可覆盖海上风电场及风机塔筒内部，通过 5G 无人机、风电场专用机器人等终端设备，进行风电叶片检测、风机塔筒清洗、海上升压站巡检，实现主动预警、智能决策、自动巡检、智能管控等可视化辅助功能，提高设备感知能力、缺陷发现能力、状态管控能力、主动预警能力和应急处置能力。应用实践：揭阳神泉应用实践：揭阳神泉 5G 海上风电海上风电 揭阳前詹风电公司联合揭阳移动通过 5G 基站天线调优和超远覆盖技术，实现间隔 10 余海里的神泉一、神泉二海上风电场 5G 连接，总体覆盖超过 1000 平方公里海域，利用 5G 大带宽、低时延特性，支撑海上风电机组运行状态实时监测，助力风电叶片检测、风机塔筒清洗、海上升压站巡检等运维环节智能化，并结合大数据技术开发电子围栏系统，保障风电场建设期间施工及附近水域船舶航行安全。来源：中国移动 图 5 揭阳神泉 5G 海上风电项目（六）（六）5G 海上交通运输领域海上交通运输领域 海上交通运输具备运输量大、通过能力强、气候条件影响显著的5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）14 特点，导致对交通运输部门监管能力提出全面、精细、快速反应的要求，5G 与人工智能、云计算、边缘计算、网络切片、北斗高精度定位等信息通信技术应用在船舶上，能够在保障海洋船舶安全航行的同时，增强海上交通运输全面实时监管能力。具体而言，5G 海上交通运输领域可分为三类场景：一是海事监一是海事监管场景中，管场景中，通过 5G 网络能够将部署在船舶、航标、航道沿途等处的各类终端设备、传感设备连通，对航运业务全要素进行全面感知、自动监测、智能预警，提升安全监督管理以及船舶航海保障能力，协助相关执法单位实时监测、精准定位、快速查办海上走私。如北海航海保障中心青岛通信中心依托 5G 网络探索落地智能航运、无人船通信保障、海事智慧监管、智慧航道等应用，进一步提升监管执法效率。二是应急救援场景中，二是应急救援场景中，针对水上交通事故、海上溢油等船舶污染事故等突发事件，5G 还能够支持海上精准定位搜救以及应急指挥决策，进一步完善海上应急处置体系建设。三是智慧船舶场景中，三是智慧船舶场景中，5G 为海洋船舶信息化、智能化提供大带宽数据传输及高可靠远程控制保障，实现智慧航运领域内船岸通信、船舶远程控制及自主航行、智能化机舱监控等创新应用，推动航运业数字化和智慧化转型升级。应用实践：山东青岛海事局应用实践：山东青岛海事局 5G 远程船舶检查远程船舶检查 山东青岛董家口海事局通过 5G 实时视频传输技术有力支撑“云登轮”远程船舶检查应用，船员穿戴可视终端设备，按照执法人员要求取出船舶燃油样品并封存上交，实现执法人员登船检查同等效果，解决了国际航行船舶登轮检查受限问题。5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）15 来源：中国移动 图 6 董家口海事局 5G“云登轮”远程船舶检查（七）（七）5G 海洋休闲旅游领域海洋休闲旅游领域 为加快推动海洋休闲旅游产品迭代升级，提升游客休闲享受到海洋丰富自然资源和人文景观的科技含量，5G 可催生云端直播、AR/VR全景旅游等新体验应用，促进海洋旅游产品服务加快创新。具体而言，5G 海洋休闲旅游领域可分为两大类场景：一是游客一是游客服务场景中，服务场景中，5G 可与摄像头、传感器结合实时监控景区状况，帮助涉旅企业加强监测管理能力，与无人机等新型终端结合实现无人化、自动化巡检以及应急呼救等，保障游览秩序和游客安全，并在突发情况下及时进行救援。二是体验提升场景中，二是体验提升场景中，到访海上景区的游客对通信和娱乐存在较大需求，5G 可实现个人直播、视频娱乐、云游戏等创新服务，还可助力海洋景区探索落地 VR 观光、AR 导览等新产品、新服务，为游客提供新鲜有趣的游览项目。应用实践：福建平潭应用实践：福建平潭 5G 智慧文旅智慧文旅 服务平潭基于 5G“一张网”搭建智慧文旅综合管控平台，在平5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）16 潭国际旅游岛为游客提供 5G AR/VR、5G 高清视频、5G 实时直播等应用，为游客提供新的讲解和观看方式，并帮助无法坐船游览的游客实现远程观看海景；此外，通过 5G 视频监控 AI 技术，保障游客在游船上的安全，提升景区管理和应急的能力。来源：网络资料整理 图 7 平潭智慧文旅综合管控平台 三、5G 智慧海洋网络建设分析 当前，海洋领域的传统通信方式主要包括卫星通信、海底光/电缆通信以及在沿海地区已铺设的 Wi-Fi、2G/4G 地面移动通信网络等，未来 5G 将发挥其广覆盖、高速率、低时延等技术优势，通过与 2G/4G、卫星、Wi-Fi 等多技术融合共同构建全海域覆盖网络，高质量地满足沿海、近海和远海等各类通信业务需求，进一步深度赋能海洋各领域各行业的智慧应用。（一）智慧海洋（一）智慧海洋 5G 网络建设难点分析网络建设难点分析 由于海洋场景在环境特征、业务需求等方面与陆地场景存在较大差异，5G 网络部署面临范围广、容量高、部署难等建设难点，且海洋领域各行业的 5G 业务场景及需求有所差异，需有针对性地开展 5G5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）17 建设设计方案部署。一是沿海热点场景网络质量要求高。以往海洋的通信网络建设中，海岸基站仅需保障沿海区域的语音业务和中低速数据传输即可，通信业务类型受限。随着近海船只规模增加、业务量变大，海洋领域大量的数字化应用向智慧化发展演进，如海洋养殖、船只监管等行业应用，以及直播带货、视频娱乐等个人应用加快普及，对视频业务的需求增大，如单用户上行速率需求达到 6Mbps 左右，对近海热点区域和场景的 5G 网络覆盖服务质量提出新挑战。二是离岸较远海域的网络建设覆盖难。尽管部分离岸距离较远海域上船只密度显著低于沿海区域，但外海渔业、能源开采监测、海上实时监控等业务要求持续稳定的通信网络覆盖。陆地沿岸基站信号传输受地球曲率影响，随着离岸距离增加，网络覆盖和质量随之变差，船载终端易脱网，海域通信主要依靠卫星和海岸基站有限的移动通信覆盖能力，尤其远海及部分近海区域通信网络覆盖依托卫星通信进行补盲，存在体验差、资费贵等痛点。三是海洋复杂环境网络建设挑战大。由于海域基站的站址高度高、小区覆盖面积大，海上组网小区间干扰的范围和强度相对陆地更加严重，且海洋立体组网涉及终端类型较多，包括船载终端、无人机等，易造成小区间干扰导致接入稳定性下降，对前期网络建设规划及抗干扰技术要求较高。此外，海上基站离岸距离远，施工地点大多距离海岸几十公里以上，设备运送需要人工配合潮汐时间进行搬运，施工难度和安全隐患较大，深入海面的网络设施施工、供电和维护均面临一5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）18 定挑战。（二）智慧海洋（二）智慧海洋 5G 网络建设总体思路网络建设总体思路 为满足海洋领域各行业各领域的差异化场景需求，当前我国运营商从离岸距离、用户类型、业务需求等角度出发，将海域网络划分为沿海（离岸 020km）、近海（2040km）、远海（40100km）和超远海（100km 以上）四类区域，以“沿海体验优、近海信号稳、远海呼得着”为建网目标，构建 5G 海域立体覆盖融合组网网络，并利用 5G站点的环形覆盖特点，有效规避基站间同频干扰，提升海上通信保障能力，保证智慧海洋 5G 网络高质量建设。表 1 5G 智慧海洋分场景网络覆盖需求 沿海沿海 近海近海 远海远海 定义定义 离岸约 20 公里范围海域 离岸约 2040 公里范围海域 离岸约 40100 公里范围海域 主要主要用户用户 渔排渔民、游客、锚地船员、直播带货 海洋监管、渔业执法、无人岛屿覆盖、近海渔民 岛礁、海上钻井平台、风电场作业人员 业务业务需求需求 上网、语音、渔排居民 IPTV 视频监控、集群语音、数据回传、北斗定位 上网、语音、集群语音、北斗定位 覆盖覆盖目标目标 保障沿海区域 5G 网络体验优秀 保障近海区域 5G 网络信号和体验稳定 保障远海区域VoNR语音业务体验连续 智慧海洋 5G 网络将采取 5G 卫星 Wi-Fi 融合组网方案，统筹考虑热点场景和偏远地区的差异化需求，分区域覆盖沿海、近海、远海三大场景，以高频段组网满足网络容量需求、低频段组网满足覆盖广度需求，实现智慧海洋全场景网络覆盖。5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）19 来源：中国移动 图 8 5G 智慧海洋融合组网架构 考虑到海域各业务对网络容量和覆盖范围需求不同，智慧海洋5G 网络将以低频段和中高频段结合部署为主，并采用高频段扩容方式进一步保障 5G 网络上下行高速体验。此外，卫星通信能够在超过5G 覆盖远限的超远海场景下满足船只通信需求，并在沿海、近海和远海场景中作为 5G 网络的补充。以中国移动为例，海洋 5G 网络采用 700MHz 2.6GHz 4.9GHz 多频组网方式，可根据具体业务需求，灵活选用频段进行叠加；具体而言，充分利用 700MHz 低频广覆盖优势进行海域覆盖，面向沿海高业务量场景按需部署 2.6GHz 补充容量，针对超级热点、大上行场景适当部署 4.9GHz 进一步解决容量需求。5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）20 来源：中国移动 图 9 海面 5G 700MHz 2.6GHz 4.9GHz 组网示意图（三）智慧海洋（三）智慧海洋 5G 网络建设部署方案网络建设部署方案 在沿海和近海区域，智慧海洋在沿海和近海区域，智慧海洋 5G 网络依托低频段网络依托低频段保障网络保障网络广域广域覆盖覆盖，按需叠加，按需叠加中高频承载热点场景需求中高频承载热点场景需求。以中国移动为例，通过利用 5G 700MHz“黄金频段”的广覆盖优势，能够确保沿海偏远区域网络连续覆盖，有效满足海上泛在业务需求。同时充分发挥 2.6GHz Massive MIMO 高容量、大带宽能力，为行业单位、游客、渔民等用户提供高速、稳定的上网体验；针对 2.6GHz 仍无法满足的智慧鱼排、无人机巡检等应用，则通过 4.9GHz 频段进一步解决容量需求，从而更好支撑部分超级热点场景。在近海区域，智慧海洋在近海区域，智慧海洋 5G 网络还将与网络还将与 Wi-Fi、船载直放站结合，、船载直放站结合，提供多种接入方式。提供多种接入方式。为解决近海区域公网覆盖难题，支撑安全监管、气象监测、电子围栏等创新应用，可在无风电场/钻井平台/海洋牧场等海上平台部署 5G 基站，通过海底光缆打通基站和陆地运营商核心网控制面和用户面之间的链路，实现平台周边 20-50 公里范围海域的5G 信号覆盖，并与 Wi-Fi、船载直放站相结合，为近海开放区域用户5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）21 提供兼备多种接入方式的网络服务。在远海区域，智慧海洋在远海区域，智慧海洋 5G 网络充分发挥低频段覆盖范围优势，网络充分发挥低频段覆盖范围优势，结合高通量卫星增强网络覆盖。结合高通量卫星增强网络覆盖。高通量卫星具备辐射功率大、频谱效率高、单位带宽成本低的优势，能够在 5G 无法覆盖的超远海等区域辅助提供网络服务。在 40-100 公里范围的远海区域，通常采用 5G 与高通量卫星相结合的部署方式，在岛礁或舰船上建设卫星系统和 5G基站系统，通过卫星系统实现船载基站信号转发、链路自动寻星及跟踪，通过 5G 小基站系统为移动终端提供信号，地面核心网回传通道由基站 BBU 与卫星系统调制解调器连接提供，实现宽带互联网服务，解决传统卫星带宽资源不足的痛点。智慧海洋智慧海洋 5G 网络可依托多种增强技术，按需扩展网络能力。网络可依托多种增强技术，按需扩展网络能力。以中国移动为例，基于上行 SUL（Supplementary Uplink，上行增强）、下行灵活 CA（Carrier Aggregation，载波聚合）等技术，可实现上下行频段解耦，提升传输速率，更大限度发挥 5G 700MHz 优势，同时通过 2.6GHz TDD 与 700MHz FDD 协同，同步提升用户上下行体验。在沿海、近海区域部署回传天线、信号增强设备、覆盖天线，能够实现陆地沿岸基站信号的覆盖增强，进一步提升热点区域网络覆盖质量。此外，此外，5G 智慧海洋还可为特殊应用场景提供安全专网。智慧海洋还可为特殊应用场景提供安全专网。如在远海区域，针对无需与外部网络互通的独立岛屿和部分大型船只，可采用 5G 专网 高通量卫星组网方案，在本地部署的 UPF/MEC 或服务器上完成应用处理，实现内部互通；高通量卫星在应急通信、回传告警及用户访问公网等场景提供互联网接入，满足多业务需求。5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）22 来源：中国移动 图 10 5G 专网 高通量卫星方案示意图 实践案例：实践案例：南方海洋实验室海上应用南方海洋实验室海上应用 5G 专网建设项目专网建设项目 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）（简称南方海洋实验室）建设的珠海万山海上测试场是珠海市重点项目，目标是围绕智能船艇、海洋无人系统、海洋仪器的关键核心技术，建设集研发测试、检验认证、标准制定及国际交流合作一体的世界一流的海洋综合测试场。中国移动广东公司珠海分公司采用 2.6G 700M 分层组网技术开展测试场 5G 专网通信建设，探索海上船载基站通信解决方案，实现近海、远海 5G 分级错层覆盖，既保障近海的网络容量，又满足试验场边缘 40 公里的 5G 通信需求，为南方海洋实验室海上试验测试提供关键可靠的通信保障支撑，为海洋数字化创新及海洋无人装备的规模应用“铺路架桥”。5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）23 来源：中国移动 图 11 测试内场和外场 5G 基站覆盖信号效果范围图 来源：中国移动 图 12 海上船载基站通信解决方案 四、5G 智慧海洋产业生态分析 5G 智慧海洋将 5G 技术扩展到海洋领域，不仅推动了行业数字化的转型升级，为信息消费带来新赛道和新模式，同时也带动海洋设施装备和相关解决方案的提质升级。当前，5G 智慧海洋产业生态圈初步形成，包括自然资源、生态环境、农业、能源、交通等海洋相关行业单位、行业终端设备厂商及解决方案提供商等。如 2023 年，福5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）24 州市大数据发展管理委员会与交通运输部东海航海保障中心福州通信中心、中国移动福建公司福州分公司共同签署福州“5G 数字海洋”战略合作协议，福建省物联网行业协会同锐捷网络股份有限公司、福信富通科技股份有限公司等 18 家数字企业共同签约成立了近海 5G产业生态联盟。5G 智慧海洋产业聚集效应正在逐渐形成，成为推动海洋经济高质量发展的新引擎。（一）（一）5G 海洋资源保护领域海洋资源保护领域 在行业单位方面，为推动海洋资源的高效合理开发利用与保护，自然资源部及其直属单位（如测绘研究中心、海洋减灾中心、第一/第二/第三海洋研究所等）、派出机构（如南海局、北海局、东海局）积极推进 5G 智慧海洋建设，国家海洋信息中心具体负责制订海洋信息化相关发展战略、政策和标准规范，组织实施国家智慧海洋等重大海洋信息化工程，承担国家海洋信息通信网的建设与运行，负责海域海岛动态监管系统建设与运行，建设运行海洋生态预警监测信息系统，承担军民兼用海洋环境信息保障服务。在终端装备方面，5G 推动水下摄像机、海洋监测仪器装备、科考船、执法船、海巡艇、无人机等装备迭代升级，有效支撑海洋科考调查、海上执法、现场巡检和应急救援等应用。如珠海云州智能科技股份有限公司研发制造的 5G 警务无人船可执行海域巡逻侦查、警告、驱离、水下探测等任务，对于夜间倾废、走私、偷渡等违法行为进行高效巡逻侦查和执法取证，开展极端天气、恶劣环境或落水人员的应急救援救助。再如上海未海海洋科技有限公司、青岛励图高科信息技5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）25 术有限公司开发的 5G 海洋监测仪器装备产品可实时和长期连续观测监测大气、海洋物理性质、化学性质、水层中的生物、海底岩石、流体和微生物等。来源：网络资料整理 图 13 5G 警务无人船 在解决方案方面，为维护海上秩序、促进海洋资源安全有效利用，海域安防、海岛管控、海洋资源开发保护等一系列解决方案已开发完成。如青岛海创智图科技有限公司开发海域安防管理系统，上海望海大数据信息有限公司开发海上治安防控解决方案，有效打击对海上资源的非法偷盗、非法偷渡、非法勘探等活动。中船（浙江）海洋科技有限公司开发无人岛智能管控平台，实现雷达、AIS、光电摄像机、5G 无人机等设备一体化接入。广东海启星海洋科技有限公司开发海上溢油模拟分析系统、海洋灾害态势分析综合展示系统、观测网系统运行维护保障管理平台，支撑海洋资源调查监测、开发、保护、应急减灾等服务。5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）26（二）（二）5G 海洋生态环境领域海洋生态环境领域 行业单位方面，为推动海洋生态环境保护实现高效合理的监督管理，生态环境部及其直属单位（如国家海洋环境监测中心）、派出机构（如北海、东海、南海等海域生态环境监督管理部门）积极发展 5G智慧海洋，推动海域生态环境监测网络建设，助力海洋生态保护与修复监管、重点海域综合治理监督协调、海洋污染事故与生态灾害预警应急等，生态环境监测与科学研究中心具体负责各自海域内生态环境保护督察、执法、纠纷调处、应急等信息化建设技术支持工作。终端装备方面，海洋环境监测和保护管理相关仪器装备通过 5G技术实现技术能力水平加快升级，相关产品已推出上市。如厦门计迅物联科技有限公司推出 5G 工业级环保数采仪，用于污染源监测、污水处理、废弃监测、生态流量下泄监控等海洋环境监测。青岛罗博飞海洋技术有限公司研发海洋监测浮标，配备微波、4G/5G、卫星等无线通讯设备，通过搭载各类水文、水质传感器、气象传感器、声呐等装置设备开展海洋环境监测和保护相关数据采集服务。同方江新造船有限公司在生产的海上执法船上，通过光电跟踪、视频指挥等专用执法装备配置 VSAT 或 4G/5G 模块实现海陆信息互通。解决方案方面，一些深耕大数据、物联网等领域的高新技术企业已开发海洋生态环境监测、治理、执法、监管等应用系统。如深圳雾智数据开发近岸海域海洋生态环境监测系统，实现海洋环境监测点位自动监测、用船周期性现场采集等，推动海洋生态环境监测体系建设。四创科技有限公司开发了海洋环境综合监管平台，实现海域各类污染5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）27 源从源头、污染、影响的全过程预防预控。河北省众联能源环保科技有限公司在渤海新区建立海洋生态环境执法监管平台，集成水质生态环境监测、无人机影像巡查、海湾河口环保巡查、海水质量评估及污染源影响分析、主要排污企业视频监管等功能，形成了海域生态环境治理新模式。在福建宁德，5G 智慧海洋管理平台的引入打造了智慧海洋生态环境一站式监管方案，实现全海域海漂垃圾可视化、动态化管理。（三）（三）5G 海洋渔业渔政领域海洋渔业渔政领域 行业单位方面，远洋渔业、海水养殖、渔政执法、渔船渔港、休闲渔业等相关单位或机构积极推动 5G 智慧海洋建设，强化运用信息手段确保远洋渔业安全生产。近日，农业农村部、工业和信息化部等八部委发布关于加快推进深远海养殖发展的意见，随着海洋牧场建设综合试点工作展开，一批自动化、智能化的“5G 海洋牧场”水产养殖新模式逐渐形成。如山东荣成爱伦湾国家级海洋牧场通过 5G水下摄像系统，开展 5G 全景监控实现海洋牧场“无人值守”，促进海洋牧场生产方式智慧升级。终端装备方面，5G 技术开始注入渔业渔政执法设备、大型海洋渔业养殖装备，如在渔业执法船上部署 5G AI 算力视频监测识别装备，速识别违法船舶以提升执法效率；通过 5G 高清视频或 VR 终端开展海产品捕捞直播、直播带货等电商类应用。尤其近年深水网箱、养殖工船等深远海养殖装备不断创新，从传统的养殖方式向智能化、高效化方向转变，部分地方成立深远海养殖装备产业发展创新联盟，5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）28 积极推动新型养殖装备研发和产业化推广，推动远洋渔业基地和海产品捕捞加工船等新型海洋渔业装备高水平建设。如山东烟台长岛在“长渔 1 号”搭建 5G 海洋牧场主甲板平台，推动深海自动化养殖。国鲍 1 号是在长岛建设的国内首座坐底式深远海智能化海珍品养殖网箱，搭载 5G 信号站，配备了雷达看护设置和水质、气象、水温等大数据监测装置，实现对养殖网箱及海洋牧场全天候监控监测。来源：网络资料整理 图 14 搭载 5G 模块的坐底式深远海智能化海珍品养殖网箱 来源：网络资料整理 图 15 5G 无人机高清视频终端 5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）29 解决方案方面，一些针对渔政执法、渔业养殖的解决方案已相对成熟。如雾实（福建）科技有限公司开发智慧渔港综合管理平台，提供渔船进港-渔获物定点上岸-水产品交易三位一体综合监管业务应用和服务，助力渔政管理者海洋渔业监管和治理能力提升。山东广为海洋科技有限公司开发海洋牧场综合管理系统，助力渔业从业者掌握海洋牧场生态状况、渔业资源状况及生产运营状况。（四）（四）5G 海洋能源开发领域海洋能源开发领域 行业单位方面，为加快推进海洋油气勘探开发的数字化、智能化建设，国家能源投资集团有限责任公司、中国华电集团有限公司等电力生产企业及中国海洋石油集团有限公司等油气开采企业积极运用5G 改善海上通信稳定性和实用性，满足海上作业通信需求。如中国华电集团有限公司在广东省建成近海深水区海上风机 5G 基站，为打造“智慧风场”提供强大的通信保障。中海石油（中国）有限公司湛江分公司文昌气田搭建海油领域首个 5G 海上智能平台试点油气田，将 5G 与海上平台生产中现有通信传输系统、生产控制系统及服务管理系统等结合，全面助力海上平台向数字化、智能化转型。终端设备方面，针对作业环境变幻多端的海上环境，一些海上风电、石油、油气的勘测、巡检、开采、运输等所需的终端设备，如多媒体融合通信终端、智能巡检手持终端现已开始嵌入 5G 模块。如深圳市亿道信息股份有限公司开发的 5G 平板电脑具有全密封、高耐摔度和高强度保护等级，为海上石油勘测作业提供有力设备保障。亮风台（上海）信息科技有限公司、航天智控科技有限公司等开发 5G 网5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）30 联无人机、AR 智能眼镜等设备，协助作业人员快速检测设备状态。解决方案方面，面向海上风电、海上油气开采等建设运维开发的全生命周期管理平台、综合运营管理平台、风电运营中心管控平台等已陆续完成，全面推动海上能源领域与 5G、互联网 、大数据等信息通信技术实现更加广泛、更深层次的融合。如中信科移动通信技术股份有限公司针对海上油气开采领域开发 5G 海上智能平台解决方案，通过 5G 网络为平台上无线传感器接入、井口平台远程操控、移动作业/外操/应急救援提供安全可靠的无线传输服务，实现作业监控、远程操控，支撑海上油气平台安全、高效生产。（五）（五）5G 海事监管救援领域海事监管救援领域 行业单位方面，为增强海上搜救应急救援、船舶监管、海事巡航和通航环境等方面的信息化技术支撑能力，交通运输部海事局、中国海上搜救中心等部门及下属地方机构（如上海、天津、深圳、连云港等十多省市海事局及北海、南海、东海的航海保障中心等）积极推进5G 部署，为海上遇险安全应急、行政执法、管理保障等提供高质量的通信服务能力。如 2023 年，交通运输部东海航海保障中心福州通信中心与当地政府、电信运营商共同签署福州“5G 数字海洋”战略合作协议。福建海事局在宁德打造“5G 海上执法平台”，帮助海事处的工作人员进行海域现场的远程巡查执法，应急救援时将前端音视频实时回传至后端指挥中心，大幅提升海事监管执法效能。终端设备方面，除了配备在海事执法船上的 5G 云台摄像机、单5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）31 兵执法仪，船舶自动识别系统终端（AIS 终端）、船载通信终端在原有卫星通信的基础上集成 5G 宽带模块，为渔民和海上作业者实现与陆地的上网和语音通信连接，以及各类船舶监管、智慧海洋监控。如福建福大北斗通信科技有限公司、新诺北斗航科信息技术(厦门)股份有限公司等开发的 AIS 终端集成了摄像头、雷达、测深数据终端等，支持包括 5G、卫星通信等多种形式在内的数据采集接入。成都鼎桥通信技术有限公司、广州通则康威智能科技有限公司、鑫诺卫星通信有限公司、浙江波星通卫星通信有限公司等研发基于蜂窝通信系统和卫星通信系统的船载通信终端，可满足海上作业人员各类通信需求。来源：网络资料整理 图 16 浙江舟山在渔船上安装 5G 海洋卫星宽带的信号接收器 解决方案方面，厦门星创易联科技有限公司建设了智慧港口管控平台、智能远程操控系统、智能码头感知系统，实现了港口岸边装卸系统、水平运输系统和堆场装卸系统无人化操作。华为技术有限公司形成了全套智慧港口解决方案，助力实现码头生产自动化。中国移动5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）32 建设了船舶动态监管系统，通过融合视频、AIS（船舶自动识别系统）、雷达、北斗等信号数据，向行业用户提供船舶安全监控预警、船舶智能识别服务，同时能够助力管理者掌握特定海域船只航行情况，有针对性开展执法工作。五、加快 5G 智慧海洋发展建议（一）加强涉海领域（一）加强涉海领域 5G 协同发展顶层设计协同发展顶层设计 以建设海洋强国、发展海洋经济为核心目标，构建完善的 5G 智慧海洋发展机制，统筹推进 5G 智慧海洋相关标准体系制定，组织探索海洋场景 5G 融合技术适配与测试验证，打造 5G 智慧海洋发展合作交流平台，强化海洋领域的 5G 资金投入、复合型人才的招引与培育，增强海洋领域 5G 可持续发展的引导和支持。（二）加快推进（二）加快推进 5G 海域海域应用应用规模规模实践实践推广推广 全面推进 5G 智慧海洋赋能“善政、惠民、兴业”效应，提升政府在海洋数字化治理方面的技术支撑能力，打造“直播带货”“平安渔排”等一批信息化应用，满足沿海百姓及游客 5G 新型数字消费的旺盛需求，助力乡村振兴建设；为深海养殖、海上风电、临海能源、智慧旅游等提供 5G 智慧海洋集成服务，落地实施一批 5G 智慧海洋高质量应用标杆，探索形成较为成熟的商业模式，助力海洋领域数字转型、智能升级和融合创新。（三）构建完善（三）构建完善 5G 海域立体覆盖融合网络海域立体覆盖融合网络 以“沿海体验优、近海信号稳、远海呼得着”为建网目标，依据5G 智慧海洋发展研究报告（2023 年）33 沿海、近海、深海等区域的差异化场景需求，采取 5G 频段高低并举策略，利用 5G 站点的环形覆盖特点，打造一张超远距离、连续覆盖的海上 5G 精品网络，并融合卫星通信、海缆通信、4G 等多种通信方案，构建陆地、海洋、空中一体化全覆盖网络，提升海上通信保障能力。（四）推动建设（四）推动建设 5G 涉海融合技术产业体系涉海融合技术产业体系 加强对 5G 智慧海洋关键技术的研发投入，推动海洋传感器、海底网络、海洋机器人、人工智能等领域的技术创新与升级突破，持续推动 5G 智慧海洋标准制定，不断提升 5G 智慧海洋新型融合产品供给能力，有序推动 5G 行业终端从网关外接向海洋设施装备智能化升级，培育发展一批面向 5G 智慧海洋的专精特新企业，开发形成一系列 5G 智慧海洋应用解决方案。（五）加快构建（五）加快构建 5G 智慧海洋健康良性生态智慧海洋健康良性生态圈圈 面向自然资源、生态环境、农业、能源、交通等相关海洋领域，积极吸引更多的行业单位、终端设备厂商及解决方案提供商等参与5G 智慧海洋生态圈建设，鼓励海洋企业间的合作共赢，推动跨界联盟和创新合作机制的建立，共同推动网络建设、应用落地、产业生态等发展，推进 5G 智慧海洋产业核心技术、关键设备发展，加强区域间产业优势协同，共赢海洋数字经济新时代。中国信息通信研究院中国信息通信研究院 无线电研究中心无线电研究中心 地址：北京市海淀区花园北路地址：北京市海淀区花园北路 52 号号 邮编：邮编：100191 电话：电话：010-68033457 传真：传真：010-68033457 网址：网址：

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5 G 构 筑 智 能 发 展 新 动 能 魏晨光 中国移动通信研究院 2 0 2 3.0 7.0 6 数字经济成为全球经济增长重要引擎 数字基础设施供给能力持续增强 5G基站 数量 364364万个 10.110.1亿人 5G用户 规模 全球数据中心市场规模 2023年有望达到 800800亿美元 全球数字经济持续稳定发展 数字经济规模 占GDP比重 同比名义增长 38.138.1万亿美元 45.045.0.615.6%产业数字化成为全球数字经济发展的主导力量 数字技术与实体经济深度融合 8585%数字技术创新推动产业升级 2.22.2%数字化向智能化阶段迈进 单点信息化 全域数字化 融合智能化 中国：已运用智能化大中型企业中16%进入智能化高级阶段 生产数字化发展阶段 全球：2022年16%企业至少有一项AI应用 PC互联网 移动互联网 智能全连接 生活数字化发展阶段 全球：蜂窝智能穿戴设备每年的新增出货量以数千万量级稳步增长 5G构筑生产生活智能化发展新动能 智能化深度渗透 智能化向生产核心环节渗透 生活智能化向虚实融合渗透 智能化广度拓展 生产终端低成本智能化升级 生活终端低成本智能化升级 绿色轻量化 性能卓越化 网络智能化 空天地一体化 通感算一体化 上行大带宽、低时延、高可靠、高精度时间同步上行大带宽、低时延、高可靠、高精度时间同步 高性能、低成本、低功耗高性能、低成本、低功耗 5G 生产智能化深度渗透：5G助力生产制造核心环节加速智能化 柔性生产 节省产线改造成本，提高生产效率，实现产品创新 远程设备控制 改善生产环境，保障人员安全，提升生产效能 AI质检 设备预测性维护 增强生产安全性、连续性，降低运维成本 2025年中国智能制造市场规模 5.3万亿元 提高产品合格率和质检效率，节省人工成本 上行增强技术 MEC 确定性能力 网元智能化 5G 生产智能化深度渗透案例 宁波奥迪斯丹工厂：5G工业云基站提供云网算业一体化解决方案助力智能化生产 某新能源企业：5G助力光伏板AI质量检测 产品质量 提升提升10%仓储效率 提升提升15%人工投入 降低降低15%精品应用 丰富能力 优质连接 漏检率 0.3%0.3%检测速度 2s2s 边缘云边缘云 中心云中心云 生产智能化广度拓展：5G促进智能终端普惠升级，提升智能化水平 助力智能终端低成本升级 采集类采集类 控制类控制类 连接类连接类 智能化升级堵点：传统智能化升级堵点：传统5G5G终端成本高终端成本高 智能电力 智能制造 视频监控 对网络性能要求高；需求量大，对成本有控制要求 RedCapRedCap行业行业终端终端加速上市加速上市 50 50 终端 RedCapRedCap保持高性能同时可降低成本保持高性能同时可降低成本 十亿级市场规模 终端复杂度 降低60%出货量千万量级时，模组成本降至百元 案例：智慧电网配电应用 网络性能要求高 安全隔离度要求极高 成本要求高 电力秒级负控终端 电力客户需求 中国浙江完成电力行业首个商用部署 时延时延 可靠性可靠性 安全隔离安全隔离 生产智能化广度拓展：5G促进哑终端智能化升级，扩展智能化应用范围 案例：智慧工厂物料全生命周期管理 广州明珞公司工厂智能化痛点 生产调度优化、库存采购优化、物流运转优化 管理成本 80% 运营效率 50% 无源物联助力智能化升级 部署新型无源物联系统 生产要素张贴无源物联标签 平台与各业务系统对接 产线设备等哑终端数字化改造难、成本高 跨系统数据难互通 物料库存和生产流程无法实时监测 助力哑终端智能化 仓储盘点仓储盘点 百亿级连接 物流跟踪物流跟踪 百亿级连接 产线数字化产线数字化 十亿级连接 供应链智能化升级 全要素数字化标识 易部署、免维护 超低成本、超低功耗 智能化 高弹性 低成本 智能化难点 无源物联促进低成本智能化升级 5G助力生活智能化升级 通信方式升级 视频高清化、交互智能化、服务个性化 5G 5G DataData ChannelChannel 多媒体处理多媒体处理 人工智人工智能能 娱乐社交体验升级 娱乐沉浸化、社交虚拟化 5G X5G X-Layer Layer 网元智能化网元智能化 支撑支撑4K60fpsVR4K60fpsVR游戏游戏 可穿戴设备升级 终端轻量化、普惠化 预计预计20252025年中国蜂窝智能可穿戴设备出货量超年中国蜂窝智能可穿戴设备出货量超80008000万万 视频通话时延250ms 语音转写时延1.5s 中英互译时延2s 预计预计20242024年全球视频社交市场规模可达年全球视频社交市场规模可达1200 1200 亿美元亿美元 瞬时帧级速率约150Mbps MTP时延75ms 预计预计20262026年年VRVR ARAR全球消费支出增长至全球消费支出增长至 509509亿美元亿美元 5G RedCap5G RedCap优化优化功耗功耗，降低终端尺寸，降低终端尺寸 TDD上行15Mbps，下行110Mbps 电池续航时间长达1-2周 合作协同，共筑智能发展新动能 产业协同 发展数智应用 技术创新 增强能力供给 行业合作 推动智能升级

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中国联通 5G 汽车智造技术白皮书中国联通 5G 汽车智造技术白皮书中国联通研究院2023 年 6 月中国联通 5G 汽车智造技术白皮书版权声明版权声明本报告版权属于中国联合网络通信有限公司研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其他方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国联通研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书目录目录一、汽车智造场景与业务需求.3（一）汽车智能制造业务需求.3（二）汽车智造业务的网络需求.61.业务 KQI 与网络 KPI 关联.62.汽车智造的 5G 网络指标需求.8二、面向汽车智造 5G-Advanced 关键技术.11（一）URLLC 技术.111.5G URLLC 的关键技术.112.5G-A URLLC 增强技术.12（1）互补 TDD 技术.12（2）跨载波 HARQ 反馈和重传.13（3）扩展 FDD 系统子载波间隔.14（二）高精定位技术.15（三）数采物联/无源物联技术.17（四）大上行技术.181.灵活帧结构.182.载波聚合.183.灵活频谱接入与上下行解耦.194.分布式 Massive MIMO 增强.20（五）可靠性与业务确定性技术.201.链路级保障技术.202.设备级保障技术.223.运维级保障技术.25（六）5G 与工业融合技术.271.工业协议 over5G 演进.272.5G 内生确定性.293.XSO 跨域协同技术.31三、汽车智造融合解决方案.34（一）概述.34（二）无线网解决方案.36中国联通 5G 汽车智造技术白皮书（三）核心网融合方案.37（四）智能运维解决方案.38四、中国联通 5G-A 在汽车智造的实践.39五、总结和展望.43中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-1-前 言在开启全面建设社会主义现代化国家新征程中，抓住数字经济发展契机，有力推进数字产业化和产业数字化，是推动高质量发展及全面建成社会主义现代化强国的关键环节。党中央、国务院高度重视5G 和工业互联网发展，习近平总书记多次作出重要指示，要求加快5G、工业互联网等新型基础设施建设，强调 5G 与工业互联网的融合将加速数字中国、智慧社会建设，加速中国新型工业化进程，为中国经济发展注入新动能。“十四五”规划明确提出构建基于 5G 的应用场景和产业生态，积极稳妥发展工业互联网。工信部从 2019 年起相继印发一系列文件，逐步推动“5G 工业互联网”融合应用向纵深发展、由生产外围辅助环节向核心控制环节深化拓展。“5G 工业互联网”开始由亮点场景建设向体系化工厂、数字企业方向演进，进入产业深耕、赋能发展的新阶段。汽车制造业是现代制造业的重要领域，在制造产业中占据重要地位，具有产业链长、覆盖面广、关联产业多等特点，对国民经济的带动作用非常明显。5G、工业互联网、人工智能、无人驾驶、新能源车等技术的兴起，推动汽车产业向智能化、网联化发展，促使从生产到服务环节的全链条变革，为汽车产业带来新的发展机遇。为了实现“制造”向“智造”的转变，5G 作为关键使能技术，通过赋能智能制造、智慧物流及智能运维大力提升制造环节的自动化、信息化水平。5G 专网已能够满足汽车生产大部分场景的需求，但仍无法满足 PLC中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-2-南向 IO/阀岛实时控制等超可靠低时延业务场景需求，5G 网络还无法完全替代 PLC 南向工业总线，需要继续推进 5G-Advanced 技术增强以满足汽车智造柔性化生产需求。本白皮书通过业务场景需求分析，提出面向 5G-A 的一系列关键增强技术，通过 URLLC、高精度定位、物联、大上行、确定性等技术增强，为汽车制造提供一张更加高安全、低时延、高可靠的通信网络解决方案，初步解决了 PLC 南向等工控设备“剪辫子”、柔性生产等行业难题，为将来拓展丰富 5G-A 技术在汽车制造及其他行业核心生产环节应用场景提供技术基础。编写组成员编写组成员（排名不分先后）：中国联通：李静、张涛、韩潇、马艳君、赵明阳、董秋丽、刘英男、李福昌、赵兴龙、荆雷、魏进武华为：包盛花、毛天羽、赖文燕、周凯、谢春生、曾正洋中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-3-一、汽车智造场景与业务需求一、汽车智造场景与业务需求（一）汽车智能制造业务需求（一）汽车智能制造业务需求汽车制造是重型离散制造业中的典型代表，业务场景丰富、自动化水平高，典型通信业务包括：机器人 I/O、阀岛、运动控制、基础数据采集、涂胶/焊接表面机器视觉质检、物料/人员定位和管理等。需求场景 1：I/O、机器人控制需求场景 1：I/O、机器人控制汽车制造工艺主要有冲压、焊装、涂装、总装，也就是俗称的“四大工艺”。其中焊装车间是汽车生产工序中自动化程度最高、机器人使用数量最多的车间，是生产环节上最具代表性的一环。车间产线上不仅包含了多个机器人协作，还需要转台、滑台、柔性滑轨系统、车型识别系统、皮带辊床等大量设备进行辅助，另外还可以通过六轴处工具端的切换实现柔性生产。现有的焊装车间的工业网络采用“集中管理、分散控制”的模式，一般采用工业以太网作为连接技术，PLC（机器人控制）和现场设备层设备（I/O）之间通过工业总线/工业以太网采用树形/环形/总线型网络拓扑结构进行连接，其中工业总线/工业以太网使用专用线缆，接头使用专用快速连接接头，以保证网络通讯的稳定性和实时性。使用有线通信存在较大的局限性，一是限制了工业制造的灵活性、柔性和高效性，产线调整需要重新规划和部署有线网络，调整效率和灵活性均有很大限制；二是机器人机械臂的末端工业以太数据通信接中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-4-口在多任务切换场景中，由于需要与不同外挂 I/O 间频繁插拔切换易造成通信接口磨损导致通信失败；三是机器人在重复性大角度旋转作业场景中，对工业以太数据线频繁进行拉伸、旋转加速线缆老化导致潜在断线风险。经汽车行业专家估计，更换一条标准波纹软管加上更换线缆后执行相关调试，整体过程平均需要 2 个小时。为解决上述问题，可采用 5G 将传感器、机器臂等工业设备以无线方式接入工业以太网，通过减少产线有线束缚、减少产线人工干预，有效提升产线效率。当前焊装车间 PLC 南向 I/O 和机器人控制业务无线化需求迫切，通过 5G 无线化机器人控制器 PLC 与其外挂 I/O间的通信，可以大大提高设备开工率，降低相关故障带来的产能损失。PLC 与 I/O 之间每 4ms 发送状态和控制信息，若 PLC 与 I/O 之间数据传输错误，将会导致机器人停机，因而要求通信网络的端到端数据传输时延抖动4ms，可靠性满足 99.999.9999%。需求场景 2：数据采集与 AI 机器视觉需求场景 2：数据采集与 AI 机器视觉AI 机器视觉的应用是通过在生产现场部署工业相机或激光器扫描仪配合专家系统进行实时质检。通过在机器人手臂上安装多个高清相机并内嵌 5G 模组，实现工业相机或激光扫描仪网络接入，实时拍摄的产品质量的高清图像可通过网络传输至部署在MEC上的专家系统，专家系统基于人工智能算法模型进行实时分析，对比系统中的规则或模型要求，判断物料或产品是否合格，如划痕等表面质检、涂胶中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-5-质量检测等，实现缺陷实时检测与自动报警，并有效记录瑕疵信息，为质量溯源提供数据基础。同时，专家系统可进一步将数据聚合，上传到企业质量检测系统，根据周期数据流完成模型迭代，通过网络实现模型的多生产线共享。数据传输速率根据机器人手臂上的相机数以及相机分辨率决定。基于典型场景下每机器人手臂上安装 6 个 5 百万像素彩色相机，数据在本地经过 AI 预处理后，每机械臂上行速率需求约为 300Mbps，可靠性 99.999%。需求场景 3：定位管理需求场景 3：定位管理在汽车智造和其他智能制造场景下，定位主要应用于物料和资产盘点、设备追踪和生产资源调度以及人员管理。人员管理相对复杂多样，主要包含人员权限管理：如电子围栏、根据用户位置定位结果触发业务告警等；导航类业务：如人员实时位置分布查看，人员轨迹跟踪、访客位置追踪等根据用户位置进行援助、越界告警等，保障人员安全。不同场景对定位精度要求不同，如物料、设备追踪约 1m3m 精度，人员定位管理需 0.5m 精度且需要满足低功耗或无源需求。需求场景 4：物料与资产自动盘存需求场景 4：物料与资产自动盘存典型汽车制造行业物流总面积在 400,000600,000 平米之间，单个区块(Block)18mx18m 范围内有上千料箱。从车间的道口到地中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-6-面仓库、翻包排序区、产线整个流程中的物料流转都需要跟踪和盘点。基于无源物联技术，通过标识类连接，信息（例如身份标识）存储在小尺寸、超低成本的标签中，实现周期小时级别、面积（18mx18m）级别内的上千料箱的自动远程快速盘存、库位级别13m 的定位能力、以及全区域连续覆盖的能力。表 1 典型应用场景的业务需求应用场景需求时延/抖动可靠性带宽I/O、机器人控制抖动4ms99.999%小包AI 机器视觉99.99900Mbps设备与人员定位管理秒级定位精度 0.53m物料资产自动盘存秒级定位精度 13m综上，汽车智能制造具备工业领域业务最多样、数据交互指标要求最高的生产场景，表 1 给出了典型应用场景的业务需求。要实现5G 与汽车智能制造深度融合，需要在 5G 能力基础上聚合 URLLC、高精定位、标识解析、大上行、确定性等技术能力。（二）汽车智造业务的网络需求（二）汽车智造业务的网络需求1.业务 KQI 与网络 KPI 关联1.业务 KQI 与网络 KPI 关联不同种类的工业终端在产线中承担的角色各有不同，但都是生产环节中的一个重要的工业节点。以焊接车间和总装车间为例，从业务中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-7-层面看，在整个产线的设计过程中，需主要关注通信服务可用性通信服务可用性、生产节拍生产节拍和安全安全三方面的应用 KQI 需求。其对应的 KPI 指标要求，如图1 所示：图 1 业务 KQI 和 KPI 指标对应关系从该实例中可以看出，接收包间隔、平均时延和最大时延直接影响应用 KQI 指标。具体的：接收包间隔影响可用性：接收包间隔影响可用性：一般汽车制造场景应用更多的工业协议是周期性对发模式的 Profinet 协议，当对发过程中发生若干次（次数根据产线需求设置）漏包或误包时，会导致宕机。且保证工业总线的看门狗尽可能地不宕机，即保证通信服务可用性通信服务可用性能够满足客户需求才是 5G 能规模应用于汽车制造的最重要前提。因此 5G 网络最基础的指标是：接收包间隔接收包间隔抖动有界，且可靠性满足客户或者集成商的对网络的通信服务可用性需求。平均时延影响生产节拍：平均时延影响生产节拍：一个工厂的生产节拍生产节拍直接决定了工厂全年的产能能力，它不仅包含了若干个加工步骤的总加工耗时，还包含中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-8-了这若干个加工步骤切换过程中引入的网络时延总耗时，即生产节拍对网络的 KPI 指标对 5G 网络的平均时延平均时延有需求。最大时延影响安全距离：安全最大时延影响安全距离：安全风险遍及生产的各个环节，安全是生产的基础，几乎所有生产环节都需要有功能安全应用，包括安全急停、安全光栅、激光扫描仪、安全门、速度监控、位置监控、安全马达等。车间生产网络 5G 化后，安全功能体现在 5G 网络的最大时延会影响到安全应用的安全距离。2.汽车智造的 5G 网络指标需求2.汽车智造的 5G 网络指标需求在完整的汽车制造产线上不仅会涉及前面提到的焊接车间与总装车间，还会存在其他生产过程，从而引入更多的业务需求与网络需求，其中最主要的三类业务场景如下：高可靠低时延业务高可靠低时延业务通信服务可用性对网络的接收包间隔抖动有需求、生产节拍对网络的平均时延有需求，安全距离对网络的最大时延有需求。具体对这三个网络 KPI 指标以及其可靠性要求，需要依据具体场景来定量计算，以长城精工的 5G-A 无线化工岛场景为例，其 5G-A 网络的 KPI 指标能力是：接收包间隔抖动:4ms99.999%。大上行业务大上行业务机器视觉在工业生产中应用广泛，常用于遍布整个生产环节的四类业务应用：视觉引导与定位、模式有无识别检测、精准测量测距、产品外观检测等。随着工业机器视觉应用越来越广泛，被检测对象越中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-9-来越复杂，机器视觉应用从传统工业视觉向基于深度学习的 AI 工业视觉过渡。图 2 机器视觉业务示意图5G 的低时延、大带宽等特性能够满足实时传输图像数据及控制数据，实现图像识别处理系统、设备控制系统、工业 AI 视觉云平台和生产业务系统间数据高效传递。其中从图像采集系统到图像识别系统的数据传输是上行大带宽的需求场景。为了保证检测效率，需要在一定时间内进行多次高精度的拍照并将照片实时传输到识别管理系统。假设采用500万像素的工业相机（2560*1920，黑白照片5M Bytes），检测速率每分钟 50m。1mm 覆盖约 50 个像素，则 1 张照片覆盖约 50mm，则每秒需要采集约 20 张照片。如果采用质检线路每边 6 个 32bit 深度彩色相机，则上行带宽约为 300Mbps上行带宽约为 300Mbps。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-10-定位业务定位业务无线定位是工业的普遍刚需，主要包含如下场景：场景一：电子围栏场景一：电子围栏电子围栏主要面向人员管控，实现敏感区域/危险区域的进入管控。相比传统光学围栏难以实现对于人员身份的区分化管控，精度要求主要源自人员身体大小，米级精度即可满足业务需求米级精度即可满足业务需求。通常采用卡片式终端予以定位。场景二：车辆调度场景二：车辆调度车辆调度主要面向实现物流操作的自动化，实现叉车位置以及货位的对应位置的自动化识别以及业务动作的匹配。通常要求叉车定位精度小于货位间隔的一半，米级精度通常可满足业务需求米级精度通常可满足业务需求。可采用专用定位终端，也可使用车载 Pad 实现数传/定位一体化，采用 Pad的场景下，电池续航能力可放宽。场景三：资产跟踪场景三：资产跟踪资产跟踪包含物料运输状态自动变更、产线拉动物料输送、资产精细盘点、生产过程记录等典型场景。基于定位技术实现自动化资产跟踪可以自动化物流效率提升、减少人力成本和人工误差、提升查找物料盘点资产效率、生产过程数据上报，提升质量稳定。通常资产或物料部署堆放距离较近，定位需达到亚米级精度定位需达到亚米级精度。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-11-二、面向汽车智造 5G-Advanced 关键技术二、面向汽车智造 5G-Advanced 关键技术（一）URLLC 技术（一）URLLC 技术1.5G URLLC 的关键技术1.5G URLLC 的关键技术面向行业应用中的低时延高可靠业务需求，5G 主要通过 URLLC技术进行增强，主要包括如下功能：端到端低时延技术：针对 URLLC 业务设计专用的高优先级的 5QI 指示来减少业务调度排队时延，并支持 URLLC 用户高 ARP 抢占优先级来保证资源拥塞时的优先接入等；端到端高可靠技术：通过 PDCP 层的包复制增强以及核心网冗余传输的方式提升传输鲁棒性；空口低时延增强技术：通过物理层的非时隙调度、配置授权调度、传输反馈增强以及 URLLC 与 eMBB 资源复用等技术，降低 5G 空口 RTT 时延；空口高可靠增强技术：通过物理层重复传输、调制与编码方案增强等技术，提升 5G 空口的可靠性。随着 5G 向工业生产的核心领域渗透，低时延高可靠业务的要求也随之不断提高，5G-A 相关技术需要进一步演进以满足端到端 4ms极致时延要求。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-12-2.5G-A URLLC 增强技术2.5G-A URLLC 增强技术（1）互补 TDD 技术（1）互补 TDD 技术对于 TDD 系统，帧结构的下行、上行时隙配比会引入空口等待时延，例如 DL：UL=8:2 或 7:3 等。当一个上行的数据包没有在可调度的上行时隙到达时，则它必须等到下一个上行时隙才可以被传输，因此会增加 TDD 系统的端到端时延。针对这一问题，5G-A 提出互补 TDD 技术，其核心原理是通过配置互补 TDD 配比的两个载波，构建类 FDD 空口 0 等待的极致时延能力。例如载波一的 DL：UL 配比为 7:3，载波二的 DL：UL 配比为 3:7，载波带宽可根据业务需求配置。UE 以 2CC 载波聚合的模式工作，TTI 级自适应选择主载波或辅载波进行数据传输（主载波为上行子帧时，辅载波则为下行子帧），实现 TTI 级全双工，达到最小化时延的目的。图 3 互补 TDD 技术示意图互补 TDD 的两载波可以为 inter-band（频段间）或 intra-band（频段内）的载波。对于 intra-band 场景下，该技术在邻频的两载波上采用不同的时隙配比，会导致相邻载波在同一时刻进行收发，引入较强的载波间的收发自干扰，因此需要通过其他软件或硬件技术来中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-13-消除收发间自干扰。软件技术一般为自干扰消除算法，但实现复杂度和成本较高。硬件技术主要是引入具备高隔离度的收发器件，通过使用高增益、高隔离、小尺寸、低成本的天线，以满足互补 TDD 收发隔离的要求，是可行的解决自干扰的方案。（2）跨载波 HARQ 反馈和重传（2）跨载波 HARQ 反馈和重传等待ACK/NACK反馈以及数据包误码重传是导致时延增加的关键影响因素。当一个载波需要进行 HARQ 反馈或数据包重传且需要等待上行时隙时，可以通过跨载波传输技术在有上行时隙的另一个载波上进行传输。3GPP R17 已支持跨载波 HARQ 反馈技术，支持通过 DCI 调度和半静态配置两种方式选择反馈 HARQ 的载波。对于互补 TDD 场景，通过跨载波 HARQ 反馈，可以实现 TTI 级的全双工重传调度从而最小化空口时延。图 4 互补 TDD 的跨载波 HARQ对于跨载波的重传，实现 TTI 级的灵活重传调度需要打破现有HARQ 进程管理的机制。互补 TDD 场景可以考虑跨载波重传方案是互补 TDD 的两个载波共享 16 个 HARQ 进程：支持 PUSCH 和PDSCH 数据的跨载波重传，即相同 HARQ 进程号，UE 忽略小区 ID中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-14-的不同，PUSCH/PDSCH 数据通过其它载波重传。（3）扩展 FDD 系统子载波间隔（3）扩展 FDD 系统子载波间隔FDD 系统的上下行可以同时收发，天然支持反馈和重传的零等待，因此在 URLLC 低时延方面具有先天的技术优势。在 FDD 频谱方面，联通和电信在 2.1GHz 频段有 2x40MHz 的优质频谱资源，可以承载一定容量的 URLLC 业务。然而，现有的 5G FDD 频段受限于 15kHz 的子载波间隔，其符号时间是 30kHz 的子载波间隔的 2倍，端到端时延只能达到6ms左右。如果将子载波间隔扩展到30kHz时，FDD 系统端到端时延可降低至 4ms。实现 5G FDD 系统 30kHz 子载波间隔的制约因素是现有的 5GFDD 网络均采用 15kHz 子载波间隔，产业链未开发 30kHz 子载波间隔的产品。推动端到端产业链，基站设备、芯片终端支持 30kHz子载波间隔是实现 5G-A FDD 的超低时延能力的技术方向。图 5 FDD 系统不同子载波间隔下的时延比较中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-15-（二）高精定位技术（二）高精定位技术当前 5G 定位技术主要包括 SRS 场强定位、UTDOA 定位等，室内定位精度约 13 米。SRS 场强定位包含三角定位和指纹定位两种。场强定位由 UE发送上行 SRS 信号，根据多个 RRU 测量结果，基于三角定位或者SRS 指纹库得到用户位置。UTDOA 定位技术则是基于接收的 pRRU间 SRS 信号到达时延差 TDOA（Time Difference of Arrival）和已知的 RRU 位置计算 UE 位置。针对识别为 RedCap 的终端，在终端RRC_INACTIVE 态进行定位 SRS 信号及 PUSCH 小包数据 SDT（small data transmission）发送，让终端该功能通过大部分时间处于休眠状态的方式，满足终端的低功耗需求。为进一步满足行业应用定位技术需求，5G-A 定位技术主要向高精度、低时延、低功耗三个方向演进，通过利用丰富的 5G 频谱增加带宽，基于带内载波PRS/SRS带宽聚合来传输和接收定位参考信号，提高定位精度；利用 NR 载波相位测量，改善室内和室外部署性能的潜力，缩短定位延迟；基于 SDT 技术扩展和深化在 idle 和 Inactive状态下的定位，降低终端功耗。载波聚合定位：载波聚合定位：通过载波带宽聚合的方式提高定位精度，其定位的有效性很大程度上取决于接收机是否能对不同载频上的定位信号进行相干接收。考虑到不同频段上的定位信号难以实现信号之间的时中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-16-序对齐和相位连续，载波聚合定位当前只限于同一频段内的载波聚合方式。载波相位定位：载波相位定位：NR 载波相位定位主要包括 UE-Based 和UE-Assisted 载波相位定位、上行载波相位定位和下行载波相位定位、利用在单载波频率载波相位测量或多个载波频率载波相位测量的定位以及载波相位定位与其他已标准化的定位方法的组合定位等。低功耗高精度定位：低功耗高精度定位：工业物联网场景对低功耗、高精度定位要求。5G-A通过降低深睡电流、减少INACTIVE下的移动引起的重新接入、通信与定位带宽解耦、减少寻呼监听、降低物联网终端与网络信令交互、减少状态转换等多种技术组合来降低终端功耗，从而实现在水平定位精度1m（90%），定位间隔/占空比为 15-30 秒的情况下，UE 电池寿命达到 6 个月-1 年，达到低功耗高精定位目标要求。RedCap UE 定位增强：RedCap UE 定位增强：目前 5G 标准虽然可支持 RedCap 终端定位，但并未评估 RedCap 终端能力对定位性能的影响，也没有定义 RedCap UE 的定位性能指标。为此，5G-A 将完善 RedCap UE定位的相关内容，评估 RedCap 终端的定位性能，研究是否需要进一步增强 RedCap 定位功能以及基于 RedCap 的增强方法。Sidelink 定位：Sidelink 定位：研究 SL 定位参考信号，包括信号设计、资源分配、以及测量流程等，并实现基于 Sidelink 的定位业务呼叫流程，资源分配，测量上报以及位置解算。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-17-（三）数采物联/无源物联技术（三）数采物联/无源物联技术在汽车智造等工业互联网场景下，数据采集、数据传感和标识类连接等泛在物联应用需求量大。面向中高速物联场景，如视频采集和数据上传等业务，主要通过推进 NR Redcap 技术提供高速接入、高可靠性、低时延业务，实现多样化、差异化的物联场景下的 5G 网络泛在接入能力，满足不同类型业务对网络覆盖、业务速率、可靠性、时延的差异化需求。面向中低速和标识类业务需求，5G-A 通过蜂窝网络结合无源物联技术实现低成本全场景物联。针对低成本高效率全场景物联，无源物联分为两大类基础连接：标识类连接（资产标识识别）和微型传感类连接（传感数据辅助生产）。标识类连接的典型场景包括制造和物流行业的资产管理，将身份标识信息存储在小尺寸、超低成本的标签中，通过电磁反射进行信息传输；微型传感类连接的典型场景包括能源电力的设备本体温度监控以及畜牧业的动物温度、运动传感体征监测等，数据信息由低功耗的传感器生成并通过物联终端传出。为了满足无源、广域覆盖、业务多样的需求，5G-A 采用极简空口设置支持超低成本免电池终端并通过对调制编码和帧结构等优化提升覆盖能力，在终端超低复杂度约束下支持蜂窝网络部署以及连续覆盖所需的链路预算，为蜂窝网络开拓千亿级连接物联新空间打好基础。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-18-（四）大上行技术（四）大上行技术目前，2B 业务对上行速率需求强烈，如在智能制造行业，8K 超高分辨率表面质检上行需求 80Mbps，复合材料拼缝在线检测上行需求 350Mbps，机身喷漆检测上行需求 660Mbps。当前 5G 大网在上行速率方面难以满足行业应用需求，3.5G 单载波 2.5ms 双帧结构上行实测峰值速率 350Mbps，平均速率 250Mbps。智享上行技术通过灵活帧结构、载波聚合、灵活频谱接入与上下行解耦和分布式 MIMO 增强技术实现上行千兆网络能力。1.灵活帧结构1.灵活帧结构灵活时隙让时间智能化，可以基于上行业务需求和现网干扰情况进行灵活的时隙配置，实现上行速率灵活增强。在大上行应用场景，通过下上行时隙 2:3 配比的大上行帧结构，相对于常规时配比，增加了上行时隙比例，提升上行能力。技术原理如下图所示：图 6 大上行帧结构示意图2.载波聚合2.载波聚合载波聚合是在频域聚合更多频谱资源实现上行容量的提升。载波聚合将载波捆绑实现上下行速率同时成倍提升。在 FR1 和 FR2 高低中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-19-频混合网络中，可以采用 NR-DC/CA 技术充分利用中低频的覆盖优势和高频的大带宽优势，在 sub6GHz 可以通过 n1 n78 n78 下行3 载波，n1 n78/n78 n78 上行 2 载波提升上下行速率。如下图所示：图 7 载波聚合示意图3.灵活频谱接入与上下行解耦3.灵活频谱接入与上下行解耦智能终端一般只支持两个射频链路，在 5G 频谱使用机制中，上行载波的配置激活能力与并发传输能力是耦合的，即两个射频链路的用户最多只能同时配置接入 2 个频段。若需要利用其它频谱资源只能通过半静态小区重配置或小区切换等方式实现，网络切换时延大的同时带来网络上行频谱资源利用率低、用户体验差等问题。5G-A 灵活上行频谱接入技术可以使终端动态灵活的使用更多上行频谱资源，包括 TDD、FDD 和 SUL 频段。具体的，通过配置、激活、传输能力解耦，使两个射频链路的用户可以通过层 3 同时接入配置多于 2 个的频段，然后网络基于各频段的业务量、TDD 帧配置和信道条件等条件在层 1 动态智选配置频段的子集，并相应地切换用户射频链路进行传输。灵活频谱接入技术一是能够使用户能够获得更中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-20-多的频谱资源，大幅提升上行体验速率；二是使系统有更多的上行频段可供选择和调度，能够为用户实时分配最佳的资源传输，如进行更加快速的负载均衡提升用户的上行体验速率、调度当前信道条件较好的频段给用户以更好的适应信道条件、调度当前为上行时隙的 TDD频段给用户以更加有效的利用 TDD 上行时隙资源等。4.4.分布式 Massive MIMO 增强分布式 Massive MIMO 增强分布式 MIMO 增强可有效提升上行容量，通过 eMIMO 技术将工作在相同频段上的射频模块所覆盖的n个连续覆盖的4T4R小区合并为一个 4nT4nR 的小区来消除小区边界，在降低小区间干扰的同时可以通过 MU-MIMO 功能来提升系统的上下行容量和频谱效率。图 8 分布式 Massive MIMO 原理图（五）可靠性与业务确定性技术（五）可靠性与业务确定性技术1.1.链路级保障技术链路级保障技术为实现链路级高可靠通信，5G/5G-A 系统采用了原生双发选收技术，该技术结合了 5G/5G-A 网络和终端的配合，为业务提供了双链路冗余通信路径，从 UE（用户设备）到 UPF（用户面平面）之间中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-21-建立了两条并行的通信链路，如下图：图 9 链路级保障技术示意图这种双发选收机制在通信过程中起到了关键作用。它可以消除单一链路空口干扰、抖动等影响因素，从而显著提升通信的稳定性和可靠性。具体而言，当一个链路受到干扰或出现抖动时，另一个链路可以自动接管数据传输，保证通信的连续性和可靠性。双发选收机制可采用三种实现方式：CPE 中的双模组同时发：CPE 中的双模组同时发：这种方案中，CPE（Customer Premises Equipment，客户端设备）内部搭载了两个独立的无线模组，可以同时从两个不同的发射机发送数据。这样，在接收端的基站设备可以通过算法选择信号进行数据接收，以提升通信的可靠性和性能。终端连接双发选收网关：终端连接双发选收网关：在这种方案中，两个终端设备通过连接到一个专门的双发选收网中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-22-关。该网关负责接收来自终端独立信号，然后，同时发送两路信号进行进一步的传输和处理，从而提供更稳定可靠的通信服务。终端支持两个会话同时发：终端支持两个会话同时发：这种方案中，终端设备具备同时支持两个会话（Session）的能力。它可以通过同时使用两个独立的传输通道，将数据同时发送到网络中。在接收端，基站设备可以接收并解码这两个会话，并根据算法选择其中较好的一个进行数据处理和传输，以提供更可靠的通信连接。这三种双发选收方案在不同的场景和应用中具有一定的适用性。它们都旨在通过利用双链路冗余和选择性接收，消除通信中的干扰、抖动等问题，从而提升通信的可靠性和稳定性。具体选择哪种方案取决于系统架构、设备能力以及应用需求等因素。通过引入双发选收技术，5G/5G-A 系统有效地提高了链路级通信的可靠性。无论是在面对突发信号干扰还是其他通信问题时，双链路冗余通信路径都能够保障数据的准确传输，减少丢包和时延抖动，从而为各种业务提供了稳定、可靠的通信环境。这对于支持关键应用场景，如汽车制造、港口、电网、医疗等，具有重要意义。2.设备级保障技术2.设备级保障技术在设备级提升网络可靠性和业务确定性方面，基站和核心网的冗余快速倒换方案是至关重要的。根据实现的级别和功能，可以将这些方案分为三类：基础可用性、高可用性和超高可用性中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-23-基础可用性方案基础可用性方案核心网用户面采用 MEC（Multi-access Edge Computing）负荷分担，控制面采用大网组 pool（池化）的方式。承载环形组网，通过环形路径提供数据传输。基站和终端设备没有冗余，因此需要人工干预来处理故障并恢复网络。高可用性方案：高可用性方案：在基础可用性方案的基础上进行增强，采用更多的冗余机制，这种方案可以实现分钟级的自动倒换，减少故障影响并提高恢复速度。方案部署示意图如下：图 10 高可用性方案组网示意图分布式 MIMO 部署中的冗余覆盖和高可用性机制：旨在确保不同 RHUB 下的 PRRU 交叉冗余覆盖，应对单点故障情况下的连续覆盖需求。该机制通过冗余部署多个 PRRU，实现交叉覆盖，并采用快速故障切换技术，实时检测和切换受影响的 PRRU 或 PHUB，确保通信的连续性。此外，优化的路由和调度策略进一步提升系统的资源利用效率和容错能力。这些机制共同为分布式 MIMO 系统提供了高中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-24-可用性、可靠性和用户体验的保障。基站侧采用站内关键单板冗余，例如 BBU（Baseband Unit）电源板、主控板、基带板和射频模块的冗余。终端设备建议采用 1 1 备份，即备用设备能够快速接管主设备的功能。超高可用性方案：超高可用性方案：在高可用性方案的基础上进一步增强，实现系统级的双网冗余和终端 1 1 备份。采用异频双网方案，利用多段覆盖相近的频谱来实现冗余。这种方案可以支持网络断开但业务不中断，并实现秒级或秒级以下的故障恢复，部署示意图如下：图 11 超高可用性方案组网示意图还可考虑支持同频双网技术，即在同一频段内建立多个带宽重叠的主备小区，通过静态或动态分配数传频谱资源，以实现网络的实时冗余，同时减少资源开销。通过采用这些冗余快速倒换方案，基站和核心网能够在面临故障或中断时快速切换到备份设备或网络，从而实现网络的高可用性和快中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-25-速恢复能力，逐步逼近有线网络秒级的响应速度。上述方案的选择和实施将根据网络要求、资源可用性和成本效益进行权衡和决策。3.运维级保障技术3.运维级保障技术基于前期网络规划可以获得满足网络要求的开销最低的网络方案。但是由于受限于用户位置、网络环境以及网络资源动态变化的影响，可能存在不满足要求的用户，这些用户的业务SLA需要通过单域自治、跨域协同、网业协同共同保障。优先通过单域自治保障，单域自治无法保障时才使用跨域协同和网业协同方案。单域自治成本低，时效性高，响应时间在TTI级。跨域协同响应时间在秒级。网业协同响应时间在分钟级。SLA 智能调度中心检测到网络 SLA 存在风险时，进行跨域协同参数寻优，找到最优解则输出优化建议，供网络优化人员手动下发或系统自动下发，完成跨域协同。如果 SLA 智能调度中心无法找到最优解，则把监控到的用户 SLA 状态信息上报给上层系统，供上层系统进行闭环保障业务 SLA（网业协同是一种可供选择的方案）。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-26-图 12 运维级优化方案示意图 单域自治单域自治单域自治部署在基站，主要包括 SLA 监控和无线智能 SLA 算法部分。SLA 监控对基站内部的数据包分层 MAC、RLC、PDCP 打点，统计数据包在每层处理的时间以及在基站整个处理的时间，同时统计数据包满足一定时延目标的可靠性指标。无线智能 SLA 算法根据SLA 目标和实时监控，判断目标达成情况，如果目标没有达成，则调整调度优先级或者 IBLER/MCS，以实现闭环目标。跨域协同跨域协同跨域协同接收上层系统业务转译后的网络要求，实现 CN、TN、RAN 之间的跨域协同，尽力保障网络 SLA 达成的同时成本较低。跨域协同系统综合考虑 CN、TN、RAN 能力，在各域动态分配 SLA 目标，在某域无法达成时延可靠性目标时，通过调整其它域时延可靠性目标，同时匹配对应的解决方案，通过各域相应地调整调度策略，以中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-27-达成 E2E 时延可靠性目标。SLA 智能调度中心基于各域上报的 KPI现状以及各域不同方案的 SLA 保障能力，基于整体 E2E SLA 目标以及成本最优原则进行跨域指标分解和方案选择。网业协同网业协同网业协同的目的是为了业务和网络双向调整编排，用适配的网络高效满足业务的需求。传统的网络设计和业务算法是相互独立的。在网络规划时，一般基于区域业务容量要求，估算建网要求。在网络方案设计时，一般基于业务的速率或者时延等 QoS 配置要求，对每类用户都按照最大的指标要求进行尽力而为的目标保障，网络基于此目标选择网络算法、参数等进行调度，当网络无法达成时，业务将受到影响无法正常运行。网业协同对于业务侧算法，一般会基于网络的情况考虑策略，如 TCP 协议的慢启动、拥塞控制等机制，部分视频流的清晰度自动调整算法等。业务侧一般为了让业务受网络的影响少稳定性好一些，会采用慢升快降等办法，即当检测到丢包或者时延大时，业务快速减少包的发送，当质量好的时候慢慢地往上升。（六）5G 与工业融合技术（六）5G 与工业融合技术1.工业协议 over5G 演进1.工业协议 over5G 演进工业协议 over 5G 的演进过程，也是 5G 网络和工业协议之间的理解逐步加深、传输效能逐步提升的过程，工业协议 over 5G 的演进过程如图所示。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-28-图 13 工业协议 over 5G 演进过程示意图在 5G 网络部署初期，E2E 5G LAN 功能尚不具备，因此，5G 网络需要新增隧道/网关设备、通过隧道封装的方式，将二层工业协议的Ethernet 报文封装为 IP 报文后，再在 5G 网络传输；该方案虽不要求 5G 网络支持 5G LAN，但带来了如下负面影响负面影响：增加两端的隧道/网关设备部署，增加硬件和配置维护成本；缺乏为独立的隧道设备供电能力，限制应用场景；隧道封装的方式增加了报文的大小，影响传输效率/系统容量；独立的隧道设备也会增加故障点。因此，隧道封装的方式并不是工业协议 over 5G 的目标方式。为了有效应对隧道封装方式带来的负面影响，5G 网络目标是 E2E 支持5G LAN 功能5G LAN 功能，即 5G 网络采用 Ethernet 类型会话，支持二层工业协议在 5G 中传输，5G 网络 E2E 类似二层交换机形态；该方案不需要新增隧道/网管设备部署，E2E 成本小、传输效率高。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-29-随着工业协议 over 5G 部署的深入，会出现工控设备报文发送和5G 网络之间的匹配效率问题，5G 网络能够承载工控设备的节点数量和部署规模受到严峻挑战，需要向 5G 与工业互联网跨域协同演进；另一方面，对于具有同步需求的业务场景，需要向 5G TSN 融合演进。2.5G 内生确定性2.5G 内生确定性3GPP R16 引入了 5G TSC（时间敏感通信）技术，将 5GS 充当 TSN网络的一个或多个虚拟或逻辑 TSN 网桥，集成在 TSN 系统中，其架构如图 14 所示。该架构将 5G 内部系统作为 TSN 的一个网桥与对 TSN 网络对接，最大限度减少对现有 5G 网络内部机制的影响。5G 时间敏感通信技术主要增强的功能如下：5G 网络和 TSN 网络对接需要完成 TSN 网桥能力上报、配置信息下发以及 QoS 映射等功能。在UPF和UE侧分别增加逻辑功能NW-TT及DS-TT以支持802.1协议族，并完成 5GS 与 TSN 系统的协议转换，支持 802.1Qbv定义的门控机制执行保持和转发缓冲功能，实现确定性转发时延。通过 TSN AF 适配 5GS 接口与 TSN 协议，实现与 TSN CNC 的CP 交互。引入参考定时信令 SIB9、RRC 信令为 UE 授时，实现更高精度的同步，授时精度可达到纳秒级。根据 TSN 业务的特点，优化 5G 空口预配置资源分配，包括：中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-30-分配更小的预配置资源周期；可以同时配置和激活多套预配置资源。对以太网数据包进行头压缩，以增强空口传输效率，节省 5G网络与 TSN 融合的空口开销。图 14 5GS TSN 融合R17/R18 旨在推进 5G 内生确定性，支持在不依赖 TSN 网络部署的情况下实现 5G 网络内生确定性，其框架如图 15 所示。5G 内生确定性主要增强的功能如下：新增网元 TSCTSF 管理 5G 系统内 TSN 相关模块功能，并通过与外部 AF 适配，扩展 TSCAI 辅助 RAN 调度，实现跨域协同。进一步扩展时间同步能力，通过灵活配置同步主控，增强时间同步的灵活性。支持 UE-UE 的确定性通信，适配工业非 TSN 网络，为外部提供时钟源。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-31-支持时间同步能力开放增强、支持 TSN 的回传网络互通等功能。图 15 5G 内生确定性对于已部署 TSN 的汽车智造现场网络对于已部署 TSN 的汽车智造现场网络，5G 通过升级支持时间敏感通信并引入交互实体，作为 TSN 的网桥嵌入到 TSN 网络中解决“无线化”需求；对于未部署 TSN 的的汽车智造现场网络对于未部署 TSN 的的汽车智造现场网络，5G 通过确定性内生能力，不依赖于 TSN 网络，直接为行业客户提供确定性服务。不论采用上述何种方式，5G 都需要通过 URLLC 增强等技术打造能力底座，提升有界时延、有界抖动、高可靠性、高精度时间同步有界时延、有界抖动、高可靠性、高精度时间同步的能力，以匹配汽车智造业务发展的需求。3.XSO 跨域协同技术3.XSO 跨域协同技术XSO 跨域协同技术基于 5G 新增的确定性内生网元-TSCTSF 网元，支持在不依赖 TSN 网络部署的情况下实现 5G 网络内生的确定性，支持现有的 Profinet 等工业协议传输。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-32-跨域协同主要实现流程如下：5G 网络获取工控应用的业务需求，进行统一的业务编排：5G 网络获取工控应用的业务需求，进行统一的业务编排：无线网络综合考虑空口能力限制和工业协议业务需求，进行跨域业务编排，确定各个工控设备报文发送的时间点；5G 网络将业务编排结果发送给工控设备：5G 网络将业务编排结果发送给工控设备：5G 网络按照统一的双向协同感知调度接口，向各个工控设备发送 XSO 业务编排结果，按照实现方案分类，业务编排结果可能包括发送时间起点发送时间起点或者发送起点调整量；发送起点调整量；a)发送时间起点：发送时间起点：基于双方约定的时间机制，提供周期发包的具体时间起点；b)发送起点调整量：发送起点调整量：指示周期报文后续的发送调整量（向前或向后调整）；工控设备按照业务编排结果调整报文发送：工控设备按照业务编排结果调整报文发送：严格按照发送时间起点发包，或者按照发送起点调整量调整周期报文发送。在工控设备 over 5G 的规模上量后，工控设备报文发送和 5G 网络之间的匹配效率问题会逐步凸显出来，需要 5G 和工业设备之间进行跨域协同以提升生产效率。XSO 技术的引入将从以下两个方面改善生产效率：从单个工控业务角度：从单个工控业务角度：由于 5G 系统和工控系统间并未严格时间同步，工控周期报文发包可能存在抖动和漂移，5G 网络为了满足业务的 SLA 体验要求，需要预留多个调度机会保障，中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-33-这造成了无线资源明显浪费，如图 16(a)所示。在引入了 XSO跨域协同技术后，5G 网络和工业协议双向协同，如图 16(b)所示，期望工控设备报文按照周期稳定发包，在无线网络中没有明显的抖动/漂移，从而明显降低 5G 网络的资源需求。（a）应用前（b）应用后图 16 XSO 在单个工控业务应用中的效果 从多个工控业务角度：从多个工控业务角度：多个工控设备间存在业务随机并发，峰均比高（并发峰值高、均值低、不均匀），如图 17(a)所示；一方面会导致部分工控设备引入缓存等待、时延可靠性降低；另一方面 5G 网络被迫按照并发峰值进行资源预留，导致较低的资源利用率和极高的部署成本。在引入了 XSO 跨域协同技术后，5G 网络和工业协议双向协同，如图 17(b)所示，多个工控设备的周期报文之间能够按照统一的规律发送；一方面匹配无线空口的发送时隙特征、另一方面充分降低并发峰均比（实现发送的均匀化）；从而时延可靠性保障难度降低、体验提升，并且无线系统 URLLC 容量充分提升。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-34-（a）应用前（b）应用后图 17 XSO 在多个工控业务应用中的效果通过 XSO 跨域协同技术，5G 网络可以通过统一的一套双向协同感知调度接口统一的一套双向协同感知调度接口对接多种工业以太协议，实现主流的工业以太协议Over5G 网络的传输。三、汽车智造融合解决方案三、汽车智造融合解决方案（一）概述（一）概述汽车智造融合解决方案是为满足汽车智造场景多业务共存的需求而设计的一种端到端网络优化方案。该解决方案从无线、核心网以及业务管理和运维多个方面进行优化，以实现多种业务的兼容性和保证服务等级协议（SLA）。在无线侧，采用多频段、多载波频谱组合与资源分配的策略，以满足 URLLC（超可靠低延迟通信）、大上行、定位和工业物联等多种业务的需求。通过统一组网和统一覆盖的方式，实现不同业务在同一网络中的运行。在核心网方面，通过下沉核心网的 UPF 模块等技术手段，进一步缩短端到端业务时延，并提高链路的可靠性。这种下沉操作将核心网的功能接近到网络边缘，减少了数据传输的路径长度，提高了数据传输的效率和可靠性。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-35-智能运维方面通过基于应用的网络可视化管理，实现对网络的故障预警、隔离定位和快速恢复等运维操作，从而有效提高了整体网络的可靠性和稳定性。这种融合使得网络管理与工业应用紧密结合，更好地满足工业互联网的特殊需求。另外，终端设备也是该解决方案的一部分，逐步向多形态、多功能种类演进，以适配不同的业务场景。这意味着终端设备将具备更高的灵活性和可定制性，能够满足不同业务需求的多样性。综上所述，汽车智造融合解决方案通过多方面的网络优化，包括无线、核心网以及业务管理和运维，以满足汽车智造场景下多业务共存的需求。该解决方案为实现高效、可靠的汽车智造提供了技术支持和基础设施。图 18 汽车智造融合解决方案示意图中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-36-（二）无线网解决方案（二）无线网解决方案随着汽车智造场景及业务需求的增加，当前汽车智造的网络组成也不断的丰富。生产 IT 网承载了工厂级或车间级 SLA 要求较低的生产辅助类业务，并基于 TCP/IP 实现。而生产 OT 网则承载产线级 SLA要求较高的工业控制类业务，基于工业以太实现。另外，AVG、无人机等工业设备的应用则需要定位网络协助。而工业视觉、VR/AR 等业务则需要大上行网络支撑。而 5G 网络凭借其大带宽、低时延高可靠、精准定位及大上行等技术可以满足当前汽车智造的 IT/OT/定位的多样化网络需求，通过多网合一的方式实现 5G 全连接工厂。在厂区室内覆盖中，可以采用 5G 数字化室分的组网方式，通过4T4R 的小站结合分布式 Massive MIMO 技术实现大带宽高容量的 5G无线网络。在大带宽方面，通过共建共享联通 3.5G 频段可用的频谱达到 300M，通过载波聚合、上下行时隙配比的调整，极大的提升上下行速率，能够满足高上下行带宽业务的需求。在低时延高可靠方面，可以通过互补 TDD 等技术实现端到端 4ms 的时延，同时可根据业务需求在频段上进行合理分配，如采用 eMBB 业务与 URLLC 业务进行频点隔离的方式。室内工业网 3.3GHz 室外宏网 3.5GHz 能够有效形成隔离保护带，避免邻频干扰。在定位增强方面，可以通过数字化室分的pRRU 实现室内米级定位精度，满足基本定位需求。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-37-（三）核心网融合方案（三）核心网融合方案核心网需要业务角度出发保障业务 SLA、数据安全等工业场景需求，而 UPF 主要负责 5G 核心网中用户平面数据包的路由和转发相关功能，当前一般采用 UPF 下沉的部署方式满足业务时延、数据安全等需求。面向复杂、多样的工业场景，核心网还需要具备如下能力：UPF 分级部署能力以汽车制造企业为例，UPF 应具备工厂、车间、产线多种部署能力，以满足各类型多样化的场景需求，包括生产 IT、OT 能力工厂级融合部署、生产 IT 能力工厂级部署、生产 OT 能力车间级部署、生产 OT 能力产线级部署。通过分级部署从而可提供差异化的 SLA 服务能力。UPF MEC 数据本地卸载能力对汽车制造企业的生产类业务、设备采集类等与企业生产经营相关的数据在本地进行卸载，实现企业数据在厂区内的闭环。通过部署UPF MEC 统一平台，一方面可通过功能扩展实现业务融合，另一方面UPF 区分业务类型实现企业数据本地卸载。用户面 控制面下沉为保证工业生产数据安全和连续生产，企业要求数据不出园区，园区内 5G 网络与运营商大网解耦。在传统 UPF 下沉方式上叠加控制面下沉，可进一步满足企业对无线网络零信任的要求，同时可规避园中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-38-区 UPF 变动影响运营商大网的风险。此外在网络可靠性要求高的场景下，可通过设置主备 UFP 保障连续生产能力。（四）智能运维解决方案（四）智能运维解决方案智能运维方案通过网络可视化、基于连接的业务 SLA 监控、故障定界、模拟拨测和能力开放等关键能力，实现了对园区网络的综合管理和故障处理能力，提供了全面的网络可视化、故障定位和故障修复支持，以及与其他系统的集成能力，进一步提升了网络的可靠性和管理效率。整体智能运维解决方案关键能力如下：图 19 智能运维解决方案示意图 网络可视化：该方案提供了园区网络端到端拓扑的可视化，以及网络设备和通信终端状态的可视化。这样可以直观地了解网络的整体结构和设备状态，便于网络管理和故障排查。基于连接的业务 SLA 监控：方案能够对每个业务终端甚至每个业务流进行细粒度的监控，统计其业务 SLA 指标，如 TCP中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-39-的丢包率、乱序、重传等异常网络行为。通过及时监测和统计，可以发现业务连接的各种故障和问题，如中断、劣化等，从而及时解决业务体验问题。故障定界：当监控模块发现网络故障时，该方案能够根据业务连接监控收集的数据，对故障进行分段定界，最终确定是哪一段网络的问题。这样能够指导客户进行进一步的问题解决和故障修复。模拟拨测：方案具备模拟拨测的功能，以满足故障定界的需求。通过模拟拨测，可以判断网络的通断和 SLA 质量，进一步验证和确认网络故障的范围和影响。能力开放：该方案支持与其他 IT 系统进行集成，通过 API 接口将数据和能力开放给其他系统调用。这样可以实现与运营商的运维系统或企业园区的生产系统管理等的集成，共享业务数据，提供更全面的网络管理和业务支持能力。四、中国联通 5G-A 在汽车智造的实践四、中国联通 5G-A 在汽车智造的实践为推进 5G-A 在工业产线中的实施与发展，中国联通、长城精工、勃傲自动化、华为等合作伙伴在长城精工搭建了业界首个 5G-AURLLC 超可靠低时延汽车柔性产线。长城精工汽车制造柔性产线作为首个 5G-A URLLC 试制线，高度还原了工业产线实际情况，产线流程与实际产线高度一致，试点成功后可以直接复制到实际产线应用。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-40-图 20长城精工 5G-A URLLC 汽车柔性产线长城精工试点实现产线的无线化和柔性化，用 5G-A 网络取代了传统的有线以太网，首次实现 4ms5 个 9 的高可靠低时延技术验证，完成了 PLC 到 IO、阀岛的网线“剪辫子”，使得产线布局灵活可变，不再具有庞杂繁复的布线，终端可拓展性显著增强。近年来由于人们对产品需求的改变，车型通常一年一小改，三年一大改，产线的变更频率逐步增加，因此，汽车生产产线从固定化到柔性化顺应了工业生产的发展趋势，可以有效降低产线升级或改造带来的时间和经济成本。5G-A 技术应用于汽车生产产线后，无需进行长时间的产线重构调测及试运行，可大大缩短调整后产线上线的周期，快速恢复生产。通过引入 5G-A 技术实现了长城精工汽车制造产线的无线化、柔性化和智能化，推动了工控领域的四大突破：网络突破网络突破打破以往网络层级间的限制，实现 5G-A 通信协议和工业网络协中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-41-议交互和跨域协同，更加合理的分配网络资源，从根本上最小化网络拥塞，使关键性业务数据得到必要的保障。拉通应用层与网络层的同时，通过 5G-A 网络提供给业务一定的标识信息，不需修改工业协议本身，就能使网络指标获得更高的增益，为其他技术应用提供先决保障。终端突破终端突破联合孵化首款 5G-A URLLC 工业模组，并嵌入在柔性产线的阀岛 IO 等 20 余个工控设备上，推进松绑国外头部企业的产业生态控制，实现终端生态 0 到 1 的突破。OT 工业设备可直接集成 URLLC工业模组，并全场景、全设备类型匹配，推动了工业产线下 5G-A 全模组国产化进程，为未来规模化部署奠定坚实基础。运营升级运营升级UPF 网元设备下沉到本地，将数据分流到本地局域网，实现数据本地化并保证其安全性。N6 接口与主 PLC 连接，数据本地化处理，能够有效降低时延，为产线的集中化/云化 PLC 提供先决条件。同时，持续推动电信运营商服务体系发展，为工业智能化升级带来变革。模式延展模式延展实现工控业务从焊接产线延伸到装配产线，拓展了 5G-A 技术在汽车制造核心生产环节的应用场景。推动 RT 业务和 NRT 业务同网承载，将工控业务进一步拓展至完整的汽车生产线，为 5G 在汽车智中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-42-造领域的全面铺开指明方向。长城精工的 5G-A URLLC 汽车柔性产线是一个典型的数字化网络化智能化解决工业企业特别是产线的实际问题案例。通过 5G-AURLLC 技术初步解决 PLC 南向剪辫子及柔性生产等行业难题，进一步推进了 5G 工业互联网应用的融合与发展。对于工业互联网而言，通过 5G-A URLLC 技术激发了 5G 工控的新生态，带动产业升级，促使 CT、IT、OT 技术紧密协同发展，促进产业链条上的企业提质增效。中国联通推行 5G 全面赋能汽车生产，加速 5G-A 柔性产线的复制推广，推动上下游产业协同发展，实现真正意义上的国产化的汽车智造。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-43-五、总结和展望五、总结和展望在国家战略大背景下，5G 工业互联网融合发展是我国经济社会全面数字化转型的重要手段。汽车“智造”作为无线网络深入工业核心生产环节的前沿“阵地”，在低时延、高可靠、大上行、海量连接、高精度定位、以及网络移动性管理等方面对网络能力提出更高要求。然而现阶段 5G 技术从能力上还无法完全匹配工控等核心生产环节的需求，5G-A 在 5G 基础上，需要实现时延、速率、带宽、链接数等指标的大幅度提升，并兼容无源物联技术，从而可实现无线网络在应用场景上的进一步拓展。本白皮书基于汽车制造行业现状，分析了多样化场景对网络性能的需求，提出了 URLLC 增强、高精度定位、大上行、业务高可靠、5G 与工业融合等一系列面向汽车智造的 5G-A 关键技术和解决方案，赋能汽车智造业务发展。下一阶段，中国联通将联合产业合作伙伴不断推进技术标准演进、逐步推动设备产业成熟；协同汽车行业共同推动工业终端设备的产品研发、成熟。未来，中国联通将以长城精工“5G 超可靠低时延汽车柔性产线”为基石，进一步推动汽车制造国产化厂商加速融合，深度赋能 3C 制造、装备制造等多个领域，不断拓展丰富 5G-A 技术在汽车制造及其他行业核心生产环节中的示范应用和部署。中国联通 5G 汽车智造技术白皮书-44-战略决策的参谋者技术发展的引领者产业发展的助推者战略决策的参谋者技术发展的引领者产业发展的助推者态度、速度、气度有情怀、有格局、有担当中国联通研究院是根植于联通集团（中国联通直属二级机构），服务于国家战略、行业发展、企业生产的战略决策参谋者、技术发展引领者、产业发展助推者，是原创技术策源地主力军和数字技术融合创新排头兵。联通研究院以做深大联接、做强大计算、做活大数据、做优大应用、做精大安全为己任，按照4 1 X 研发布局，开展面向 CUBE-Net 3.0 新一代网络、大数据赋能运营、端网边业协同创新、网络与信息安全等方向的前沿技术研发，承担高质量决策报告研究和专精特新核心技术攻关，致力于成为服务国家发展的高端智库、代表行业产业的发言人、助推数字化转型的参谋部，多方位参与网络强国、数字中国、智慧社会建设。联通研究院现有员工近 700 人，平均年龄 36 岁，85%以上为硕士、博士研究生，以“三度三有”企业文化为根基，发展成为一支高素质、高活力、专业化、具有行业影响力的人才队伍。中国联通研究院是根植于联通集团（中国联通直属二级机构），服务于国家战略、行业发展、企业生产的战略决策参谋者、技术发展引领者、产业发展助推者，是原创技术策源地主力军和数字技术融合创新排头兵。联通研究院以做深大联接、做强大计算、做活大数据、做优大应用、做精大安全为己任，按照4 1 X 研发布局，开展面向 C3 网络、大数据赋能运营、端网边业协同创新、网络与信息安全等方向的前沿技术研发，承担高质量决策报告研究和专精特新核心技术攻关，致力于成为服务国家发展的高端智库、代表行业产业的发言人、助推数字化转型的参谋部，多方位参与网络强国、数字中国、智慧社会建设。联通研究院现有员工近 700 人，平均年龄 36 岁，85%以上为硕士、博士研究生，以“三度三有”企业文化为根基，发展成为一支高素质、高活力、专业化、具有行业影响力的人才队伍。中国联合网络通信有限公司研究院地址：北京市亦庄经济技术开发区北环东路 1 号电话：010-87926100邮编：100176

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面向5G/B5G和算力网络的传送网技术发展探讨韩柳燕中国移动研究院基础网络技术研究所2023年6月14日2目录5G/B5G及算力网络发展1传送网关键技术演进探讨2总结33中国移动5G网络发展情况省际/省内骨干网接口：50G PAM4最小容量：160G100G1.6T100G/200G12.8T核心层汇聚层接入层AccAccAggAggCoreCoreCoreCore25G10G政务教育医疗园区小S155万站700M 2.6G 4.9G基站35万端SPN部署6.89亿5G套餐用户l 截止2023年5月，中国移动5G网络已覆盖360 城市，服务6.89亿5G套餐用户，已落地5G行业商用项目超10000个l 中国移动已部署超35万端SPN作为5G回传网络，承载155万5G基站，实现全国市、县城区全覆盖，网络性能优异、稳定SPN已成为新一代传送网技术体制SPN向综合业务承载发展l已有6项ITU-T MTN国际标准发布（G.8312、G.8310、G.Sup69、G.8331、G.8350、G.8321）l标志着SPN/MTN新一代传送网国际标准体系基本完成l面向5G回传、垂直行业、政企专线、算力等l既支持软切片，又支持硬切片，具备端到端切片l时隙交叉，安全性高，P节点转发时延低至2us45G-A网络发展趋势及挑战RAN Rel-182022Q2Q3Q4Q12023Q1TSG#95TSG#96TSG#97TSG#98TSG#99Q2Q3Q4TSG#100TSG#101TSG#1022024SA/CT Rel-18TSG#103Q3Q4TSG#104TSG#105Q2Q1RAN1冻结ASN.1冻结SA2/Stage 2冻结RAN2/3/4冻结ASN.1第一次评审CT/SA ASN.1冻结SA/CT Stage3 冻结RAN Rel-19SA2/3/4/5/6 Rel-19RAN Rel-19准备SA2/3/4/5/6 Rel-19准备确定Rel-19 timelineSA stage2第一批立项SA stage 2第二批立项SA/RAN Rel-19 workshopSA1 Rel-19 需求场景讨论R18 新特性研究R19 新特性研究双工演进（UDD SI）人工智能(SI WI)无源物联(SI)无线数据自动化采集大规模天线增强直连链路通信增强直连中继定位XR及多媒体增强（元宇宙初期）网络节能(SI WI)网络智能化(WI)通感一体(SI)天地一体增强（SI WI）系统架构增强、数字孪生、移动算力网络.双工演进（UDD WI）人工智能(WI)无源物联(SI WI/SI)无线数据自动化采集大规模天线增强直连链路通信增强/直连中继(UE协同)定位XR及多媒体增强网络智能化(WI)应用事件开放(WI)TSN(WI)应用层智能(WI)天地一体增强(SI WI)网联无人机.5G-A研究的新特性和业务场景重点包括：高清视频实时交互、全场景物联、通感一体、天地一体增强、AI智能、绿色节能等。目前B5G标准仍在讨论中，引入特性以及指标要求等尚未完全确定。根据当前研究热点探讨分析传送网需求，核心性能指标带宽、确定性等需提升至少10倍以上，需向低成本大带宽、确定性网络、融合承载、天地一体、智能化、节能等方向演进。l 2021年4月，3GPP正式确定5G-Advanced为5G演进标准名称,全球5G技术和标准发展进入新阶段。l Rel-18为5G-A首个重要版本，计划2024年6月冻结。Rel-19 SA1最早进行需求场景讨论，其他研究组已进入准备阶段。5中国移动算力网络战略全力构建基于5G 算力网络 智慧中台的“连接 算力 能力”的新型信息服务体系打造“一点接入、即取即用”的社会级服务连接算力能力 网络无所不达算力无处不在智能无所不及 5G 千兆光纤光网 NB-IoT等物联网 移动云、IDC、DICT 和彩云、云游戏 云电脑、云桌面、云手机 基础通信、大数据 人工智能、区块链 安全认证、精准定位网络作为连接用户、数据和算力的桥梁，需要与算力深度融合，“以光筑底、以算为核”，形成算网一体化新型基础设施，为用户提供低时延、高可靠、端到端的算力连接。6算力时代网为根基网络连接云边端泛在的算力资源，满足新型业务需求以网强算突破后摩尔定律时代单点算力极限，实现算力集群优势网络感知算力、承载算力，实现网在算中，算在网中算网一体以网连算面向算力网络，在架构、带宽、业务、时延等方面新的需求，光网络需转型升级构建承载算力的基础网络底座算力时代以网为根基，需要发挥网络领先优势，实现算网共生中国移动应对大容量、高效率、多业务需求不断发展，已建成高品质基础网络甘肃枢纽算力贵州宁夏内蒙京津冀长三角珠三角成渝面向无线、互联网、专线业务等，已形成SPN回传、OTN骨干超高速、政企专网等高品质网络以算力为中心，增强和构建新的基础网络架构和能力7目录5G/B5G及算力网络发展1传送网关键技术演进探讨2总结38面向5G/B5G和算力网络的光传送网面向5G/B5G和算力网络场景需求，打造具备“小颗粒切片、算网共生、全域组网、智能敏捷、绿色低碳”五大能力的光传送网，高效支撑5G/B5G承载、专线应用和端到端算网服务面向算力端到端的全域组网能力5 5面向双碳战略的绿色节能能力2 21 13 34 4面向小颗粒的切片服务能力面向用户意图的智能管控能力面向算网共生的入算连算能力2 25大能力城域网接入网骨干网MEC核心网传送网传送网MEC91.fgOTN的应用需求和标准历程细颗粒度OTN(fgOTN、OSU)承前启后，继承SDH能力，高质量承载TDM和分组业务，增强业务调度灵活性，服务于算力网络，可解决10M-1G级别小颗粒客户信号高效承载同时，面向高等级业务需求，fgOTN技术必须满足固定时隙TDM特征，兼容现有OTN技术20202023-20242022G.OSU立项 国内出现OTN小颗粒技术雏形 在ITU-T推动G.OSU标准立项解决关键技术分歧 核心方案由类Packet的处理机制转变为固定时隙的TDM机制，针对多项核心技术各方达成共识 具备高效承载和灵活颗粒特性标准更名为fgOTN（fine granularity OTN）ITU-T标准系列体系确定，国际标准化加速推进 推进fgOTN技术方案成熟业务场景SDH设备正在逐渐退网OTN下沉至客户侧1G以下小颗粒高等级专线、算力业务需求增长关键需求特征在Question 11/SG 15（Signal structures,interfaces,equipment functions,and interworking for optical transport networks）推进fgOTN标准成熟，确保OTN的TDM特性高品质专线需保持TDM特性兼容现有OTN技术需具备无损带宽调整能力1.面向小颗粒的切片服务能力10fgOTN关键技术目前进展中国单位合作分析研究，提出的方案成为ITU-T fgOTN标准的技术路线和核心机制，在20222023年得到确认fgODUODUkCBR映射复用PKTGMPIMP面向OTN小颗粒技术和需求特征，兼容现有OTN技术，在保持TDM特性的前提下，实现高效小颗粒业务承载l帧结构基于ODUflex优化：采用4*3824B，并优化开销排布l针对低速业务提高开销频率：载荷区增加16列开销l保持现有OTN业务映射机制：CBR业务通过GMP映射，分组业务通过IMP映射如何定义fgODU帧结构实现高效业务承载？l采用固定时隙承载fgODU：保持TDM端到端硬管道特性l优化GMP机制：采用累计频率相位误差新机制替代传统锁相环机制，优化时钟资源开销lGMP采用16字节映射：映射颗粒度采用固定16字节，与速率无关，减少时延和缓存消耗fgODU复用映射如何保持TDM特性？1.面向小颗粒的切片服务能力11fgOTN和fgMTN国际标准体系TopicfgOTNfgMTN概述（Support of sub1G clients overview）G.709.20G.8312.20架构（fg Layer Architecture）G.872 AnnexG.8310 Annex接口（fg Interface）G.709 AnnexG.8312 Annex适配（Server/fg adaptation）G.709 AnnexPT in main bodyG.8312 Annex PT in main body保护（Protection）G.808.4设备（Equipment）G.798 AnnexG.8321 Annex同步（Synchronization）G.8251 AnnexG.mtn-sync Annex管理需求（Management Requirements）G.874 AnnexG.8350 Annex信息模型（Protocol-neutral Information Model）G.875 AnnexG.8350 Annex以已达成共识的核心方案为基础，2023年4月ITU全会重塑fgOTN标准体系fgOTN和fgMTN架构、接口、映射、保护、设备、同步、管理、信息模型等融入相应标准分册。1.面向小颗粒的切片服务能力12fgOTN关键技术研究焦点面向应用需求和场景，进一步完善fgOTN标准方案p 针对SDH设备退网需求，研究VC业务兼容方案p 针对细粒度业务，定义基于时戳的时延测量能力，提高监测精度p 设计fgOTN无损带宽调整方案，一步调整，提升调整速度，灵活适配客户侧业务需求随着小颗粒业务需求增长，运营商积极推进OTN网络技术演进，迫切需要fgOTN端到端部署应用，业界急需成熟标准指导芯片及设备研发fgOTN标准化正处于关键阶段，标准体系及核心机制已达成共识，部分技术正在讨论当中，需在2023年11月ITU-T全会推动标准技术方案成熟推动fgOTN管控和组网方案标准化进程，完善应用部署方案p 推动fgOTN管控架构及功能研究p 推动fgOTN组网及ODU联合组网研究OPUfgOTN净荷fgOTN开销（高精度时延测量）CBR业务（兼容VC）分组业务GMPIMP无损带宽调整管控平面1.面向小颗粒的切片服务能力13中间节点数据处理功能模块（基于码块交织粒度）数据交换单元小颗粒信号复用进入大颗粒管道（Multiplex）小颗粒信号从大颗粒管道解复用（Demultiplex）SPN小颗粒技术设计理念措施一：容器选择SPN小颗粒技术（FGU，Fine Granularity Unit）通过容器选择、交织粒度、原子码块三大措施聚力优化时延，较SDH 10M（5*VC12），PE节点时延降低5倍，P节点转发时延降低76.6%l 2Mbps颗粒度：芯片复杂度提升、成本提高、时延变大10Mbps颗粒度：综合考虑业务需求和芯片设计复杂度因素之后的平衡选择，随之带来的优势是较SDH处理时延降低5倍l 采用10M（大）容器承载2M，P节点转发相比SDH时延低5倍l 2M业务进10M通道采用4进15座7座汽车周期性出发如何设计每次发车人数？基于码块交织粒度保证低时延l 码块交织粒度与数据总线位宽保持匹配，避免等待总线“拼车”时延l 如果交织粒度过大，“每次发车人数过多“，则等待时间过长l 如果交织粒度过小，需额外“总线拼包”，占用额外芯片资源l FGU通过入和出时隙相位对齐进一步优化了时延TDM时延取决于通道带宽：P节点时延 交织单元长度/通道带宽 充分调研行业用户带宽需求最小兆级别（2M）综合考虑芯片设计复杂度、大小、成本、功耗、时隙轮循等措施三：原子码块措施二：交织粒度l 时隙交叉：采用66B定长原子码块进行时隙交叉，确保确定性低时延l 分组交换：采用变长的分组报文进行分组交换，时延较长且确定性低降低5倍PE节点时延降低76.6%P节点时延lSPN FGU 10M：110.47uslSDH 10M（5*VC12）：515.21uslSPN FGU 10M：6.36uslSDH 10M（5*VC12）：27.17us1.面向小颗粒的切片服务能力14FGU帧结构和OAM机制SPN小颗粒技术已集采，在中国移动现网全面推广应用正在推进具备小颗粒能力的小型化接入SPN设备开发及采购构建容器和全新帧结构采用TDM机制，端到端硬隔离，实现低时延低抖动l 与以太网PCS兼容的“S D T”码块序列10Mbps容器，兼容现有SPN和10M以太网接口l 采用64/66B编码格式，将开销和净荷编码后封装到定长的“S D T”序列中，FGU基本单元帧(单帧)=1*开始码块(S0) 195*数据码块(D) 1*结束码块(T7)l 固定发送周期、固定时隙数量、固定位置，独享时隙资源设计复帧机制，精细化带宽，高效利用带宽l 1个5Gbps颗粒以20个基本帧为1个复帧，共支持480个时隙l 1个10GE以太网接口以40个基本帧为1个复帧，支持960个时隙l 5Gbps颗粒可达97%的高带宽利用率完善的OAM机制重用SPN 1.0随路OAM机制，分为基础码块和非基础码块（APS及低优先级码块）l 采用66B控制码块，在包间隔IPG替换IDLE插入，不占用业务带宽，为每条小颗粒提供独立、完善的端到端/逐段OAMl 构建全新FGU帧结构，解决了在以太网体系下TDM小颗粒难以大规模组网的问题，提高带宽利用率l FGU OAM机制，采用66B控制码块和替换IDLE方案，节约业务带宽，为每条小颗粒提供独立完善的OAM1.面向小颗粒的切片服务能力15fgMTN国际标准的进展2021.9ITU-T国际标准工作启动2022.5ITU同意MTN小颗粒需求2022.2进一步澄清MTN小颗粒需求2021.12MTN小颗粒立项申请提交2022.6ITU-T研讨MTN小颗粒标准技术路径2022.9G.fgMTN立项立项Q11中间会议讨论2023.2确定fgMTN帧结构SDT基本格式2023.4fgMTN标准体系建立，fgMTN时隙交织粒度确定2023.6计划发布fgMTN2023.12SDHOTNMTN198919992019接口架构管理设备保护G.709G.872G.874G.798G.873.1G.8310G.8350G.8321G.8331G.8312G.Suppl.69演进G.mtn-sync同步 已发布(2020年12月)已发布(2020年12月)已发布(2020年10月)已发布(2022年11月)已发布(2022年11月)计划2023年报批G.707G.803G.784G.783G.841 已发布(2022年2月)G.fgMTN小颗粒新立项(2022年9月)l SPN/MTN已有6项MTN国际标准发布，标志着SPN/MTN新一代传送网国际标准体系基本完成。l 2022年9月fgMTN在ITU-T成功立项，23年4月ITU-T已确定fgMTN标准体系，年底将发布主要标准。1.面向小颗粒的切片服务能力16面向算力业务的下一代传送网管控架构推进传送网下一代管控架构演进，集中式管控与控制面协议协同，提升传送网端到端调度性能，增强传送网入算、连算能力光层：调顶OAM、OSC信道OTN：电层OAM、GCC开销SPN：FlexE/MTN开销多种开销、通道协同，协议信令灵活承载集中管控系统：维护全局拓扑、资源，集中计算路由和调度策略，实现网络资源全局优化控制平面：基于转发面多种开销和信道，承载控制协议，执行资源配置集中管控与控制平面结合，提升传送网管控效率SPN/OTN配置策略下发控制平面拓扑发现业务感知连接控制集中管控系统拓扑资源告警性能连接控制网络运维路由计算保护恢复传统管控机制面临挑战 纯集中式机制管控信令过多，可能造成拥塞，导致业务控制响应不及时 纯分布式控制平面缺乏集中调度策略，无法实现资源全局优化1.面向小颗粒的切片服务能力17传送网客户侧业务感知面向高等级用户入算需求，增强传送网客户侧业务感知能力，匹配业务差异化入算需求，传输资源与算力业务协同调度，提升算力业务端到端服务质量和传送网资源利用率 集中式地址感知、学习，构建传送网客户侧地址表；识别业务目的地址，基于地址需求灵活建路，灵活映射精细颗粒 基于业务流实时监控客户侧流量，实现业务级性能可视；基于实际流量灵活调度传送网资源，连接带宽自动适配 根据业务L2/L3开销信息，匹配SLA等级，提供差异化服务传送网管控系统算网大脑云/算力管理平台网络跨领域协同城域网干线传送网城域网算网协同管道级&业务级 OAM，端到端SLA可视业务到连接灵活映射传送网端到端连接（SPN/OTN精细颗粒）枢纽算力边缘算力边缘算力传送网业务面临挑战 入算业务基于算网大脑调度，业务方向、带宽、SLA等需求动态变化；传统的固定点到点连接无法满足高等级用户入算需求地址感知，灵活入算流量感知，资源按需调度品质感知，差异化服务1.面向小颗粒的切片服务能力182.传送网承载算力underlay方案挑战算力网络当前以中心算力为主，需要传送网实现算力连接能力，未来需要高带宽、高安全、时延敏感业务的算力处理要求，并且驱动算力位置从中心向边缘发展、大量用户从边缘接入算力传送网具备硬管道、低时延、大规模组网、智能化管控等技术优势，如何演进能满足未来算网连接挑战针对多种算力业务，如何进一步发挥传送网广覆盖的网络优势IP专网云专网RRRRRRRR企业行业用户家庭用户个人用户云PE 4G/5G网PEUPF/MEC网络云5GCUPF/MECOTNSPN移动大区云传送网算网连接深入融合SRv6技术，充分发挥传送网技术和网络优势，实现算网端到端业务、切片感知联动、业务质量可视可管、快速故障定位和恢复、跨域无缝融合，与OTT overlay方案形成差异化竞争充分发挥传送网软硬切片技术优势，为算力提供智能、敏捷、高品质、差异化的灵活连接如何通过转发和编排，向用户提供一张网的一体化服务体验挑战1挑战2挑战32.面向算网共生的入算连算能力19扩展SRv6 END支持传送网硬切片通过扩展SRv6 END定义，结合传送网技术优势，推进传送网算网技术方案推进硬切片的传送网算网技术方案研究，适配MTN和OTN通道，推进IETF国际标准定义新的SRv6 Behavior支持硬切片，主要包括基于通道的END.BXC方案和基于接口的END.XU方案p 在SRv6行为中，基于通道定义传送网硬切片管道p 通过Binding SID绑定硬切片传送网算网感知技术方案文稿1文稿2传送网云专网PE1PE2PE3PE4END.BXC方案PayloadPE1:END.BXCPE2:End.X-三层接口PE3:End.B6-内部路由PE4:DT6-业务路由IPv6传送网算网技术方案扩展SRv6 END行为，适配硬切片通道，并支持软切片通道，满足算网业务差异化承载需求END.XU方案PayloadPE1:END.XUPE2:End.XPE3:End.B6PE4:DT6IPv6draft-dong-spring-srv6-inter-layer-programming-04draft-han-spring-srv6-underlay-tunnel-programming-02p 在SRv6行为中，基于接口定义传送网硬切片管道p 通过扩展END.X来指定硬切片2.面向算网共生的入算连算能力203.面向算力网络的端到端全域组网打造以算为中心的基础网络，通过传送网全域组网，构建端到端入算、连算能力，打造骨干(20ms)、省域(5ms)、地市(1ms)三级时延圈骨干网向mesh化、扁平化演进，提供大带宽、低时延的一跳直达连接能力OTN、SPN设备延伸至客户侧，构建端到端全域组网能力通过精细颗粒OTN、SPN等多元化接入方案实现差异化端到端入算服务 传送网管控系统北向接口开放标准API，通过算网大脑直接调用 面向用户屏蔽传送网技术差异，实现快速、统一、高质量的端到端入算和算间互联。接入省域/区域骨干OTN国干OTN省干城域SPN OTN城市端侧算力热点算力中心算力边缘算力跨省算力20ms时延圈5ms时延圈1ms时延圈热点算力入算网络算间网络传送网管控系统SPN控制器云管理平台算网大脑OTN控制器3.面向算力端到端的全域组网能力21天地一体融合全域组网面向全域覆盖移动通信、卫星互联网、全球化政企行业专网等新型业务场景，光传送网需从地面全域组网向天地一体融合全域组网演进，构建面向天地一体的大规模低轨卫星光网络是关键星间链路数百数千 km LEO速度7km/s网络拓扑高动态卫星光网络与地面光网络技术体制差异大，面临星间光链路、高动态网络等挑战，需在光层、组网开展深入研究面向天地融合的卫星光网络协议体系星间链路分钟级切换，支持高动态网络通信建链不稳定，需高可靠网络质量保障组网：动态灵活光层：简化相干相干技术提升速率，目标10Gbps100Gbps简化相干通信终端，解决星上功率受限创新oDSP算法，匹配卫星光通信链路天基网络地基网络3.面向算力端到端的全域组网能力224.面向意图识别的自服务能力传送网推动实现基于用户意图识别的自服务能力，通过对用户的意图识别、方案自动化生成、验证和执行、意图保障等方式，提升客户满意度，大幅缩短业务开通时间，加快业务上线效率业务开通后系统会持续对业务进行管理、监控、需求匹配校验、资源自动调整，以持续保障满足需求意图保障经过验证的配置方案将自动下发到各相关站点完成业务的开通开通实现根据业务场景，选取合适的算法自动生成多种满足业务场景的网络配置方案生成方案通过对用户输入的关键需求提取来识别业务及其指标要求意图识别用户选择合适的方案并调整部分参数后，系统再将配置方案在网络中进行模拟下发并进行评估验证意图验证4.面向用户意图的智能管控能力23SPN网络能力服务化为提高SPN网络服务体验，加速新业务创新效率，基于“产品-服务-资源”层次化模型，构建敏捷、高效的SPN网络能力服务体系，采用模型驱动的解决方案，逐步实现SPN网络即服务SPNaaS（SPN as a Service）自动化、意图化和智能化。u4大类 20 SPNaaS服务API，包括用户网络创建、SLA保障、管理、按需动态扩展等u层次化、可重用服务/资源、策略、工作流设计，业务快速上线和创新层次化服务体系u设计态和运行态分离，一点开发，全网运行u打破传统“紧耦合、硬编码”架构u敏捷低代码、低技术复杂性服务开发模式模型驱动技术架构u端到端场景化网络服务编排和自动化部署uSPN网络能力服务SLA监控和保障等全生命周期自动化闭环管理u逐步实现智能化、意图化SPNaaS服务自动化用用户户设设备备服服务务器器服务Portal/BSS算网端到端 E2E网络服务（政务、教育、医疗、工业）SPN能力服务API设计同步服务、资源策略、工作流资源资源资源设计态设计态运行态运行态SPNaaS5G网络能力服务OTN网络能力服务IP网络能力服务接入网络能力服务数据基础设施文件对象大数据算力基础设施IT云移动云边缘算力OTNSPNPON网络基础设施QoS流量Non-QoS流量NaaS服务请求服务请求业务部署SLA保障网络管理智能运维4.面向用户意图的智能管控能力245.面向双碳战略的节能减排能力智能化动态节能技术智能调频技术跨类别器件合封技术交叉板资源智能优化技术业务板负载管理风道、液冷等高效散热设计网络架构优化构建全光底座功耗可视化面向能耗优化的智能管控技术演进器件级网元级网络级面向双碳战略，构建器件级、网元级、网络级三级绿色能力图谱，实现单位“瓦特”传输更多的“比特”的技术发展目标5.面向双碳战略的绿色节能能力25目录5G/B5G及算力网络发展1传送网关键技术演进探讨2总结326小结 面向5G/B5G和算力网络需求，光传送网打造“小颗粒切片、算网共生、全域组网、智能敏捷、绿色低碳”五大能力，高效支撑5G/B5G承载、专线应用和端到端算网服务。面向小颗粒切片服务，快速推进OSU和SPN小颗粒技术、标准及应用，已确立ITU-T国际标准体系，SPN小颗粒技术即将在现网规模应用。面向算网共生，推动传送网下一代管控架构向集中 控制平面协同演进，同时引入客户侧业务感知能力，增强软硬管道与算力业务灵活匹配承载能力，提升算力业务端到端服务质量。持续加强传送网全域覆盖能力，端到端入算、连算，打造骨干(20ms)、省域(5ms)、地市(1ms)三级时延圈；未来将依托卫星网络向天地一体融合全域组网持续演进。推动传送网实现基于用户意图识别的自服务能力，推进SPN网络能力服务化，提升业务上线效率和用户体验；构建传送网器件级、网元级、网络级三级绿色能力图谱，实现单位“瓦特”传输更多的“比特”的技术发展目标。

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后5G时代专题系列一,2023年7月2日中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文后的免责条款部分行业评级,增持5,5G时代在即,奏响6G序曲分析师,刘牧野证券执业证书号,S064052204000.

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中国移动中国移动 5G工业 UPF（OT UPF）白皮书 II 前 言 “5G 工业互联网”是加速我国工业数字化、网络化、智能化转型的重要基础。2022 年 9 月工信部印发5G 全连接工厂建设指南，明确了 5G 全连接工厂的总体建设要求和规划路径，充分发挥我国 5G 技术产业优势，与工业企业实际生产需求紧密结合，打造工厂级、车间级、产线级分级建设改造的整体方案，加快工业企业的智能化、数字化转型步伐。面向5G融入工业生产，2022年中国移动提出了5G 确定性工业生产网技术架构，并提出了工业 UPF 技术概念。结合中国移动在推进 5G 全连接工厂实践过程中对于工业数字化转型以及OICT深度融合的最新理解，形成本白皮书。首先，面向多层级部署应用的需求，阐述了工业 UPF 的四种部署模式；其次，提出面向工业通信的全面连接、面向工业客户的全面服务、面向工业网络的全面保障的“三个全面”的工业 UPF 设计理念；再次，梳理了工业 UPF 的十大技术要点，形成 23 项关键技术能力，统一工业 UPF的技术路径；最后，提出工业 UPF 的演进展望。中国移动希望与各合作伙伴共同协作，推进“5G 工业互联网”的蓬勃发展、产业升级、生态繁荣，深化 OT 与 IT 的融会贯通、融合应用，为工业企业数字化转型提供关键支撑。III -1-2-“5G 工业互联网”是通过 5G 技术对人、机、物、系统等的全面连接，构建覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系，为工业数字化、网络化、智能化发展提供新的实现途径1。随着 5G 在工业领域的进一步深入，产业寻求 5G 按照工业网络技术性能要求“从单一到多元”、应用环节“从外围辅助到生产核心”分级推动2，希望 5G 和工业智能制造产生更多的融合价值，赋能产业数字化转型。2022 年 9 月，工业和信息化部印发5G 全连接工厂建设指南，支持企业采用以 5G 为代表的新一代信息通信技术，打造产线级、车间级、工厂级等生产现场的新型工业互联网基础设施，形成生产单元广泛连接、信息（IT）运营（OT）深度融合、数据要素充分利用、创新应用高效赋能的先进工厂3。当前 5G 技术正在随着产业应用的需求不断演进，5G 全连接工厂建设仍在探索阶段4，随着 5G 全连接工厂建设的深入开展，5G 应用的业务场景从工厂园区向生产车间、产线现场等生产场景深度融入，其中：（1）工厂园区业务场景 重点建设在工业园区内，基于 5G 支持跨车间跨层级互联互通、场景的深度和系统化应用、全要素生产率提升等业务能力，实现包括园区视频监控、环境监控、人员车辆管理等普通园区业务，对于工业时延和设备可靠性有较低需求，支持如 OPC UA、TCP/IP 等协议；（2）生产车间业务场景 重点建设基于 5G 支持多产线多系统协同优化、数据价值充分释放、集成创新水平提升等业务能力，实现包括车间 PLC 北向的生产管理、物流管理类业务，如车间 -3-SCADA、MES、WMS、AGV 管理、危险作业人员定位、车辆和物料位置管理等低时延、高可靠性需求的业务，通常支持如 S7、Modbus TCP 等通信协议；（3）产线级业务场景 重点建设基于 5G 支持在单一生产环节、业务单元的设备连接、数据采集和 5G 融合应用创新方面等业务能力，实现包括生产现场工业自动化控制类业务，例如，产线PLC 与 I/O 设备、变频器、阀岛等的南向控制业务，产线线体 PLC 与设备主 PLC 或设备主PLC与从 PLC之间的东西向控制业务，此类业务通常要求通信的超低时延和设备的超高可靠性，支持例如 Profinet/RT/IRT、CC-Link IE TSN、EtherNet/IP 等协议。-4-5-2022年中国移动发布的5G确定性工业生产网白皮书以“跨域融合、确定可靠、算网一体”为核心理念设计了 5G 确定性工业生产网技术架构5,，如图 1 所示。图 1 5G 确定性工业生产网架构图 该技术架构中，工业 UPF 作为融合组网、确定性服务、工业算力融合的枢纽，是5G与工业网络互联互通、应用生态深度融合的关键节点。在5G在融入工业生产环节的探索过程中，5G 工业 UPF（下文简称工业 UPF）仍面临三方面挑战：（1）广泛连接 在实际的工业生产网络中，工业UPF仍面临实现广泛通信连接的挑战。因选用设备商和服务层级的不同，以工业以太、工业总线等类型为主的工控协议种类繁多、七国八制，而工业 UPF 作为 5G 和工业网络的边缘锚点，需解决适配工业多样协议和满足分域通信的泛在连接问题，确保新建 5G 可兼容适配不同的工控协议，与存量网络互通互联。同时，产线级、车间级的生产业务往往对通信低时延、确定性和高可靠有很高要求，如低时延特性需满足实时、精准的工控指令下发，步调一致的产线协同，以及满足稳定、高质量的系统运行和工控指令投递，实现 5G 融入生产的“组网融通”。因此，通信极致 -6-确定性和提供可靠通信能力的确定性时延和确定性可靠是工业UPF技术实现过程中仍需考虑的问题。（2）赋能应用 工业应用与 5G 网络深度融合的过程中，满足赋能应用特性也是工业 UPF 的新课题和新挑战。为降低 5G 全连接工厂的实施难度，工业应用需要与 5G 网络深度融合，实现工业控制算力的算网一体化，融合 RT、NRT 厂区现场升级的多样算力应用。例如，图像识别管理系统对于来自采集图像的推理实现、模型管理业务，工业 AI 视觉云平台的数据预处理、数据标注、训练引擎等应用，以及企业生产业务系统中的数据管理、结果呈现等环节，均需要工业UPF提供强大的实时性算力能力，从而支持更复杂的运算和数据处理，满足统一、实时的算力底座。此外，具备关键环节应用的一站式接入和服务也是工业UPF需要攻克的难题，从而实现多平台多系统共同配合满足业务要求，进一步结合 AI、云平台等协同，实现智能应用协同调度，并通过 AR 辅助、预测性维护等智能应用赋能高效、灵活的工业应用融合。（3）高效运维 工业UPF在网络的运维保障方面也同样面临挑战。首先，工业网络对于网络中断具有低容忍性，生产停滞往往会造成重大经济损失，工业网络的稳定性需得到保障，满足生产不中断的要求。其次，安全问题事关生产，工业场景下的功能安全和信息安全也应得到严格保障，确定性的安全能力是需要攻克的技术难题，从而满足融合、保密的生产系统及数据的隔离和安全。同时，功能要求高、部署环境差、现场规划复杂等问题使得工业UPF面临运维保障的功能需求，提供指标监控、网络优化、排除网络故障等便捷运维能力。最后，工厂的智能化、数字化过程还会导致能耗不断增加，工业UPF的绿色转型刻不容缓，避免资源浪费，实现最优能源分配。工业 UPF 应支持多种部署模式，满足工厂、车间、产线的多样化业务需求，如图 2所示。-7-图 2 工业 UPF 组网架构 （1）工厂级部署 工业UPF部署在企业园区或工厂机房，主要满足单一工厂或园区非实时业务的通信需求，提供跨车间、跨层级的互联互通能力，保障企业生产、运营、管理的高水平发展。工厂级工业UPF应处理整个工厂范围内的数据流量，包括不同车间之间的数据通信；可完成车间内的生产辅助业务，如设备间的数据采集；处理产线内、产线间时延要求不高的逻辑控制业务。由于多数企业考虑数据不出园区，承载用户面数据的工业UPF部署在生产工厂（园区）级别可满足此类业务所需的性能需求。（2）车间级部署 工业UPF部署在生产车间机房或电气柜，主要处理车间内的数据流量，同时可承载产线间以及产线内对低时延、可靠性要求高的生产控制类业务，其中包括车间内设备的数据接收、过滤、路由、转发；产线主从 PLC 之间、PLC 与 I/O 之间的通信控制。工业UPF 下沉到车间，与车间内各种设备直接相连，产线控制逻辑在车间形成闭环，可显著提升生产控制业务的隐私性，实现工业生产信令在车间内的闭环。-8-（3）产线级部署 工业UPF部署在产线边电气柜或挂墙设置，是一种极端部署模式，仅在车间产线独立部署基站覆盖的情况下支持，该场景下，工业 UPF 与基站 BBU 为 1:1 收敛或融合，工业 UPF 可提供产线专用的通信控制，设备需满足现场设备防护等级要求。（4）融合式部署 在某些规模较小的工厂内，或者初期逐步开展5G全连接工厂技术验证的时候，也可以采用融合式工业UPF部署方案，只在工厂机房或运营商机房集中部署一个融合式工业UPF，简化系统架构，提供集成度更高业务锚点。该方案下，工业UPF可同时满足工厂、车间和产线的业务需求。-9-10-随着工业UPF在全连接工厂的应用，尤其面向产线级、车间级的部署，工业UPF还需要在通信连接服务的基础上进一步增强。首先,工业 UPF 作为嵌入工业网络的设备，应加强网络能力和数据性能的供给能力，以满足工业控制等应用确定性通信和多样化工业设施互联需求，为 5G 全连接工厂构筑坚实的桥头堡；其次，工业 UPF 可作为 IT 设备的基础设施，提供工业应用融合创新和数智转型的能力，为工业应用的发展提供强有力的支持；再次，工业 UPF 应有机地融入 OT 设备的管理运维，以满足工业生产安全和维护等业务需求，确保整个生产过程的稳定运行。因此，我们提出工业 UPF 的“三个全面”设计理念：即“面向工业通信的全面连接”、“面向工业应用的全面服务”、“面向工业网络的全面保障”。“面向工业通信的全面连接”包括便捷泛在的通信连接、时延有界的确定连接和冗余叠加的可靠连接三大技术要点，使得设备、传感器、机器人等各种工业设备可以实现柔性、高效、可靠的通信，丰富了网络能力的供给，提升工业生产的效率和质量。“面向工业应用的全面服务”包括本地交互的网络服务、灵活多样的算力服务、一站融合的应用服务三大技术要点，实现了工业应用和 5G 网络的深度融合，降低了 5G全连接工厂的实施难度。“面向工业网络的全面保障”包括面向工业生产的稳定运行、面向工业制造的安全防护、面向客户服务的便捷运维以及面向双碳战略的节能降碳四大技术要求，保障网络的稳定性、可靠性、安全性，满足 5G 全连接工厂 7*24 的稳定运行和维护能力。-11-12-工业 UPF 的“三个全面”能力技术体系包含工业 UPF 的十大技术要点，形成 23 项关键技术能力，如图 3 所示。图 3 工业 UPF 能力技术体系 面向工业通信的全面连接 4.1.1 便捷泛在的通信连接 传统工业制造、工厂园区等领域组网通信中，部分工业协议不具备标准的 TCP/IP协议栈，层二交换占据主要的通信地位。同时，生产网的 IT 域和 OT 域业务均要求通信及业务数据分别在域内闭环。工业UPF作为数据流量的锚点，应满足工业通信的层二通信和业务闭环能力。原生流量便捷组网 工业 UPF 应具备层二数据承载能力，满足 5G 与基于层二数据通信的工业控制系统融合。同时，为了满足终端之间的直接通信，工业UPF应支持基于运营商配置和业务流量需求，提供不同的流量转发方法，实现组内不同 PDU 会话间流量的直接转发6。-13-图 4 5G LAN 技术方案 业务流量闭环管理 工业 UPF 应具备业务流量闭环管理能力。一方面，基于业务分流的需求，支持将业务流量接入到对应的服务器或控制器，从而确保业务流分层级闭环；另一方面，同一域内的不同设备之间的应用和终端可以通过划分不同的 5G LAN 组、切片来按需进行分组、分片隔离。例如，不同工业终端的不同业务流对应的应用服务器部署位置各不相同，PLC 业务流通常在本地车间闭环，预防性运维和数字孪生业务应用服务器可能位于生产IT 域，业务流在 IT 域内闭环。4.1.2 时延有界的确定连接 高精度时间同步 工业领域中，5G 全连接工厂需要 5G 提供高精度时间同步能力，通常需要达到亚微秒级甚至几十纳秒的精度，且同时支持多种不同的时钟同步协议和灵活的时钟源选择方式。例如，工业中的机器安全控制场景、运动控制场景，都需要时间同步来实现确定性时延通信。工业 UPF 应支持和工业终端配合提供高精度时间同步能力。一方面，工业 UPF 应支持最优时钟选择，可通过运行 BMCA，参与时钟域内最终主时钟的选择；另一方面，工业 UPF 应支持多协议时间同步，应支持工业设备常用的 gPTP（802.1AS）协议、IEEE -14-1588 协议等多种时间同步协议，应支持多种时间同步协议之间的转换；进一步，工业UPF 应支持多方向时间同步，应满足主时钟源部署在 N6 侧、主时钟源部署在 UE 终端侧、5G 作为主时钟源对外授时等多种方式。图 5 多方向时间同步示意图 动态 QoS 适配优化 车间级、产线级应用的工业以太协议种类繁多，不同协议存在差异化传输等级和通信频次等特征。随着 5G 逐步进入工业核心生产环节，工业 UPF 需满足各类工业以太协议 Over 5G 的数据交换转发需求，并针对工业以太协议特征适配优化。工业 UPF 除具备根据基本的 TCP/IP 五元组、802.1Q、802.1P 等流信息进行 QoS 保障能力之外，还应具备联动工业协议实现跨层协同，优化传输性能的能力，支持根据工业协议特征为不同等级的业务数据流动态提供与之相适应业务保障策略。工业UPF应支持对工业协议的关键报文或特征的识别能力，感知实时报文传输周期，并根据报文传输周期触发网络配置相适应的 QoS 保障，以满足数据周期性传输时延要求。-15-轻量化确定性 工业生产网络的通信模式中，确定性周期通信和确定性非周期通信对指令的时延和抖动有严格要求，工业 UPF 赋能工业领域降本增效的场景中，应支持提供确定性通信服务能力，并支持通过简化轻量化实现方式减少对控制面的功能改造和部署要求，支持适配工厂差异化的便捷协同能力，同时满足工业低成本的用网需求。工业UPF应具备轻量化确定性能力。一方面，应支持作为桥节点嵌入或内生实现确定性通信网络，实现与外部确定性网络的互联互通，提供时间敏感通信服务。另一方面，应支持面向确定性转发业务的确定性策略处理，5G 控制面简单升级即可适配工业相关业务开展，工业 UPF 应支持通过部署在本地的确定性处理面获取 TSC 辅助信息，或者通过内部集成一定的控制能力生成确定性策略，传递至 RAN 进行流量调度。图 6 轻量化确定性 工业确定性策略处理模式 4.1.3 冗余叠加的可靠连接 双发选收高可靠 在工业领域中，通信系统是工业生产设备之间的桥梁，其可靠性是业务正常运行的基础。例如，在高速运动控制的精密加工场景下，每次网络连续丢失一至两个报文都可能会导致加工产品的精度几何级变化。同时，无线单链路无法保证远控的稳定运行，5G 空口受到突发干扰或者单链路故障时会造成数据包丢失、重传以及时延抖动等问题。因此，工业 UPF 应支持在传统通信能力的基础上提供更加稳定可靠的通信能力。-16-工业 UPF 应具备双发选收的技术能力。工业 UPF 支持和终端配合，提供数据流识别规则配置、数据流的复制和消冗以及冗余序列号的维护，通过双链路的数据包冗余传输，从而实现最优时延，并克服单一链路空口的抖动影响，大幅提升工业通信的稳定性。工业UPF内生支持双发选收能力，可兼容树形、令牌环型、一字型等各类工业化网络拓扑，支持在运营商侧网络内部改造，减少对客户服务器的改造依赖，从而无障碍融入工业网络环境，便于在工业环境的快速部署。双发选收方案如图 7 所示。图 7 双发选收技术方案 面向工业应用的全面服务 4.2.1 本地交互的网络服务 本地化定位能力 在工业领域中，资产盘点、物料跟踪、人员位置管理等业务场景往往有定位需求，考虑到定位数据的安全性以及便捷获取，部分客户希望生产设备的位置信息等生产相关数据仅在园区内网传输，实现信息不出厂；在定位精度方面，不同客户在精度需求上存在差异，且定位环境若发生变化，需要快速优化参数或迭代算法，提供更快捷的定位服 -17-务。工业UPF应支持通过一网多用的灵活方式，为行业客户提供高性价比的本地化高精度定位服务。工业UPF应具备本地化定位能力，支持根据本地组网情况，内化集成定位功能模块LMF 和 GMLC，供位置服务客户端 LCS Client 直接访问和使用，匹配定位算法和测量方法提供米级、亚米级等精度的定位服务。工业UPF应支持本地定位模块和基站之间的算法调测和参数优化的高效协同，提供本地网络直接到客户侧的定位服务通路，确保定位数据不对外暴露。本地化定位方案如图 8 所示。图 8 本地化定位方案 本地化能力开放 在工业领域中，工业应用往往也需要从 5G 网络中获取网络质量等信息，考虑到实时性和获取难易程度，部分客户希望直接从就近的 5G 设备获取相关信息。工业 UPF 应支持在保障安全和性能的情况下，为行业客户提供便捷的本地化能力开放服务。工业UPF应具备本地能力开放能力，一方面，支持通过头增强的方式，将业务所需的 IP、码号等信息附加到上行报文头中，发送给后端可信服务器；另一方面，支持内置Local NEF 模块，通过 API 接口将业务所需的 QoS 测量等 5G 网络信息，通过订阅通知的方式传递给能力开放客户端7。本地化能力开放如图 9 所示。-18-图 9 本地化能力开放 4.2.2 灵活多样的算力服务 多规格硬件形态 工业环境下部署的工业UPF面临环境条件复杂、部署空间受限、部署地点多样的众多挑战：-环境条件复杂：工业场景部署环境较运营商 CO 机房更为恶劣，且不同场景间的差异同样较大，硬件形态标准难以统一；-部署空间受限：工业场景通信机房机架深度存在 600mm、800mm、1000mm等多种尺寸；-部署地点多样：在通信机房、BBU 室外柜、办公室、产线中，甚至没有机架环境；-环境温度不稳定：由于机房的制冷系统不稳定，机房温度可高达 45、也可低至 0，在无机房的场景下，环境温度最高可达 55，最低可达-5；-人机共存：计算设备部署更贴近用户，保安室、配电室等场景中设备会与人员部署在同一区域，人机共存对设备有更高要求；-部署于工业场景的硬件还面临抗震、电磁兼容和防噪等要求较高以及机房空气质量欠佳等限制；-19-运维管理难度大：工业 UPF 硬件可能分散部署在全国各地数以万计的企业中间，需要有强大的管理运维能力，部分场景运维人员甚至难以到达现场，对设备的运维方式与运维成本提出了较高的要求。根据工业 UPF 部署环境的不同，应支持多样化工业 UPF 硬件形态：（1）工厂级部署硬件形态 工厂级部署是指工业UPF硬件部署在工厂机房，部分工厂机房环境条件相比标准机房更为恶劣，且不同场景间的差异同样较大，标准难以统一。例如，部分工厂机房的部署空间较小，通信机房机架深度主要为 600mm、少部分达到 800mm，工厂环境的机架整体较标准机架浅；部分工厂机房的环境温度不稳定，受限于不稳定的机房的制冷系统，机房温度可在 0 至 45间浮动；此外，部署于机房的服务器还可能面临抗震、电磁兼容和防噪及机房空气质量欠佳等限制。工厂级部署的工业 UPF 硬件，应满足如下技术特性：-物理形态及环境适应性：为满足环境要求，支持提供服务器深度450mm 等针对性设计方案；开关、指示灯、硬盘、线缆等采用前维护；风扇支持热插拔，保证在线清理或更换；散热优、功耗少、噪音低；可支持在更宽温度范围，并满足 B 级 EMC、抗震等需求；-灵活的可扩展性：硬盘需支持 HDD/SSD/NVME SSD 等存储形式，灵活应对不同数据容量及类型需求；应兼容支持多种内存，支持根据场景选配内存的容量、温度适应性、掉电保护等功能；可按性能及功耗需求选配处理器；-运维管理统一便捷性：需要有统一完善的管理接口要求，以减少带外管理系统带来的大量适配工作，以更加有效的管理服务器；应尽量降低对运维人员水平的要求，使运维操作尽量简单，以提高运维效率；服务器BMC具备基本故障诊断及上报能力，并提供硬件平台自愈方案。-20-（2）车间级部署硬件形态 车间级部署是指工业UPF硬件以整机柜的形态部署在车间现场，该场景部署的工业UPF 应集成服务器节点、交换机、存储、PDU、配电、空调等多种设备，实现业务设备快速部署及业务快速上线，并支持在无机房场景部署应用。车间级部署的工业 UPF 硬件，应满足如下技术特性：-体积小：工业 UPF 整体机柜的体积满足车间灵活部署需求，推荐柜体深度600mm 至 800mm、柜体高度 24U 至 42U，且方便在不同物理空间移动，并配备提手和滚轮。需集成制冷系统、供备电系统、智能监控系统；-高可靠：针对环境恶劣的场景，需要高度密闭，利用机架空调进行内循环，屏蔽外界的灰尘与水雾等不利条件；-网络：可配备交换机产品安装，预留理线托盘及理线架，便于整机柜内部网络线缆部署；-动环：具备动环侦测能力，配备动环侦测网关、烟感侦测器、温湿度侦测器、水浸侦测器、照明、前后门开关侦测器，配备监控平台，支持现场，网页，邮件或其他终端设备读取；-散热：整机柜中可安装空调，供风量需满足满配散热需要，压缩机及风机均为变频模式调节，平均 EER3.0，适应 220V15%、503Hz 供电条件，寿命需十年以上。机柜前后门封闭，形成机柜内独立循环，可部署在复杂环境。工业UPF 也应支持部署应急风扇，满足紧急场景散热要求；-电源：整机柜应支持配备配电箱、PDU、UPS、电池包等电源设备。（3）产线级部署硬件形态 产线级部署是指工业UPF硬件部署在产线边或产线上，产线级部署具有体型小、环境适应性强的特点。工业UPF设备可以通过放置、壁挂、堆叠、导轨等方式部署在产线近端，应满足占据空间极小，支持多种供电方式的要求。工业级应用场景应支持输入直流电源 9V-36V（DCin），商业应用场景支持 DC12V AC 电源适配器接头（DC Jack for AC-DC adapter），符合各种工商业供电需求。为应对恶劣环境，设备需要具有较强的防水、防尘、支持宽温的能力，保证严苛环境下的稳定运行。基于以上能力，产线级部 -21-署硬件针对不同场景的特点，硬件形态、端口类型、接口数量更加多样化，此处暂不做更多阐述。同时，面向不同层级的工业UPF部署，还应匹配相应层级的容量、吞吐量等要求，如表 1 所示。表 1 不同层级 UPF 部署参数示例 部署位置 典型设备 尺寸 容量 吞吐量 功耗 工作温度 工厂级 工厂级 UPF/融合式 UPF 标准服务器板卡 如 7U 400 万 会话 50G320G 满配单 U功耗 650W 5 45 车间级 车间级 UPF 标准服务器板卡 如 2U 6 万25万会话 520G 满配单 U功耗 650W 5 45 产线级 产线级 UPF 小型服务器板卡 如 1U 1000 会话 2G 7477W-10 60 紧凑型产线级 UPF 如 1U 500 会话 1G 35W-10 60 注：产线级 UPF 应支持根据部署环境需求，对工作温度、EMC、防水等可存在更高级别要求，例如-40C 85C，EMC3 以上，IP40 等，具体视实际部署演进发展。多样性算力底座 工业UPF应支持通过灵活可增减的硬件满足工业场景下对算力、网络传输的要求。工业 UPF 可在服务器基础上，通过扩展 FPGA 或智能网卡等特殊板卡，提高网络传输效率和算力能力，满足不同工业场景下的需求。工业 UPF 应支持通过扩展 FPGA 或智能网卡，提供更高的传输效率，以支持更复杂的运算和数据处理、TSN 确定性子卡。业务报文转发直接通过智能网卡卸载数据绕过CPU 算力，实现极致低时延转发性能，从而提高网络传输效率，减少数据传输延迟和丢包率，达到更好的性价比和能效比。工业 UPF 还可以通过扩展 GPU、FPGA 及智能网卡等特殊硬件提高算力能力，满足不同工业场景下的应用部署需求。GPU 和 FPGA 具有较高的并行计算能力和定制化能力，可以支持更复杂的运算和数据处理。工业 UPF 算力底座示意图如图 10 所示。-22-图 10 工业 UPF 算力底座示意图 多时效虚层服务 随着工业场景数字化转型的深入和工业应用技术的发展，工业UPF应支持基于算网融合服务底座提供对工业网络中生产控制性、机器视觉系统等工业应用的承载，为匹配不同工业应用的处理响应需求，工业UPF应支持实时性操作系统承载和非实时性操作系统承载。（1）实时操作系统（RTOS）过程控制、数据采集、通信、多媒体信息处理等工业相关的场景往往对时间非常敏感，例如，机器人的运动控制、无人驾驶等场景。工业UPF应支持满足及时响应和高可靠性的 RTOS，当外界事件或数据产生时，能够接收并以足够快的速度予以处理，且处理结果能在规定的时间内控制生产过程或对处理系统做出快速响应，调度一切可利用的资源完成实时任务，并控制所有实时任务协调一致运行。工业UPF可按照业务需求提供硬实时系统和软实时系统，硬实时系统要求在规定的时间内必须完成操作，软实时系统则只要按照任务的优先级，尽可能快地完成操作即可。-23-（2）非实时操作系统 工业 UPF 也应支持提供分时操作系统，通过公平调度算法，满足多线程/进程分享CPU 时间的需求。4.2.3 一站融合的应用服务 生产运行应用联合部署 随着实时虚拟化技术的成熟和面向未来扁平化控制架构的发展，工业 PLC 逐渐从原来的软硬件一体化 PLC 向虚拟化形态演进。工业 UPF 应支持将工业应用部署位置紧靠工业 UPF，实现工业终端到工业应用的最短访问路径，减少网络抖动和不稳定因素，简化工业设备和网络的部署安装工作。以工业 UPF 为核心的边缘计算平台，应支持提供基于实时、非实时的混合计算能力，以及虚拟化及容器共存的应用部署方案，通过确定性调度能力，高精度定时器能力等系列能力增强，满足虚拟化 PLC 的部署运行需求，例如，以及绝对优先级抢占和内核级的优先级翻转处理方式可满足高优先级任务对低优先级任务的抢占，提供优先级翻转的机制，避免系统死锁。同时，在工业自动化控制系统中，可能存在多个 vPLC 程序同时运行，工业 UPF 应支持多 vPLC 程序的协同调度，通过提供完整的调度算法和管理机制，同步考虑多个vPLC 程序之间的依赖关系和优先级，以确保多个 vPLC 程序在正确的时间和顺序下运行。此外，工业 UPF 应提供可视化的调度界面，以方便操作人员监控和管理多 vPLC 程序的运行状态。-24-图 11 工业 UPF 和 vPLC 协同调度 进一步，工业 UPF 应基于实时、非实时的混合计算能力，支持同步部署 MES、SCADA、AGV 调度、数据采集与分析等系统，实现设备、I/O 和服务之间的传输、全程在 5G 网络系统内闭环完成计算，满足设备智能化、架构扁平化的工业演进需求。工业辅助应用智能集成 工业 UPF 可进一步结合 AI、云平台和 IoT 泛在物联的协同，同时赋能创新智能应用协同调度，促进智慧工业规模化发展。基于工业 UPF 的算网协同，可支持将 AI 算力下沉，从而部署 AR 辅助、远程诊断、预测性维护和视觉检测等智能应用：（1）机器视觉质检 工业UPF应支持机器视觉质检应用集成，满足旧产线改造或者新产线柔性部署中模式识别、计数、视觉定位、尺寸测量和外观检测等应用需求；（2）大规模工业数采 工业UPF可支持大规模工业数采应用集成，通过大带宽传输和柔性化部署满足大多数场景要求，提供对设备的运行数据采集，并支持结合产品产能、质量等数据对生产工艺、品质管控、排工排产等进行优化；-25-（3）远程诊断 工业 UPF 可支持对远程诊断应用的集成，借助工业 UPF 的便捷通信能力，远程故障诊断和维护技术可以在短时间内调动故障诊断和维护资源，实现对复杂系统快速、及时、正确的诊断和维护；（4）AR 辅助 工业 UPF 可以充分发挥 5G 的移动性、高带宽特性，集成 AR 辅助类应用，提高装配、维护、生产安全监控等环节的效率、降低危险事故的发生；（5）预测性维护 工业 UPF 可支持提供预测维护需求服务，以避免计划外停机产生的成本，工业 UPF连接到设备以及监视设备生成的数据可以帮助确定导致发生潜在问题或故障的模式。工业 UPF 集成工业智能应用如图 12 所示。图 12 工业 UPF 集成工业智能应用 -26-面向工业网络的全面保障 4.3.1 面向工业生产的稳定运行 当前的 4/5G 网络主要为消费型互联网应用提供服务，在消费型网络中，网络服务中断通常会给工作生活带来不便。而工业制造网络则更进一步，网络中断会导致生产停滞，造成重大经济损失，甚至影响到生命安全。因此，为了满足工业场景的超高可靠要求，工业 UPF 应具备惯性运行能力、热备容灾能力和无损升级能力。惯性运行能力 煤矿、港口等工业生产场景中，由于故障导致的生产中断将会带来无法估量的损失，对业务连续性往往有严苛的要求。因此，为提供生产不中断的优质服务，工业UPF应具备惯性运行能力。当运营商控制面网元故障或链路中断时，工业UPF能够解决因故障引起用户下线从而导致用户面数据无法正常转发的问题，并针对在线用户维护已有业务的惯性运行，实现本地生产自救，满足生产不中断的要求。工业UPF的惯性运行能力还应包括故障快速感知、数据惯性转发及运行状态恢复功能，如图 13 所示。图 13 工业 UPF 惯性运行能力 热备容灾能力 工业UPF高可用和高可靠能力是适应核心工业生产需求的关键业务特性。工业系统对网络的可靠性和可用性有很高的要求，一旦网络失效可能导致产线停机甚至发生生产 -27-事故，直接影响生产效率、生产安全。现有产线的OT网络中，可靠性/可用性通常需达到 99.99%及以上。不同业务场景在具体要求上存在差异，例如，生产控制、运动控制存在极致可靠性需求，网络故障零损切换；部分逻辑类控制，生成辅助类业务，存在网络故障快速恢复的高可用性需求，比如在指定时间内完成网络切换，恢复业务。因此，面向不同的应用场景，工业 UPF 应具备不同的网络冗余能力，如图 14 所示。图 14 工业 UPF 网络冗余能力（1）零损双机冗余 为满足业务高可靠需求，如工业 UPF 故障后业务无感零丢包的问题，工业 UPF 应采用双机结对冗余部署，两个UPF同时工作并发转发数据，对外去重后输出一路。这样即使任意一个工业 UPF 故障也不影响业务报文转发，端侧无感知。（2）有损双机热备 为满足业务高可用需求，如业务允许网络故障时部分丢包的问题，工业UPF应具备宕机后网络秒级或百毫秒级恢复的能力。工业 UPF 主备部署，UE 入网主备 UPF 共同服务 UE 会话。即使主 UPF 故障，备 UPF 可快速切换按业务要求的故障恢复时间恢复通信能力，端侧不感知网络切换。工业 UPF 需支持 1 1 多节点热备容灾，主 UPF 故障时备UPF 可立刻接管对应的业务处理，保证在线 PDU 会话的业务不受影响，并且新用户接入正常，如图 15 所示。工业 UPF 热备方案可提供秒级容灾恢复体验，对大多数业务几乎无影响，其主备倒换时间与网络路由重发布的收敛时间有关，适用于具有高可靠需求的工业网络。-28-图 15 工业 UPF 1 1 热备 无损升级能力 在未部署UPF热备容灾的情况下，传统的版本升级方式需要设备重启后才能正常工作，会导致所有在线会话掉线，UPF 的数据转发服务中断，与面向工业网络的无中断运行要求不相符，严重影响工业进程。工业 UPF 应提供无损在线升级能力，支持无损的在线升级方式，在版本升级过程中，实现在线会话的数据转发服务不中断，保障工业网络的可靠性。4.3.2 面向工业制造的安全防护 安全是 5G 工业网络承载相关生产应用的关键保障，安全问题事关生产，甚至事关生命。5G 工业网络需着重解决的问题之一就是提供确定性的安全能力。工业 UPF 在工业制造专网中承担工业生产数据、敏感信息等汇聚、转发的功能，同时也是工业制造专网与运营商 5G 网络的接口，其安全性相对消费型互联网而言更为重要。此外，工业UPF 多下沉到运营商网络边缘甚至工业园区机房、车间，其安全风险相对于运营商的5GC网络更大。因此，工业UPF应满足信息安全技术网络安全等级保护基本要求，在访问控制安全、敏感数据防护、安全态势感知等方面支持更高的要求。-29-访问控制安全 访问控制安全是安全防护措施中的重要环节。工厂环境中，会有大量存量工控设备通过 CPE/工业网关等网络终端访问 5G 网络，对于这类网络终端本身和工控设备的访问认证需要额外的安全措施，防止恶意设备、仿冒设备接入 5G 网络和工业网络中。同时，APP 越权访问、APP 对 MEC 接口的 DDoS 攻击、APP 对 UPF 的恶意攻击、APP 与 APP之间的恶意攻击等一系列 APP 操作的安全问题也应得到管控。因此，工业UPF应在访问控制安全方面具备较高的能力。工业UPF对于其管理面、控制面的访问，应采取基于白名单或证书的双向认证鉴权机制，避免非授权设备与其通信。工业UPF应基于IP、协议、端口进行访问控制，避免被非授权设备访问。对于来自N4、N6 等外部接口的流量，工业 UPF 应采取如 IP 白名单等措施实行流量过滤和访问限制，确保流量来自合法授信的设备。此外，工业环境中网络业务的访问控制安全也同样重要。MEC 部署安全增强能力部件，这些部件通过 MEC 节点进行调度来确保 MEC 应用的安全。MEC 安全增强除数据保护和接口管理外，重点在于对于部署其上的各类 APP进行完善的访问控制。工业 UPF可以将 MEC 应用运行环境隔离，从而保障 MEC 应用的安全可靠。敏感数据防护 工业UPF作为传输生产数据及用户信息的设备，应具备敏感数据防护的能力。工业UPF 应支持加密存储账号口令等敏感信息，避免信息泄露引发非法访问。工业 UPF 只在PDU 会话阶段需要保留 SUPI 等敏感信息，会话结束后应立即清除此类信息，确保用户隐私信息安全。在高安全性要求场景下，对于 N4、N3 等接口使用 NDS/IPSec 机制进行机密性、完整性保护和防重放保护，防止通信信息被窥探或被篡改。此外，工业UPF应具备防范畸形报文攻击及抗 DDOS 等防火墙能力，能够防御来自终端和园区 DN 的流量攻击，确保 UPF 的可用性，为工业生产流程提供可靠性保障。-30-安全态势感知 工业UPF还应具备安全态势感知的能力，其关键在于业务安全态势可视化。构筑统一的安全运营中心，实现全网安全态势感知和可视化漏洞感知，并且实时进行预警推送。其中，全网安全态势感知包括无线安全态势、5GC 安全态势、MEC 安全态势、承载网安全态势、信令/业务面安全态势等；可视化漏洞感知包括现网资源漏洞自动匹配、现网漏洞可视化，补丁信息通知、漏洞预警实时推送和现网漏洞分级感知。4.3.3 面向客户服务的便捷运维 工业UPF应支持面向运营商、集成商、企业的集中专业运维以及面向集成商、企业的园区自运维两种运维机制，提供集中运维、本地运维及企业自运维门户等。集中运维和本地运维可提供北向对接运营商标准运维体系，自运维门户可以提供给企业园区本地运维使用。用户根据不同的应用场景和不同的运维对象，选择采用专业集中运维、本地运维或自运维模式。工业UPF的便捷运维系统面向企业运维全生命周期过程，包括：三免自服务方案，帮助企业自主免运维；专业运维和自主运维，实现对网络侧、业务侧、用户侧的告警监测、指标监控、故障智能定位、网络优化、版本升级运维能力，其方案示意图如图 16 所示。图 16 便捷运维能力示意图 -31-三免自服务 现阶段的工业UPF存在着规划复杂，现场开通难度大、环境差、效率低，运维环境差、要求高等问题，工业 UPF 为降低 5G 专网的行业导入门槛，应支持三免自服务能力，包括客户免规划、现场免调测、运维免现场，从而实现极简的网络端到端部署运维。（1）客户免规划 设备出厂前，支持自动完成标准化工业UPF运行环境、软件的安装，标准化预配置通用数据；（2）现场免调测 设备现场安装后，支持通过自动化工具对少量参数进行一键改配，小时级开通；自动化测试工具封装工业 UPF 测试用例、测试工具，运维人员依据不同场景选用测试用例，自动化实现工业 UPF 业务端到端测试；（3）运维免现场 工业UPF可以为行业客户提供端到端网络和业务可视化呈现，故障自动定界，从而实现无人值守的业务自运行和免运维。专业运维 在一些工业应用场景下，网元设备并未有功能齐套的专业运维产品，此时需要一套具备管理网元的基本能力的本地运维管理系统。无论是集中专业运维或本地运维，均需要本地运维管理系统轻量化、简易性强，能够满足网元设备的本地开通配置、指标监测、告警监测、故障排查等日常运维需求。工业UPF应具备专业运维的功能。其维护功能主要面向运营商、集成商或企业专网网络维护者，需要基本的网元维护功能并支持通过智能化手段提供便捷的服务。工业UPF 的管理除了运营商外，企业也需要参与其中，通过双方协作以更好地完成网络运维。运营商侧重部署、深度维护等技术要求较高的操作；企业侧重管理自身的应用及终端，-32-以及主要的网络状况监控。除专业运维能力外，还应提供自维护服务门户，其作为企业运维系统，可以支撑企业高效运维，管理好企业终端以及企业 APP，并对网络进行协助运维。同时，在试运行阶段可提供能够关闭的远程运维模式便于调试。自运维门户可以提供覆盖终端设备、网络管道、企业应用多个层面的运维，并提供全面的网络监控和智能定位分析，帮助用户精确掌握网络业务质量，快速排除网络故障，从而保障业务稳定运行。4.3.4 面向双碳战略的节能降碳 随着国家高度重视各产业的绿色低碳发展，实现“碳达峰碳中和”目标已成为全行业共识。作为双碳时代的新型基础设施，5G 网络承担着千行百业数智化转型的核心重任，而随着业务场景的不断丰富和网络转发速率的不断提升，UPF 也面临着绿色转型的巨大挑战和机遇。工业UPF作为核心的数据转发设备，需要不断采用创新技术节能降耗，通过软硬件加速、CPU绑核、AI智能优化等技术实现高性能，降低每比特功耗；内置智能计算引擎，通过 AI 算法提前预测网元未来负载走向，按需进行调频和 CPU 核休眠，不影响业务，实现智能调度，从而提升资源利用率。单位比特能耗优化 UPF 主要功能是实现高速的报文转发，受限于系统架构的差异，通用的 CPU 处理时效率不高，存在一定的资源浪费。因此，除裸机容器、CPU 绑核、DPDK（数据平面开发套件）技术实现加速外，工业UPF还应具备通过集成智能网卡来降低每比特功耗的能力。工业UPF可在软件层面进行业务首包学习、生成转发流表，然后将流表下发到智能网卡中，同一条流的后续数据报文由智能网卡接收后无需经过 CPU 处理，直接执行解包、处理和转发，极大地减少对 CPU 资源的占用，大幅提升性能并减少时延。通过此硬件加速方案，在大幅降低转发时延的同时，吞吐量可以提高 3 至 4 倍，降低 50%以上的功耗，有效降低每比特转发成本，更好地满足工业 UPF 对 PLC 等低时延业务和工业视觉等大流量业务混合并发的应用场景。-33-内生智能资源调度优化 工业 UPF 应内置智能引擎，通过实时业务负荷感知、历史数据学习和智能预测推理，找寻业务所需的计算资源和服务器提供的计算资源之间的最佳匹配，对富余资源执行降频或者休眠来实现节能。工业UPF可通过智能预测未来要用到的计算资源，按业务所需精确配置资源，执行按需上电或休眠 CPU 核，在保障业务平滑无影响的前提下，实现最大限度地降低无效资源占用，避免空载运行造成不必要能源浪费，如图 17 所示。图17 工业 UPF 智能节能模式 工业UPF集成内生智能调度的模式，不仅有效降低每比特率转发功耗，还无需引入外置分析设备，在条件受限的工业园区网络中在开通部署方面具有较大的便捷性，简化了网管运维工作，更进一步优化节能效果。综合考虑建设难度和现有技术能力，本白皮书形成四种部署方式的工业UPF技术框架，如表 2 所示。表 2 四种部署方式工业 UPF 能力表 工厂级 UPF 车间级 UPF 产线级 UPF 融合式 UPF 原生流量便捷组网 业务流量闭环管理 高精度时间同步-动态 QoS 适配优化 -34-工厂级 UPF 车间级 UPF 产线级 UPF 融合式 UPF 轻量化极致确定性-双发选收高可靠-本地化定位能力 -本地化能力开放 -多规格硬件形态 标准服务器板卡，如 7U 标准服务器板卡，如 2U 小型服务器板卡或紧凑型服务器板卡，如 1U 标准服务器板卡，如7U 多样性算力底座 通用 GPU 通用 加速硬件 通用 加速硬件 通用 GPU 加速硬件 多时效虚层服务 非实时 实时 非实时 实时 非实时 实时 非实时 生产运行应用联合部署-工业辅助应用智能集成 -惯性运行 热备容灾 -无损升级 访问控制安全 敏感数据防护 安全态势感知 三免自服务 专业运维 单位比特能耗优化 内生智能资源调度优化 -35-36-本白皮书在5G 确定性工业生产网白皮书的基础上，进一步探索研究了面向工业互联网场景的工业 UPF 部署要求和设计理念，提出工业 UPF 的十大技术要点，形成23 项关键技术能力。2022 年 12 月，中国移动联合青岛海尔、华为、展锐、移远、宏电等 8 家单位，在青岛海尔中德滚筒洗衣机工厂中，聚焦拖链易损导致产线频繁停机检修的痛点问题，创新设计拖链系统 5G 化的确定性解决方案，实现了拖链系统剪辫子，提升了生产效率，节约了产线运维成本，打造了 5G 融入生产赋能全连接工厂的标杆案例。本白皮书期望继续发挥工业 UPF 在 5G 网络中枢纽节点的作用，驱动 5G 网络与工业应用的深度融合和工业场景持续创新，加速 5G 在工业领域的应用从生产外围辅助环节深入到生产核心控制环节，包括车间级生产网络和产线级工业控制网络，给行业带来更丰富的数字化转型动能。当前业界对于 5G 与工业核心领域的融合实现尚未形成明确共识，统一工业 UPF 的技术内涵将有利于推动行业融合的技术演进和场景探索。在 5G 深入行业赋能过程中，需要产业界合作伙伴通力协作，明确工业UPF能力持续增强和演进的路径，携手促进中国新型工业化进程：一是强基融智，注重产业的新业态发展。CT、IT、OT 技术日新月盛，自动化、信息化、智能化等技术的发展在持续演进，工业 UPF 将保持开放的态度，在保持稳定的基础上持续吸纳新型标准、技术方案。二是凝核聚算，注重产业的高效能发展。充分发挥以工业 UPF 为核心的工业应用基础设施能力潜力，助力 CT、IT、OT 技术和应用的深度融合，促进自动化生产、在线运维等方面数字化转型，提升工业服务的供给水平。三是常试常新，注重产业的体系化发展。开展工业 UPF 在工厂、车间、产线的多层级应用，以实践推动工业 UPF 的技术规范约束，推动工业互联网标准化演进，从实际业务需求中挖掘工业 UPF 以及周边 CT、IT、OT 系统的迭代路线。-37-工业UPF的发展不是一蹴而就，中国移动希望与合作伙伴通力协作，从技术路线、生态构建、应用场景等多个方面相互促进、迭代出新，共享实践经验成果，共同推动工业 UPF 设备产品的快速成熟，为 5G 工业互联网的繁荣贡献力量与智慧。-38-缩略语列表 缩略语 英文全名 中文解释 3GPP 3rd Generation Partnership Project 第 3 代合作伙伴计划 5G 5th Generation Mobile Communication Technology 第 5 代移动通信技术 5GC 5G Core 5G 核心网 AC Alternating Current 交流电 AGV Automated Guided Vehicle 自动引导车辆 AI Artificial Intelligence 人工智能 AMR Autonomous Mobile Robot 自主移动机器人 AR Augmented Reality 增强现实 BBU Baseband Unit 基带单元 CCLink IE Control&Communication Link Industrial Ethernet 控制与通信链接工业以太网 CO Central Office 中央办公室 CPE Customer Premises Equipment 客户端设备 CPU Central Processing Unit 中央处理器 CT Communication Technology 通信技术 DC Direct Current 直流电 DCin Direct Current Input 直流输入 DDoS Distributed Denial of Service 分布式拒绝服务攻击 DN Data Network 数据网络 DPDK Data Plane Development Kit 数据平面开发套件 EER Energy Efficiency Ratio 能效比 eMBB enhanced Mobile Broadband 增强型移动宽带 EMC Electromagnetic Compatibility 电磁兼容性 ERP Enterprise Resource Planning 企业资源规划 FPGA Field Programmable Gate Array 现场可编程逻辑门阵列 GMLC Gateway Mobile Location Center 网关移动定位中心 gPTP generalized Precision Time Protocol 广义精确时间协议 GPU Graphics processing unit 图形处理器 HDD Hard-Disk Drive 硬盘驱动器 I/O Input/Output 输入/输出 IEC International Electrotechnical Commission 国际电工委员会 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers 电气与电子工程师协会 IoT Internet of Things 物联网 -39-缩略语 英文全名 中文解释 IP Internet Protocol 互联网协议 IRT Isochronous Real-Time Communication 等时同步通信 IT Information Technology 信息技术 LMF Location Measurement Function 位置测量功能 MEC Mobile Edge Computing 移动边缘计算 MES Manufacturing Execution System 制造执行系统 NDS Network Data Security 网络数据安全 NEF Network Exposure Function 网络开放功能 NVME Non-Volatile Memory Express 非易失性快速存储器 OICT OT IT and CT 运营技术、信息技术和通信技术 OPC UA OLE for Process Control Unified Architecture OLE 进程控制统一架构 OT Operational Technology 运营技术 PDU Protocol Data Unit 协议数据单元 PLC Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器 QoS Quality of Service 服务质量 RAN Radial Access Network 无线接入网 RT Real-Time Communication 实时通信 RTOS Real Time Operating System 实时操作系统 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 数据采集与监视控制系统 SLA Service Level Agreement 服务等级协议 SSD Solid State Disk 固态硬盘 SUPI SUbscription Permanent Identifier 用户永久标识符 TCP Transmission Control Protocol 传输控制协议 TSC Time Sensitive Communication 时间敏感通信 TSN Time Sensitive Network 时间敏感网络 UE User Equipment 用户终端 UPF User Plane Function 用户平面功能 UPS Uninterruptible Power Supply 不间断电源 uRLLC ultra-Reliable Low Latency Communications 超可靠低延迟通信 VN Virtual Network 虚拟网络 vPLC virtual Programmable Logic Controller 虚拟可编程逻辑控制器 WMS WMS Warehouse Management System 仓储管理系统 -40-本白皮书编制过程中，得到了国内外众多企业的大力支持，为白皮书的观点形成和编写提供了有力的支撑，后续本白皮书将根据技术演进和业务实践适时修订。牵头编写单位：中国移动通信研究院 参与编写单位：（排名不分先后）爱立信（中国）通信有限公司 北京触点互动信息技术有限公司 北京东土科技股份有限公司 博鼎实华（北京）技术有限公司 飞腾信息技术有限公司 高通无线通信技术（中国）有限公司 广州明珞装备股份有限公司 杭州必博半导体有限公司 华为技术有限公司 浪潮通信技术有限公司 利尔达科技集团股份有限公司 鹏城实验室 普天信息工程设计服务有限公司 三菱电机自动化（中国）有限公司 上海诺基亚贝尔股份有限公司 上海移远通信技术股份有限公司 深圳艾灵网络有限公司 天元瑞信通信技术股份有限公司 香港应用科技研究院（ASTRI）新华三技术有限公司 中电科普天科技股份有限公司 中信科移动通信技术股份有限公司 中兴通讯股份有限公司 紫光展锐（上海）科技有限公司 -41-1 工业和信息化部：“5G 工业互联网”系列科普问答 2 中国工业互联网研究院：全球工业互联网创新发展报告 3 工业和信息化部：5G 全连接工厂建设指南 4 工业互联网产业联盟（AII）：5G 全连接工厂建设白皮书 5 中国移动：中国移动 5G 确定性工业生产网白皮书 6 3GPP TS 23.501:System architecture for the 5G System 7 3GPP TS 29.564:5G System;User Plane Function Services;Stage 3

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1西门子工业 5G 全连接工厂白皮书2工业界正处于一场数字化转型的变革之中，方兴未艾的工业 5G 与云技术、边缘计算和人工智能等先进制造技术的融合共振，将为智能制造和工业生态的发展创造无限空间，为全球工业的数字化时代开启新篇章。随着 5G 技术的规模化商用，5G 网络从政策驱动向应用驱动转变，应用场景的挖掘成为了重中之重。作为引领数字化的先锋，西门子积极拥抱新技术，依托深厚的行业积淀，为 5G 全连接工厂提供了强有力的解决方案和关键技术支撑。在未来的 5G 全连接工厂，“云控制”的自动引导车（AGV）携带着组件在生产线之间自如穿梭，通过云端统一协调和优化行驶路径，将物料准确传递到移动机器人手中，实现自组织生产。通过物联网操作系统以及布署在云平台的APP，企业可以依托大数据分析和人工智能对设备进行预测性维护和能源管理，有效提高设备利用率以及降低能耗，实现碳足迹可追溯。现场工作人员只需一台平板电脑就可以实时监测和控制现场生产状态，通过增强现实眼镜来接收维修或者控制设备的指令信息，并结合虚拟仿真实现虚拟世界与物理世界的互动。随着工业 5G 对于数字化工厂全面升级的有力驱动，针对 5G 全连接工厂应用场景的思考和实施布署将会不断扩展，更重要的是，工业 5G 还将为人工智能、边缘计算、大数据等关键技术的相互促进与规模应用提供更多可能，从而进一步赋能工业制造。这也是我们发布西门子工业 5G 全连接工厂白皮书的初衷，随着工业 5G 的破土和怒放，我们将与中国合作伙伴们携手共赢，共同挖掘 5G 全连接工厂的巨大潜力，携手描绘激动人心的未来工业新图景。西门子（中国）有限公司执行副总裁兼西门子大中华区数字化工业集团总经理序言3目录12453宏观政策-04技术概览-08结束语-38附录-39应用场景-18一 政策背景二 市场驱动三 地区政策四 行业建议一 工业 5G 概览二 西门子工业 5G 技术优势一 5G 现场总线全连接二 5G 远程控制三 5G 数据采集四 5G 智能物流五 5G 能源管理六 5G 生产模拟七 5G 边缘计算白皮书编写组成员（按首字母排序）：陈旻、陈昕光、邓俊民、邓可、郭伟俭、Heiko Katheder、黄如鑫、陆晨、李卉琳、吕珊、刘媛、NicholasHansen、冉起、宋璐瑶、苏星、王蕾磊、王江涛、王加雷、夏靖怡、许斌、延伸、朱海卿、朱金龙、张璐璐、张兆中4第一章宏观政策一、政策背景1、关键政策引导 5G 在工业场景落地，5G 与工业互联网融合发展5G 作为信息基础设施的代表领域和最新一代通讯技术，在“十三五”期间取得了飞速发展。其中，“5G 工业互联网”是 5G 的关键应用场景，是我国新型工业化进程的重要支撑。早在 2015 年，政府陆续出台政策，为 5G 在工业场景的落地进行前期铺垫。“十四五”期间，在工业和信息化部牵头组织的活动和印发的政策引导下，5G 在工业领域的应用得到了更加明确的方向和高度，全连接工厂的概念应运而生。2019 年，工业和信息化部印发“5G 工业互联网 512 工程推进方案，明确工业互联网是未来 5G 技术落地的重要应用场景之一，通过在 10 大重点行业培育 20 个典型应用场景，加速 5G 与工业互联网融合发展。2021 年 5 月，工业和信息化部发布“5G 工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践；同年 11 月发布第二批“5G 工业互联网”十个典型应用场景和五个重点行业实践，明确了“5G 工业互联网”10 大重点行业和20 个典型应用场景。2021 年 7 月，工业和信息化部等十部门联合出台5G 应用“扬帆”行动计划（2021-2023 年），提出深化 5G 行业融合应用，通过打造 5G 全连接工厂标杆，推动“5G 工业互联网”服务于生产核心环节。2022 年，工业和信息化部组织编制5G 全连接工厂建设指南，加快“5G 工业互联网”向工业生产各领域各环节深度拓展。在政策支持下，经过几年的孵化，全国各行各业积极探索场景应用，同时越来越多的玩家不断涌入，“5G 工业互联网”的创新融合取得跨越式发展，行业生态圈不断建立完善。横向看 5G 在工业生产中的应用范围逐渐拓宽；纵向看应用方案日趋成熟，逐步渗透生产制造的重点领域与核心环节。5G 将作为工业生产通讯一种泛在的网络连接方式，不仅解决通讯本身的问题，同时会整合工厂各个层面的运营管理，让生产进一步释放巨大的效率。二、市场驱动1、行业生态逐步建立，推动行业融合创新发展生态合作是 5G 发展的广泛共识。随着 5G 商用进程加速，越来越多产业链玩家入局，行业生态随之建立并不断完善。2022 年，西门子参加了由工业和信息化部主办的全国性权威 5G 赛事 “绽放杯”5G 应用征集大赛，并取得非常优异的成绩。该赛事已经举办第五届，推动 5G 应用从“一枝独秀”到“百花争艳”，根据数据显示，2018 年以来电信运营商的参与度较为活跃，2022 年参赛项目占比过半。但可看到，行业性解决方案供应商等其他玩家愈发活跃，并将在未来扮演不可或缺的重要角色，为 5G 行业生态注入更新鲜的血液与活力，推动 5G 与行业融合的创新发展。52、应用行业范围不断拓宽，规模化发展赋能实体经济在政策支持与“绽放杯”获奖项目的示范作用下，5G 应用不断复制，应用行业日渐增多，促使各行各业不断挖掘新的应用机会和场景。2022年第五届“绽放杯”大赛所有参赛项目数量达到28560 个，相较2021 年增长一倍多，行业应用丰富多彩，其中工业互联网的参赛项目数量占比 13.56%，是当前热门领域之一，为未来“5G 工业互联网”更多场景的挖掘和行业合力的形成起到了良好的带头和助推作用。3、行业应用方案日趋成熟，渗透重点领域核心环节根据“绽放杯”的参赛项目数据显示，2022 年已实现“商业落地”和“解决方案可复制”的项目数量比例超过 56%，5G的应用落地成效显著，5G 在工业领域应用进入加速期。随着解决方案的成熟，5G 在工业领域的应用也逐渐从“外围边缘”渗透到“核心环节”，呈现纵深式发展。目前已形成5G 远程控制、5G AGV、5G 数据采集、5G 能源管理等场景的解决方案。4、支撑体系助力 5G 行业应用健康规范发展为营造健康有序的市场环境，规范 5G 行业应用的繁荣发展，各类标准化组织相继制定 5G 应用标准，诸多行业协会不断建立推动 5G 行业应用，创新技术中心纷纷成立，作为赋能平台提供创新服务。一系列支撑体系的建立健全为 5G 行业应用的规范化发展和更多创新解决方案的孵化提供了有利的基础和保障。第五届“绽放杯”大赛参赛项目主体类型分布数据来源：中国信通院、本届绽放杯所有参赛项目第五届“绽放杯”大赛各赛道获奖项目来源分布（Top 10）数据来源：中国信通院，本届绽放杯各赛道一、二、三等奖项目6三、地区政策1、重点省份根据 2022 年第五届“绽放杯”大赛中 1900 多个项目来源地来看，广东、北京、山东、浙江、河南、江苏及四川获奖项目占据所有项目 60%。这些地区依托地区优势，加之各地政策的支持，地方企业呈现高度创新热情。此外，西部地区也逐渐崭露头角，涌现了一批 5G 应用项目，全国呈现出争先恐后之势。2、重点政策为响应国家号召，深化探索“5G 工业互联网”的应用场景，各省相继出台政策，积极响应，推进应用示范园区建设。以重点省份为例：2020年，广东省工业和信息化厅牵头制定了 广东省“5G 工业互联网”应用示范园区试点方案（2020-2022年），加快“5G 工业互联网”示范园区建设。2021 年，北京市经济和信息化局、北京市财政局印发北京市高精尖产业发展资金管理办法，鼓励智能制造、产业技术创新、数字经济、新型基础设施建设、先进技术转化应用、特色园区、生产性服务业等领域发展。2022 年，山东省人民政府印发山东省制造业数字化转型行动方案（2022-2025 年），提出开展网络设施优化行动，打造 5G 全连接工厂。山东省工业和信息化厅印发该方案的配套文件分行业制造业数字化转型目标和实施路径、山东省制造业数字化转型重点项目（第一批）及山东省制造业数字化转型重点支撑平台（第一批），明确分行业制造业数字化转型目标和实施路径。国家与地方政策的推动和利好，大大增强企业的积极性，越来越多的 5G 应用在工厂、车间、产线进行布署和实施，企业从最开始的政策导向逐步转化为自主导向，通过创新和实践的结合，充分发挥出 5G 在工业领域的优势，为数字化转型配备了强大的引擎！四、行业建议1、20 个典型行业应用场景，10 个重点行业实践2021 年，工业和信息化部先后分两批发布“5G 工业互联网”的典型场景和重点行业应用实践，逐渐形成较为明确的落地方案和推广路径。7协同研发设计机器视觉质检生产单元模拟电子设备制造业设备预测维护石化化工行业现场辅助装配生产现场监测生产过程溯源电力行业企业协同合作家电行业设备远程操控设备故障诊断精准动态作业装备制造业厂区智能理货建材行业设备协同作业厂区智能物流生产能效管控钢铁行业全域物流监测港口行业柔性生产制造无人智能巡检工艺合规检验采矿行业虚拟现场服务纺织行业10 个重点行业实践20 个典型行业应用场景8一、工业 5G 概览1、工业 5G 和商用 5G 的不同5G（第五代移动通信技术）是当前最新一代的蜂窝移动通信技术，相比于前几代移动通信技术，5G 在速率、时延、可靠性及连接数等关键能力指标上都有较大地提升，这使得 5G 面向工业等行业推广应用成为可能，但工业 5G 和商业 5G 有着明显的区别。对于商用场景，更关注的是增强型移动带宽和大规模机器类型通信，也就是高的下载速率和广连接。而对于工业场景来说，更关注于超可靠的低延迟通信，工业网络中最重要的因素是延迟和可能的抖动，只有提高了实时性的5G才能满足工业应用。另外，对于构建5G网络的硬件设备，工业5G和商业5G也是不一样的。对于工业应用场景来说，硬件的工况往往十分复杂、环境恶劣，要求用于工业 5G 的产品必须具备抗强电磁干扰、能够适应高温和低温环境、抗粉尘、抗震动等工业产品的特性，而商业 5G 的硬件设备相对来说工况环境较好，不需要进行特别的工业环境设计。因此，工业 5G 与 OT 融合过程中对 5G 技术也有特殊的需求：1）部署的 5G 网络的可靠性是工业环境中应用的核心要求。典型的工厂自动化系统需要连续运行，不仅要实现高效率和生产力，还要保证高可用性、安全和不间断的生产。2）工业5G 网络安全需要融入 OT 网络纵深防御中。3）低抖动是低时延需求的另一关键参数。4）故障诊断接口是工业 5G 运维的必需。2、工业 5G 的定义工业 5G 是满足工业应用需求的 5G 通信，工业 5G 不仅仅是 5G 应用于工厂，它是满足工业严苛应用要求，基于 3GPP 制定的 5G 标准的无线通信技术。不同于商业 5G 应用，工业 5G 在专为工业环境设计的硬件上运行，并且可在本地专用网络中运行并支持工业协议（OPC UA、PROFINET、安全等），并且具有保障工业安全的运维体系。第二章技术概览商用 5G 和工业 5G 场景区别93、工业 5G 的架构工业 5G 组网架构工业 5G 组网根据工厂实际连接需求，接入设备类型，实际应用有所区别，图 1-3 展示了工业 5G 典型逻辑组网架构。具体来看，工业 5G 典型逻辑组网架构由以下几部分组成：工厂接入设备：需通过 5G 无线连接的工厂设备，根据不同的应用场景需求，包括各类工业传感器、伺服器、控制器PLC、分布式 IO、HMI 设备、工业摄像头等。5G 终端：用于将各种类型工业设备接入至 5G 网络，并支持 3GPP 定义的终端功能，与 5G 网络进行通信。5G 终端根据需求场景不同存在多种部署形态，包括5G工业路由器、5G CPE等。也可能根据需求，集成部分工业应用，比如数据采集等。西门子也已经发布了工业5G终端产品SCALANCE MUM856-1，已经应用于多个工业场景。随着R16的芯片模组日趋完善，西门子还即将发布多款工业 5G 新设备，用于满足国内不同场景的不同需求，助力客户 5G 全连接工厂建设。5G 无线接入网：通过主要负责与 5G 终端的无线连接，物理层信号处理，无线资源管理等。5G 核心网：负责 5G 核心控制以及用户数据路由，主要由控制面（CP）与用户数据面(UP)组成，控制面(CP)基于服务化架构。负责 5G 用户开通、鉴权、计费、移动性管理、会话管理、QoS 策略管理、切片等功能，用户数据面(UP)主要指 UPF 网元，负责用户数据路由、流量上报、QoS 策略执行等功能。工厂内网：包括工厂内OT环网及IT网络，以及连接到内网的各种工厂设备及IT/OT应用。5G作为统一无线接入传输介质，将需要 5G 无线接入的工业设备，通过二层或三层连接，接入到工厂内网。工业 5G 的定义图工业 5G 组网架构图10二、西门子工业 5G 技术优势1、实时工业以太网标准 PROFINET 与 5G 通信的融合PROFINET 是自动化领域领先的工业以太网标准，支持创建端到端并可配置的网络接口，实现所有层级的自动化生产，并最大化利用资源。PROFINET 在开放性、灵活性、高效率和高性能等诸多方面已然成为工业网络标杆。工业自动化与驱动产品组合广泛得采用 PROFINET 开放式工业以太网标准，设备和系统通过 PROFINET 进行通信。PROFINET 的通讯架构如图所示。为了应对 IT 和工厂自动化的不同需求，具体来说是对实时性的要求不同，PROFINET 使用了三种通信服务：标准 TCP/IP：这是用于非确定性的功能，如参数设置，视频/音频传输和数据传输到更高层次的 IT 系统。实时（PROFINET RT）：此时为了实现自动化应用 1-10毫秒的确定性需求，绕过了 TCP/IP 层。这是一个基于软件的解决方案，适用于典型 I/O 应用，包括运动控制和性能要求较高应用。同步实时（PROFINET IRT）：此时信号处理具有优先级和有调度的发送，如运动控制，需要同步精度高的应用。此服务需要 ASIC 的硬件支持。如何让越来越多的支持 PROFINET 的工业现场设备可以通过工业 5G 互联互通，从而实现工业现场设备的远程控制？一直以来，西门子积极投身于工业 5G 这一全新通信标准的研究，专注于研发工业 5G 产品组合和相关解决方案。西门子是工业通讯领域的领军企业之一，也是推动OT和CT进行融合的国际5G-ACIA组织的重要创始成员。2023年的汉诺威展会上，西门子演示了通过 5G 网络实现 PROFINET 通信对 AGV 进行控制。西门子也正式面向中国市场推出了工业 5G 方案，为广大工业企业提供更安全、高速、灵活的工业 5G 端到端通信。通过西门子工业 5G 支持工业协议的传输，控制 PLC 可以和工业现场 I/O 模块实现 PROFINET RT 通信，从而让越来越多的工业现场的实时应用可以通过工业 5G 互联互通。PROFINET 通讯架构112、西门子工业边缘和 5G MEC 的融合2.1 西门子工业边缘的产品架构西门子工业边缘平台分别由工业边缘中心（Industrial Edge Hub，简称 IEH）、工业边缘管理平台（Industrial Edge Management，简称 IEM）、工业边缘设备(Industrial Edge Device，简称 IED)组成，分别执行不同的功能。三个不同的功能层级共同构成了西门子工业边缘的整体系统架构。贯穿其中的是边缘应用 APP，可以在顶层的边缘中心找到合适的应用进行下载，下载到工厂本地的边缘管理平台中，再通过边缘管理平台一次性下发到工厂内上百台的边缘设备中，简单又高效。2.2 西门子工业边缘生态体系除了提供整套软硬件产品的架构，西门子还致力于建立工业边缘生态，为用户和合作伙伴创造更多价值。依托于开放的技术平台，目前，已有多家工业企业和设备制造商作为用户加入生态，率先感受到了技术的变革。他们借助工业边缘的技术提高了产品生产的质量和效率，也提高了市场竞争力。与此同时，来自 OT 和 IT 领域的多家应用程序开发伙伴、解决方案伙伴和工程服务伙伴，也加入了工业边缘的生态，他们将技术应用，如人工智能、机器视觉、预测性维护等超强技术融入到边缘计算中，为企业解决了生产中难以用传统自动化技术解决的痛点，带来了巨大价值。而西门子，作为生态的创建者，为大家提供了全套体系的软硬件产品、应用商店、技术支持、社群等，也将在未来自动化的技术变革浪潮中，和大家并肩同行，智创未来！2.3 西门子工业边缘和 MEC 的融合2.3.1 MEC 边缘云MEC 的全称为 Multi-Access Edge Computing（多接入边缘计算），把网络架构、允许运算、网络和移动服务提供商将一些计算和基于云的流程转移到网络环境的边缘来实现更好的性能、延迟和安全性。5G 技术在商业领域的全面推进，也逐步在制造业进行应用。MEC 边缘云也伴随着 5G 业务的数字化转型在制造业中推进。12从 MEC 技术的发展路线来说，MEC 边缘云会作为 CT 和 IT 技术融合的产物，工业边缘计算会作为补充 IT 和 OT 的融合部分和 MEC 边缘云来实现从集团、工厂、现场侧实现云、网、边、端的结合。MEC 边缘适用场景主要为应对 5G 大带宽、低时延、本地化垂直行业应用，MEC 边缘云主要可以节省数据在通讯过程中数据回传部分的带宽，降低在 5G 通讯过程中网的传输压力。基于 5G 核心网 C/U 分离式架构，用户面功能 UPF 同样会下沉到网络边缘部署从而降低数据传输的时延，达到数据传输过程中在本地的流量分流。2.3.2 西门子工业边缘计算和 MEC 边缘云的融合架构在上述 MEC 边缘云的描述部分，提到了工业边缘计算会作为 OT 和 IT 融合的部分，和 IT、CT 交互的 MEC 部分为工业现场结合 5G 更好的提供数据解决方案。从西门子工业边缘的特点上来说，工业边缘计算可以很好的下沉到现场侧为现场工艺数据进行实时的分析和处理，再通过 MEC 边缘层实现工厂数据层的整合在更广度的层面将数据进行汇总处理实现整厂或集团层面的横向或纵向的数据进行分析后反馈至现场的工业边缘侧。从另一个角度上来说，MEC 边缘层负责大数据的处理以及数据模型的推演，工业边缘负责现场侧需要实时反馈或显示的工艺数据。从现场通讯的角度考虑，在 MEC 技术的运用下，5G 也在其中扮演着重要的角色，为了获得更低时延的数据通讯效率以及现场网络接线的方便性，利用 5G 技术将 UPF 下沉到现场侧可以更高效的帮助用户提升无线通讯方式下的传输效率。2.4 基于工业边缘的 Virtual PLC 技术5G 可以提供更低时延的通讯网络，工业边缘可以在现场侧提供实时性的数据处理和分析服务，基于边缘侧的 Virtual PLC在未来会开启 PLC 控制系统边缘化、智能化应用的新篇章，改变传统硬件和现场有线连接方式。在更开放化的边缘计算平台实现虚拟化PLC的功能并且在边缘设备上进行现场级实时的数据采集和分析，从而促进工业现场不同的工业设备、机器人、控制器等能协同工作，更好推动制造型企业的数智化转型。3.工业 5G 赋能能源管理系统工业能源管理已经逐步成为工业领域关注的焦点，随着“两会”政策的引领，节能、降碳也成为工业企业绿色发展的方向。能源管理在各个工业行业都有广泛需求，随着工业 5G 的发展，工业能源的合理利用和碳排放的控制有了更多的能源管理应用场景、也需要更完善的能源管理架构、更清晰的能源管理方式。13SIMATIC 能源管理解决方案整体符合 ISO50001 和 GB/T23331 能源管理标准，可集成底层测量仪表或手动导入的能源数据，实现从设备到车间再到企业级的标准三级能源计量。除本地的 C/S 和 B/S 部署方式外，也支持部署至云平台，进行远程能源数据监控，同时提供详尽的数据分析与服务，帮助企业决策详细的能源管理解决方案。3.1 SIMATIC 能源数据采集套件（SIMATIC Energy Suite）-集成、简单的能源数据采集在能源数据采集的过程中，SIMATIC 能源数据采集套件可以快速、轻松地获取、归档和可视化能源数据。SIMATIC 能源数据采集套件同时也提供了负载管理的功能，可以直接集成至控制器层级，直接控制已设置优先级的用电设备及供电设备的启动和停止，实现闭环管理，削峰填谷以达到降低电能峰值的目的。3.2 S7 设备能效监视系统（S7 EE-Monitor）-设备的能效评估S7 设备能效监视系统（S7 Energy Efficiency Monitor，简称 S7 EE-Monitor）用于在使用 SIMATIC 控制器的机器上记录和分析其在不同工作状态下的能耗情况，实现对单个设备的能源效率标准评估，可以轻松分析不同单体设备的能耗等级，及时发现跑冒滴漏的异常情况。3.3 SIMATIC 能源管理系统（SIMATIC Energy Manager）-工厂和企业级能源分析SIMATIC 能源管理系统是一个可扩展且具有 ISO 50001 和 GB/T23331 认证的能源数据管理系统。其内置的大量 KPI 能耗分析算法及报表模板可以详细地呈现生产过程中的能量流和消耗值，用户可以结合能源预测算法，根据性能指标和显示选项辅助设计适当的能效措施，节省用能成本；灵活的报告和分析功能确保能源管理系统保持高效运行；开放的 OPC UA 接口可接入其他应用及设备数据；并提供 B/S 和 C/S 端两种部署模式；内置 CO2 排放展示模块，可以使用清洁能源折算的形式计算并直观展示产线的碳排量，辅助决策整体的能源管理解决方案。4.工业 5G 赋能 SCADA 和 MES 系统当前工业数据增长以及越来越多的工业设备投入使用，使得 SCADA 软件和 MES 系统面临着现场层采集的海量数据与中央服务器之间的通讯速率和安全的问题，传统的本地现场控制已经转型为中央集控调度不同的自动化系统进行合理高效的生产与各个层级的协同配合管理以及将 IT 系统与 OT 系统进行更好的融合。技术的发展令整个工业制造业对系统架构的设计不能仅限于工厂车间和机器的本地远程控制。未来的趋势应该是 SCADA 系统与下层工厂控制级和上层的 MES 系统之间无缝衔接，提供更多的符合工艺和有益于生产的智能分析和性能诊断。14伴随着 5G 技术的应用可以使生产制造过程更加无线化、柔性化和智能化。各个行业可以根据 5G 独有的大带宽、低延时和高可靠性将 SCADA 系统与办公网络和工业控制系统结合，不再有传统繁琐的有线多层级交换机分层，企业可以利用 5G 技术更好的进行制造业的数字化转型，将 SCADA 系统建设成为工厂到云端的纽带，数据透明化和智能化可以将集控的管理人员和本地的操作人员相结合，制定出更有利于生产的规划。5G的出现使生产的智能化不局限于某一个工厂、某一城市或某一集团，它可以令生产从全行业的角度高屋建瓴的进行规划。西门子公司于 2020 年推出一款全新的、基于 Web 技术的、B/S 架构的、面向未来的组态软件 WinCC Unified，契合了 5G赋能未来 SCADA 系统的需求。它不同于传统的 SCADA 组态软件的 C/S 架构，任何支持 HTML5 浏览器的设备如 HMI 面板，PC 系统，边缘设备，手机等均可方便访问，真正的客户端零安装；它还支持动态 SVG 和 Java Script 脚本，当传统 SCADA软件的功能不满足客户需要时，可以通过高级语言由工程师开发自定义 Web 控件来满足个性化、定制化的需求，画面对象，开发控件可扩展于所有面板和 PC 系统；协作功能可以让 WinCC Unified 的不同项目甚至其他的西门子 SCADA 软件快速的进行画面、变量、报警信息的数据传输；集成的工厂智能选件可以实现工厂的日、周，月、年的生产、排班、检修计划，对设备的产量、质量、OEE 分析等 MES 功能；Openness 功能让 WinCC Unified 可以与第三方 IT 语言开发的系统如Phython，Java Script 进行海量数据交换，支持 GraphQL 语言与 Unity3D、Apache Kafka、Node-Red、HTML 和 Excel 进行变量和报警的读写订阅，满足客户工厂层级的数字化需求。5.工业 5G 赋能电动单轨吊具输送系统15西门子的电动单轨输送系统 SIMATIC Electrical Monorail Systems（EMS）在汽车制造行业的总装车间内广泛部署。它协同工艺 AGV&Skillet 滑板线工艺模块，实现了车身、底盘等重载零部件的运输和工艺装配，是柔性化产线和智能制造工厂的重要组成部分。针对 EMS 的应用场景，西门子根据生产工艺的需求，开发了用于实现制造环节输送及装配应用的 EMS 整体解决方案。相比于普通的工艺设备，EMS 系统的运行环境和通信要求显得更为苛刻，任何网络的波动均可能导致主控制器与载具端的通信失效，影响生产效率。因此，该系统对通讯方式的选择有着极高的要求。在 EMS 方案中，传统的通讯方式大部分采用滑触线通信或者波导通信，该方案虽然可以保证通讯的稳定性，但在复杂的车间中增加了布线难度，且对系统的灵活性形成一定桎梏。西门子的工业 5G 方案，通过在 EMS 载具端部署工业 5G 终端，实现了载具端小车和地面主控制器之间的 PROFINET 实时通信和 PROFIsafe 安全通信。终端的安装更为简单灵活，完全摈弃了传统有线数据传输媒介的束缚，无需敷设波导管或者通讯滑触轨道等，极大程度上节省了人工和硬件成本，降低了维护难度，简化了设备空间布局。5G 方案与 EMS 系统的完美结合使得工厂在实现智能化改造、数字化转型、远程实时工业控制等方面迈向了一个新的应用台阶。166、西门子工业 5G5G 为工业环境提供了网络布局可调整及布局的灵活性，以及以多种方式满足最终用户的基础设施。不同的需求导向引发了5G 在工业领域部署的不同模式讨论及实践。从广义上讲，客户可以通过以下四种部署模式构建面向工业的 5G 专用网络：模式一：基于运营商公共网络搭建的 5G 专网，通过端到端网络切片等技术为用户部署虚拟专网。一定程度上保障业务逻辑隔离，以及网络速率、时延、可靠性的优先级。适用于广域移动性业务场景，或者广域虚拟专网场景。模式一的 5G 控制面和用户面都在运营商公网的范畴，通过切片等技术实现资源预留以及SLA保障，这种模式比较适合于广域类业务，比如移动办公，远程监控等，但由于是全共享架构，安全以及性能指标应该说很难满足工业 5G 的特性需求。模式二：基于运营商公共网络，针对时延敏感等需求，将 5G 网络中核心网数据面 UPF 网元下沉至边缘或者本地园区，满足行业客户数据不出厂、超低时延等需求。实现数据传输、处理和结果反馈整个过程终结于本地，较适用于局域性工厂业务。模式三：基于运营商公共网络，针对安全及专用需求更高的行业客户需求，将更多的 5G 功能下沉至厂区。比如专用 5G 基站，或更多核心网设备等。较适用于对于无线性能要求较高的局域性工厂业务。模式二和模式三的 5G 用户面下沉到企业园区，5G控制面还在公网范畴，一定程度上保证了数据不出厂，缩短 5G 数据面时延，但这种模式存在的问题在于，很多工业确定性场景，特别是实时性业务，很大程度都依赖于 5G 控制面的调优，而控制面不在厂区的话，这些优化存在很大局限性，因此，一般来说，这种模式比较适合工业 IT，以及 OT 非实时类业务，比如数据采集等，对于工业实时通讯，还存在很大适配性的局限。模式一模式三模式二模式四公用5G核心网数据流网络控制信号流公共5G基站1公共5G基站2公共5G基站3住宅区B住宅区A商用区B工业区A工业区B商用区B公用公用公用5G基站5G控制面-CP5G用户面-UP公用5G核心网公共区域数据流公共区域网络控制信号流公共5G基站住宅区专用公用专用5G基站5G控制面-CP5G用户面-UP专用区域数据流专用区域网络控制信号流工厂专用核心网用户面工厂专用基站工厂专用基站生产单元A生产单元BIT区域OT区域专用5G核心网5G专用基站专用专用专用5G基站5G控制面-CP5G用户面-UP专用区域数据流专用区域网络控制信号流5G专用基站生产单元A生产单元A企业通讯生产单元B生产单元B5G专用基站生产单元C公用5G核心网公共区域数据流公共区域网络控制信号流公共5G基站住宅区公用公用专用5G基站5G控制面-CP5G用户面-UP专用区域数据流专用区域网络控制信号流工厂专用核心网用户面共享基站共享基站生产单元A生产单元BIT区域OT区域17模式四：专网架构，所有 5G 网元及配套传输，网管等均为工厂独立建设。模式四的 5G 控制面和用户面全部下沉到厂区，专网专用，基于这种模式，做到 5G 端到端可管可控，可以针对厂区内，各种不同工业场景的话务模型需求，实现定制化的优化适配，并且也可以从工业现场实际需求出发，设计合适的 5G 冗余可靠架构，保证工业级确定性严苛要求。另外从管理运维角度，这种模式也能更好的把 5G 融入到现有工业网络中来，更好的支持工业 5G 的网管及运维需求。西门子的工业 5G 方案能够灵活部署，和上述四种典型的工业 5G 专网模式都可以进行有效适配和融合。从而实现生产最大灵活性，助力客户快速调整，抓住市场机遇期，应对多变的市场机遇与挑战。西门子也在设计和研发基于模式四的 5G 独立专网，将提供工业 5G 全套设备，包括工业 5G 路由器，无线单元，传输及工业 5G 能力中心等基础设施，并且全部基于西门子工业专用硬件。18西门子工业 5G 应用全景图第三章应用场景1920工业 5G 可为工业中各种不同的用例和应用提供无线连接。从长远来看，它实际上可能使得当今使用的许多不同通信技术进行融合，从而大大减少相关工业连接解决方案的数量。工业 5G 是推动在工厂环境中大规模使用数字技术的推动力。它不仅仅是一种新的生产方式，它还提供了一种做出决策和管理工厂的新方法。工业5G将使未来所有工厂的生产变化中可靠、快速和安全的通信成为可能。由于所有机器都将不断连接并准备好相互交互，这是实现前所未有的自动化水平的途径，也是实现未来工业 4.0 工厂的途径。5G 与西门子技术融合5G 与 PROFINET 融合，建立起开放性的工业自动化网络生态，更好的实现 IT 与 OT 的融合。西门子 PLC、分布式 I/O、5G 路由器及 PROFINET 整体解决方案与 5G 网络融合，打造工厂数据全连接，为客户实现数字化提供整体解决方案。5G 与西门子 AGV 方案 SIMOVE 结合，基于安全、实时的 PROFINET 网络通讯，开放性的网络接口及丰富的标准化库，可以满足大部分制造工业现场的主流应用场景。西门子能源管理系统与 5G 的结合，发挥 5G 低时延、高可靠性的优势，将能耗数据上传到企业数字化平台，为数据采集搭建可靠网络，实现企业数字化转型。基于5G网络的低时延和高可靠优势，通过西门子仿真软件辅助，可以更直观地反馈问题，将现场实况画面实时传输给操作员，指导人员也能充分、及时、高效、精确地讲解设备每一个细节。5G 与边缘计算的结合，实现 IT 与 OT 的融合，在架构层、部署层、调度层的深度融合。一、5G 现场总线全连接1、描述当具有单独控制器的设备交互以执行共享任务时，需要控制器到控制器的通信。如果设备在单个环境中彼此靠近放置，则这种情况存在本地方面，例如，这些设备是大型机器的组件，或者是单个生产大楼内的多台机器。在这些情况下，因为所涉及的距离相对较短，通信多数基于二层通讯。对于大型产线或者移动型设备，在传统网线传输实现困难的情况下，可通过 5G 传达其位置或其他控制数据。由于移动设备控制器与其他设备交互，例如需要实时准确位置穿梭的机器人或机器，相应数据的传输失败或延迟可能导致机器操作停止，从而导致停机。5G 与现场总线的结合可以完美满足这类需求。“5G 工业互联网”正在加速赋能千行百业，典型应用场景已在采矿、电力、钢铁等 20 个国民经济重点行业深度应用、快速推广，“5G 工业互联网”支撑实体经济降本、提质增效、绿色发展的重要作用不断显现。212、应用场景西门子工业 5G 在汽车总装 EMS 吊具系统的应用电动单轨输送系统（EMS）在汽车制造行业的总装车间内广泛部署。它协同工艺AGV&Skillet滑板线工艺模块，实现了车身、底盘和重要零部件的运输和工艺装配，是柔性化产线和智能制造工厂的重要组成部分。针对 EMS 的应用场景，西门子汽车行业根据生产工艺的需求，开发了用于实现制造环节输送及装配应用的 EMS 整体解决方案。相比于普通的工艺设备，EMS系统的运行环境和通信要求显得更为苛刻，任何网络的波动均可能导致主控制器与小车端的通信失效，影响生产效率。因此，这对该系统通讯方式的选择提出了更高的要求。在本次项目改造中，通过在 EMS 小车上部署工业 5G 终端 SCALANCE MUM856-1，实现了小车和地面主控制器之间的 PROFINET 实时通信和 PROFIsafe 安全通信。该项目的成功验证了：西门子工业 5G 解决方案是可以作为西门子 EMS 整体解决方案的重要组成部分，满足系统通信要求的。此外，在EMS方案中，传统的通讯方式大部分均采用滑触线通信或者波导通信，而使用工业5G，终端的安装则更为简单灵活，完全摈弃了传统数据传输媒介的束缚，不用再考虑敷设波导管或者通讯滑触轨道等，极大程度上节省了人工和硬件成本，降低了维护难度，同时也简化了设备空间布局。西门子工业 5G 技术特点 西门子提供的工业 5G 解决方案，侧重于满足现场控制层和现场层设备之间实时通信的需求，实现基于工业 5G 专网的 PROFINET&PROFIsafe 解决方案。在工业控制场景中，用户普遍会从工业实时通信的稳定性、工业安全通信的可靠性、生产设备的信息安全性、现场设备的抗干扰能力、生产设备维护和诊断的便捷性、系统持续运行的持久性等维度对基于 5G的通信方案提出要求和期望。因此，西门子充分考虑工业用户的需求，提供满足工业实际生产要求的工业5G通信解决方案。西门子工业 5G 在物流行业的应用物流公司通过西门子工业 5G 实现堆垛机远程控制物流客户建设工业 5G 创新工厂，打造诸多应用场景，AGV，堆垛机，实时控制应用，工业骨干网通过工业 5G 实现。通过工业 5G 低时延特性，可传输实时协议如 PROFINET，为更多的应用通过工业 5G 实现可能，减少整体建设成本，成本优化 20%。集成工业防火墙，可设置访问策略，隔绝来自公网的非法访问，保护设备网络安全。22二、5G 远程控制1、描述5G 技术的出现给移动网络带来了高带宽、低时延、本地分流等新的特性。同时，远程控制作为 5G 技术的先导，其对于智能化时代具备重要价值，5G 可以满足远程控制应用中更多信息的同步需求。可以说，5G 技术的成熟促进了远程操控的加速与落地。目前，5G 远程实时操控的典型应用场景主要是：港口、露天矿等封闭区情况下的远程接管，以及天车、吊机、化工、地下矿等高危环境或恶劣环境下的远程作业。作为常态化的作业方式，提升一线人员作业体验。232、典型行业3、应用场景西门子工业 5G 在空港行业的应用在机场航站楼，登机廊桥作为与飞机接泊的重要地面设备。登机桥口都有一位操作员在桥口处进行现场操控，使其伸缩调节，直至靠近并精准对准接机舱门。与此同时大型机场往往拥有数百条登机桥，相互之间间隔较远，登机桥驾驶员需要在多个登机桥之间来回走动，赶岗压力大，效率不高。钢铁典型应用：5G 天车控制 5G 机械臂远程控制 5G 智慧运焦车港口典型应用：5G 塔吊集中控制 5G 智能理货 5G 远程岸桥矿山典型应用：5G 无人矿车装卸 5G 挖机、钻机远程控制 5G 井下运输设备远程控制24随着空港行业对设备自动化要求的提升，以及对人力成本减缩的需求，数字化乃至无人化的“智慧空港”已成为机场建设改造的重要趋势。一直以来，无线通信技术都是限制机场改造的瓶颈。光纤虽然速度快且稳定，但在机场改造时，需要路面开挖和管道敷设，不仅施工难度大、运维成本高，更会给机场正常作业带来巨大影响。而 3G、4G 无线网络的稳定性和可靠性欠佳，会给空港设备的稳定作业、监控的实时性等埋下诸多隐患。放眼未来，运用高带宽、低时延、大连接的 5G通信技术，机场空港设备都能够轻松实现控制信号、多路视频等信息的远程、高效和可靠传输。西门子新一代工业 5G 通信技术，也正在为行业的智慧化、精准化、无人化发展带来脱胎换骨的大好机遇。西门子工业 5G 登机桥远程控制方案该解决方案在网络运营商部署的 5G 专网中实现，通过 5G 专网切片技术，实现控制数据与视频数据同时在 5G 网络上传输，并且互相不干扰，同时满足控制低延迟与视频流大带宽的特性。西门子工业 5G 方案优势凭借西门子对工业现场的深刻理解和在工业通信领域几十年的经验积累，西门子工业 5G 解决方案不但实现了控制器和控制器之间、控制器和 I/O 之间的 PROFINET&PROFIsafe 工业实时协议通信，而且整个解决方案在安全性、便利性和可靠性等方面有独特的优势。其次，本次项目在西门子数字化工业集团的共同努力下，在最终登机桥的测试场景中，经过实际场景验证 PROFINET I/O 高速稳定刷新，并且没有出现数据丢包的情况。最后，西门子工业 5G 解决方案无需其他厂商设备，无需增加任何通信协议，也无需更改现有的 TIA Portal 博途组态，并且兼容西门子的所有产品，是一个真正意义上可以保证实时性、安全性、支持工业协议的解决方案。25三、5G 数据采集1、描述随着工厂内设备自动化、管理现代化和信息计算机化水平迈上新的台阶，如何能更好地利用生产和运营中涌现的海量数据，以服务智能制造的新应用，成为了新时代下整个制造业关注的焦点。某些制造业自动化水平高，网络化基础好，但存在降低劳动力成本、减少物料库存、严控产品质量、快速响应客制化要求等迫切需求。通过 5G 工业路由器，可实时上传海量生产数据、设备状态数据，实现对厂房内工艺流程、布局的数字化建模。2、典型行业3、应用场景西门子工业 5G 在电子行业内的应用食品饮料典型应用：5G 生产数据检测 5G 数据采集云化管理 5G 产线 OEE 分析化工典型应用：5G 生产能效场景采集 5G 传输井口平台设备检测 5G 无人化高清视频巡检电子典型应用：5G 数据采集云化管理 5G SMT 产线标准化 5G 电子元器件检测26电子产线中，SMT 产线为核心生产工艺。而在传统的 SMT 产线中，由于各家 SMT 设备通信协议不兼容以及开放程度不高，会产生数据孤岛，每段工艺都需要人工扫码进行产线内设备的数据交互。在客户需要进行柔性化生产时，则需要大量人工参与进行辅助生产。5G 数据采集 HERMES标准化的解决方案可以帮助客户实现SMT产线柔性化、省人化、数字化等需求。西门子工业 5G 数据采集 HERMES 标准化方案HERMES(IPC-HERMES-9852)标准是 SMT 装配生产线中 M2M(机器对机器)通信的全球标准。HERMES 规范(IPC-HERMES-9852)是一种基于 TCP/IP 通信和 XML(扩展标记语言)编码的协议。它是 SMEMA 标准(IPC-SMEMA-9851)的继承者，用于在 SMT(Surface-Mount Technology)装配线中沟通和协调 PCB 和相关数据的切换过程。一台 HERMES 机器由上游和下游代理/客户端组成，用于与生产线上的上游和下游机器通信。该标准包括所需的功能，如基本水平通信(例如，机器和板的就绪指示)和传输协调和传输错误处理能力。此外，还有一些可选的功能，可以更有效地生产和交换信息，比如用于预测产品变化的板预测，查询和发送已生产板的板信息的能力，以及允许通过 MES 系统远程配置 HERMES 客户端的垂直通信通道。西门子工业 5G 方案优势HERMES 为未来的机器对机器连接提供了坚实的基础:具有 PCB 相关属性的 PCB 从一台机器转移到另一台机器(数字孪生)最先进的连接，有可能减少硬件费用和线路长度(例如条形码读取站)全程印刷电路板可追溯性，无需多个条形码阅读器HERMES 使工厂的工作流程显著改善:自动轨道宽度调整 自动垛位高度调整 自动程序更改 根据产品名称/类型切换节目 条码控制生产，无需多个条码阅读器 站内程序下载和激活 过程联锁沿线没有额外的硬件 上料机和卸载机的特殊用例(装弹匣，扫描序列号等)集成动态可变的输送系统，减少布线实现 SMT HERMES 标准 5G客户改造旧的SMT产线，涉及到设备供应商不统一，接口不一致，需考虑重新布线，该方案在满足SMT HERMES标准的同时，利用 5G 替代网线连接，使得更布局便捷灵活。从网络安全性和数据安全方面考虑，西门子 5G 同样可以满足要求，将用户的认证请求报文采用了加密处理，避免了信息泄露。URLLC 低延时，高可靠性，满足智能制造对连接的需求。西门子工业 5G 在食品饮料行业内的应用食品饮料产品迭代加快，客户对于产品的柔性自动化与信息化的要求越来越高。与所有制造企业一样，想要全面打造先进的智慧工厂，夯实设备间通信的底层建筑很重要，在食品、饮料工厂实现 5G 大带宽的无线覆盖，将能提高通信的承载力，避免不同数据流的冲突，确保数据不丢包。助力实现原材料全程溯源化、产品制造智能化、产品定制精准化以及冷链物流便捷化等。27西门子工业 5G 数据采集 云端方案 西门子工业 5G 路由器 SCALANCE MUM856-1 MindSphere 基于云的开放式物联网操作系统 通过设备联网可视化，把控企业生产过程，5G 与现场 PLC 数据采集的结合，实现设备互通互联，采集设备实时运行数据西门子工业 5G 方案优势 通过工业 5G 直接将生产数据传到互联网公有云 通过西门子工业 5G 方案和工业骨干网融合 集成工业防火墙，可设置访问策略，隔绝来自公网的非法访问，保护设备网络安全 通过工业 5G 实现直接将数据传输至互联网，减少整体建设成本，成本优化 10%四、5G 智能物流1、描述工业网络往往更注重低延迟和高可用性，可以配置专用 5G 网络来满足这些要求。专用 5G 网络还提供数据安全性：在自管理的网络中，数据保留在企业内部，所有者可以决定在何处处理哪些数据。自动导引车（AGV）是一种移动机器人，设计28用于在制造或物流设施内移动材料、产品或工具。AGV 通常用传感器、摄像机或磁带导航，可以编程按照特定的路线或执行特定的任务。AGV 需在每个场景都构建地图、规划路径、配备任务，传统的 AGV 采用 Wi-Fi 通讯模式，在工业区域内，有 AP 切换时延大的问题，这制约了 AGV 在应用层的渗透。当结合使用时，5G 和 AGV 可以实现工业操作的先进自动化和优化。例如，5G 可以为 AGV 提供低延迟、高带宽的无线连接，使它们能够与其他机器、传感器和控制系统实时通信。这可以提高它们的准确性、速度和安全性，并使它们能够迅速适应变化的条件或要求。此外，5G 可以实现对 AGV 的远程监控和控制，这可以减少现场操作员的需求，增加工业操作的灵活性和可扩展性。例如，操作员可以使用5G启用的设备，如智能手机或平板电脑，从远处监视AGV的状态和性能，并在需要时进行实时调整或干预。可以实现超大地图随时动态刷新，覆盖更大工作空间，为柔性制造提供更大的可能。2、典型行业3、应用场景西门子工业 5G AGV 在汽车行业的应用汽车典型应用：5G 配送型 AGV 5G 装配型 AGV 5G 叉车 AGV仓储物流典型应用：5G 叉车 AGV 5G 堆垛 AGV 5G 穿梭车 电子典型应用：5G 物料输送 AGV 5G 成品输送 AGV 5G 装配 AGV29随着汽车企业对于个性化定制、无人化的要求越来越高，相应生产工厂中的生产线、设备需要具备更大的灵活性以及与外界实时的通信能力。此外，部分工位或环节受到工艺设计、布线和设备移动性的影响限制，在未来无线技术将会越来越普及。目前 AGV 在汽车制造四大工艺（总装、冲压、焊装、涂装）应用已经十分普及，但是汽车行业作为特殊的离散集成型制造业，伴随智能化转型的深入推进，同一工厂内往往存在不同品牌、不同类型的移动机器人交叉作业，这对移动机器人管理系统的兼容性提出了很高要求，需要统一的标准及规范。方案架构图通过西门子工业 5G 路由器 SCALANCE MUM856-1 作为 5G 接入设备，实现底层现场设备与 5G 专网的接入。利用西门子工业 5G 路由器的二层通道功能，该功能可以在 5G 专网架构中建立二层通讯链路，实现现场设备之间二层网络通讯协议PROFINET&PROFIsafe 的传输。SIMOVE 标准，在 AGV 车载端采用西门子部件：PLC、HMI、WLAN、MicroDrive 驱动、RFID、SENTRON 低压元件、SIRIUS按钮指示灯、SITOP直流电源等标准自动化产品。CC车载端和MC主控通过基于PROFINET的iDevice智能从站方式实时通讯，并支持 PROFIsafe 安全通讯，可达到 SIL3 的安全等级。通过使用 SIMOVE 提供的标准化控制原件和驱动组件清单，快速高效的完成车辆的控制硬件设计。西门子工业 5G 方案优势通过工业 5G 低时延特性，可传输实时协议如 PROFINET&PROFIsafe，为更多的应用集成工业防火墙，可设置访问策略，隔绝来自公网的非法访问，保护设备网络安全。SIMOVE 系统提供标准化程序模板，开放的自动化平台，满足客户的定制化需求，同时方便系统的维护，拓展和升级。使AGV 集成商和终端客户，快速实现高效柔性生产。远程 AGV 调度，减少人工干预，减少现场人员。西门子工业 5G AGV 在电子行业的应用西门子西伯乐斯电子有限公司(BSCE)隶属于西门子智能基础设施集团，主要生产消防安全设备、楼宇自控设备等。西伯乐斯公司一直将先进技术应用于生产环节，通过西门子工业5G技术，目前可以实现AGV通过5G网络和远程调度服务器通信，实现 AGV 自动取货，质检运输，包装运输等流程。AGV 设备兼容性较高，它的应用可以降低人力成本，提高效率以及优化管理。30客户需求：无 Wi-Fi 覆盖，Wi-Fi 再建设成本高产品及解决方案：西门子工业 5G 路由器 SCALANCE MUM856-1 SINEMA RC竞争优势：所有的数据在客户自建服务器传输，保证数据安全 西门子端到端解决方案，设备兼容性较高 通过防火墙进行安全隔离，提高整体网络安全客户收益：不需额外建设 Wi-Fi 网络覆盖，降低整体建网成本 控制/监控数据保密性较高，提高安全性 生产智能控制，减少人工干预，减少现场人员31五、5G 能源管理1、描述随着 5G 技术的成熟，利用 5G 技术高带宽、低时延、广连接的特性，以及西门子的能源管理解决方案可以更加简单高效的完成工厂能耗数据监测和数据可视化的需求，实现节能减排和降本增效。同时，在双碳目标和各类政策的驱动下，借助 5G 能源管理系统之上帮助企业监控产线级的碳排放水平的同时，建立一套碳足迹管理系统，追踪产品在生产过程中来自于供应链、物流、生产环节的碳排放量，打造碳差异化竞争。2、典型行业钢铁典型应用：5G 能源监控管理 5G 能源优化控制电力典型应用：5G 智能电网控制 5G 能源监控管理电子典型应用：5G 能源监控管理 5G 能源优化控制 5G 碳足迹管理323、应用场景智能工厂西门子 5G 能源管理系统在电子制造业中的一个应用是智能工厂。该系统可以监测和管理设备的能源消耗，通过大数据分析和人工智能算法来提高生产效率和能源利用率。通过西门子 SCALANCE MUM856-1 5G 路由器连接各种底层设备，包括传感器、计量器和控制器，利用 5G 网络广连接、大带宽的特性，智能工厂可以对产线设备能耗进行实时监测和分析，为制造商提供实时的数据和分析结果，从而提高产品质量、减少生产成本。作为一个生产制造企业，工业产品碳排放超过90%来自于供应链流程。如果企业已经建立一套数字化能源管理产线的基础上，建立一个碳朔源的系统，追踪产品来自于供应链，物流，产生环节的碳排放量。通过西门子SiGREEN碳足迹管理系统以及西门子的能源计量设备，依托边缘计算技术，通过 5G 网络在工厂部署数字化解决方案采集相关的碳排放的数据，精准计算生产环节的碳排放，帮助企业记录和计算产品在整个价值链中的碳足迹实现双碳目标。智能电网电力行业主要涉及发电、输电、变电、配电、用电五个环节。面临向“清洁、低碳、高效、安全、智能”的转型挑战。5G 技术有望解决智慧电网中的一些关键问题，包括数据传输速度、网络可靠性、设备互联和实时监测等。在智能电网中，通过部署 5G 专网以及西门子 SCALANCE MUM856-1 5G 路由器，PLC 可以用于远程无线控制电力系统中的各种设备，包括变电站、变压器、开关等，以确保能源的高效传输和分配。电力公司可以对电力系统进行实时监控和控制，以最大限度地提高系统的效率和可靠性。另一方面，5G 技术与西门子能源管理系统的融合可以传输实时的电力负荷数据，以便智能电网可以更好地预测能源需求，并调整能源分配，在能源需求高峰期进行智能调整，最大限度地减少浪费。总的来说，它们的应用可以使电力系统更加高效、可靠和智能化。钢铁智慧工厂目前钢铁行业在效率提升和降低能耗方面都遇到了瓶颈，提高生产力、降低能耗、改善工作环境成为了首要解决的问题。利用 5G 技术、AI、大数据、云计算、能源管理等技术进行数字化升级，打造钢铁行业的智能工业互联网平台成了解决手段。33西门子的能源管理系统可以通过实时监控、分析和优化钢铁工厂的能源使用，实现能源效率的最大化，降低生产成本。该系统可以监测到整个生产过程中的能源消耗，通过数据分析和算法优化，提高能源的利用效率。这对于钢铁行业来说非常重要，因为能源成本是其生产成本的主要组成部分之一。其次，5G 技术的高速率、低延迟和高可靠性，为钢铁行业的生产过程提供了巨大的潜力。利用 5G 技术，可以实现实时监控、控制和优化生产过程。通过将各种设备和传感器连接到 5G 网络中，可以实现智能化和自动化控制，从而提高生产效率和减少人力成本。总之，西门子的能源管理系统和 5G 技术的结合，可以帮助钢铁行业提高能源利用效率、降低生产成本、实现自动化和优化生产过程，从而提高生产效率和保持竞争力。六、5G 生产模拟1、描述5G 技术和虚拟仿真技术的融合将在未来的许多领域中产生重大影响，包括智能制造、智能物流、数字化工厂等。5G 网络的高速、低延迟和高可靠性，使得实时数据的处理和传输成为可能，这对于虚拟仿真技术的应用提出了更高的要求。虚拟仿真技术可以帮助人们在数字环境中测试和优化各种场景和系统，其中包括生产设备虚拟调试、工艺性能虚拟调试、生产线虚拟调试、工厂与物流系统虚拟调试，帮助企业工厂提高生产效率和成本效益。2、典型行业智能制造典型应用：5G 数字化管理 5G 生产工艺仿真 5G 虚拟培训仓储物流典型应用：5G 智能物流仿真 5G 仓储场景模拟电子典型应用：5G 智能物流仿真 5G 数字工厂规划343、应用场景智能制造5G 技术和虚拟仿真技术的融合可以实现智能制造。西门子 MCD 仿真软件可以实现工艺优化和产线设备的数字化管理，包括工艺流程的模拟和优化、设备状态的实时监控和维护等，提高设备的稳定性和生产效率。该软件平台可以通过数字化模拟和优化来改善工艺流程和设备管理，提高生产效率。此外，西门子MCD仿真软件也可以实现生产计划和调度的数字化管理，包括生产任务的分配、优先级调整、生产进度的监控和反馈等，提高生产效率和准确性。通过 5G 技术传输虚拟仿真数据，工业企业可以实时监测设备状态、优化工艺流程和预测生产质量。仓储物流西门子虚拟仿真技术可以对物流仓储进行数字化设计和规划，包括货架布局、设备配置、物流流程优化等。通过 5G 网络连接智能物流车辆和无人机等设备，实现物流配送的自动化和智能化。通过西门子 MCD 虚拟仿真软件对物流配送过程进行模拟和优化，提高配送效率和准确性。借助 5G 网络高速、高可靠、广链接的特性，连接各种设备和传感器，实时监控和管理货物的位置、状态和数量，实时监控和管理仓储设备的状态和运行情况。通过西门子 MCD 虚拟仿真技术对设备运行过程进行模拟和优化，提高设备维护效率和准确性。35七、5G 边缘计算1、描述5G 边缘计算将驱动一个面向行业的局域生态系统，以满足企业和工厂的网络、计算和数据处理需求，促进行业的数字化创新。这将带来计算模式的改变，网络中的每一个节点都将成为一个完整的分布式计算机，既转发数据，又完成计算，最终实现网络基础设施和计算基础设施的融合。工业边缘云计算系统依托相应的平台，借助平台可以对其能力方向进行基本划分。在平台的南向，可以借助 5G 技术来做好内置云化驱动工作，将其和工业设备有效连接在一起，这样可以实现对各类信息数据的有效采集，同时也可以帮助企业迅速对采集到的信息进行反馈。在平台的北面，可以进行工业应用赋能操作，如节拍分析、云边协同、OEE 分析、异常检测、数据透明运维、节能分析以及预测性维护等应用。2、典型行业汽车典型应用：5G 焊点智能预测 5G 产线节拍分析 5G 弧焊参数分析监控电子典型应用：5G 预测性维护 5G 焊点分析 5G 识别分拣食品包装典型应用：5G 产线 OEE 分析 5G 车间级数据采集 5G IT/OT 数据云边协同363、应用场景西门子工业 5G 边缘计算(预测性维护)在电子行业的应用行业痛点电子设备制造业自动化水平高，数字化、网络化基础好，产品迭代速度快，存在降低劳动力成本、减少物料库存、严控产品质量、快速响应客户差异化要求等迫切需求，发展智能化制造、个性化定制、精益化管理等模式。厂内普遍存在设备种类多，产线设备复杂，人员检修难度大，人员流动性大等问题。由于电子产线的特殊性，设备的部件（如电机、传送轴、气缸、丝杆等）出现问题时很难被预测、检测手段不足，主要靠人工经验、非计划停机，这样导致影响生产效率，造成经济损失。电子产线中一些核心设备（PCB 切割机）处于长时间不间断生产状态，并且由于切割工艺对生产环境产生粉尘影响，设备对主轴电机的稳定要求极高，有预测性维护技术的需求。客户现场设备布置离控制室较远，在实现远程集中管理方面，5G 边缘计算的结合更好更灵活地满足客户设备预测性维护的需求。方案架构图37解决方案 5G 网络与边缘设备结合，实现边缘设备更贴近产线侧，打通 IT/OT 数据连接 开箱即用的本地化全栈方案，从数采到实时异常检测 支持基于多源异构数据作为判断依据 无需 AI 专家，轻松建模，训练后一键部署 实时异常监测，发现异常自动预警 基于生产实践，本地模型复训，不断优化客户收益 无线部署：高速稳定的 5G 网络实现无线通信，灵活部署 质量保障：基于历史生产特征值，满足预期产品质量 高效生产：更早洞察设备异常，及时运维保养 减少损失：降低不确定性，防止非计划停机38工业 5G 是经济增长的新引擎，十四五规划明确提出，“国家将持续投资通讯基础设施，建设泛在智联的网络连接，加快 5G 商用网络的规模建设和应用创新”。西门子早在几年前就开始了在工业领域探索 5G 应用场景，除了相应产品的研发布署，也积极的将现有技术和生态赋能于 5G 网络，正如我们在第二个章节中提到的，实时工业以太网 PROFINET 与 5G 的融合，西门子边缘生态与 5G 的融合，WinCC Unified SCADA 软件与 5G 的融合，SIMATIC 能源管理与5G 的融合等等。我们在持续的探索，也在实践中总结经验，比如文中第三个章节，在不同行业中实施工业 5G 的应用，比如汽车行业的 5G AGV 和 EMS 吊具系统、空港领域西门子安全工业总线 PROFIsafe 在 5G 网络的布署、食品饮料行业 5G 数据采集、远程运维等等，基于对工业的深度理解，我们在不停的思考和挖掘更多的应用场景。我们希望能与各个领域的合作伙伴，共同推进5G全连接工厂的伟大事业，打造共赢的生态环境，加速千行百业的数字化转型！联系方式：Electronic_5G_Application.CN结束语39西门子专有名词解释序号名称描述1PROFINETPROFINET 由 PROFIBUS 国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。2PROFIsafePROFIsafe 是由 PI 国际组织提出的加载在 PROFIBUS 和 PROFINET 通信协议基础上的功能安全通信行规，符合 IEC 61508（电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全）功能安全国际标准，满足 SIL3，实现了功能安全通信和标准通信共存于同一根电缆。3TIA Portal西门子工程设计软件平台 Totally Integrated Automation（全集成自动化）博途 Portal 将所有自动化软件工具集成在统一的开发环境中。TIA 博途代表着软件开发领域的一个里程碑，它是一款将所有自动化任务整合在一个工程设计环境下的软件。4HERMESLHermes 库基于 IPC-HERMES-9852 规范在 SMT 生产线（表面安装技术）内提供标准化横向通信。该库根据西门子编程风格指南和 PLC 开放式指南进行编程。5SIMOVE针对汽车制造环节需求的新变化，西门子提出了针对工艺 AGV 应用的整体解决方案：SIMOVE。6EMS根据汽车生产工艺制造的实际应用场景，西门子开发了针对汽车制造环节输送及装配应用解决方案：西门子电动单轨输送系统 SIMATIC Electrical Monorail Systems（EMS）。7MCD西门子推出的机电一体化概念设计（Mechatronics Concept Designer）解决方案是由一种全新的适用于机电一体化产品概念设计的解决方案，基于 NX/MCD，TIA 体系。设计人员可对包含多物理场以及通常存在于机电一体化产品中的自动化相关行为的概念进行 3D 建模和仿真，可以在系统设计阶段就设备硬件结构的合理性以及控制软件的可靠性进行虚拟调试验证。8IEH工业边缘中心 Industrial Edge Hub(IEH)，可以存储、浏览和下载工业边缘APP。在这里可以找到由西门子和合作伙伴开发的针对多种行业和应用场景的APP。9IEM工业边缘管理平台 Industrial Edge Management(IEM)，IEM 是用于集中管理所有已连接边缘设备的软件平台。它处于工厂车间层级，可以同时监控上百台已连接设备的状态，并且在目标边缘设备上安装边缘应用和升级软件功能，将功能从云端转移到生产系统。10IED工业边缘设备 Industrial Edge Device(IED)，边缘设备在生产现场就可以进行数据采集和处理，并且支持和自动化设备的集成和执行容器化的边缘应用。一台边缘设备可以同时运行多个工业边缘应用。附录西门子（中国）有限公司数字化工业集团本样本中提供的信息只是对产品的一般说明和特性介绍。文中内容可能与实际应用的情况有所出入，并且可能会随着产品的进一步开发而发生变化。仅当相关合同条款中有明确规定时，西门子方有责任提供文中所述的产品特性。样本中涉及的所有名称可能是西门子公司或其供应商的商标或产品名称，如果第三方擅自使用，可能会侵犯所有者的权利。如有变动，恕不事先通知订货号：DIFA-B80011-00-5DCN4185-SH903090-06233西门子公司版权所有扫描关注西门子中国官方微信直接扫描获得本书PDF文件北方区北京北京市朝阳区望京中环南路7号 电话：400 616 2020包头内蒙古自治区包头市昆区钢铁大街74号国贸大厦2107室 电话：(0472)590 8380济南山东省济南市舜耕路28号舜耕山庄商务会所5层电话：(0531)8266 6088青岛山东省青岛市香港中路76号颐中假日酒店4楼 电话：(0532)8573 5888烟台山东省烟台市南大街9号金都大厦16层 1606室 电话：(0535)212 1880淄博山东省淄博市张店区心环路6号汇美领域A座2314室电话：(0533)218 7877潍坊山东省潍坊市奎文区四平路31号鸢飞大酒店2408房间 电话：(0536)8221866济宁山东省济宁市任城区太白东路55号万达写字楼1306室电话：(0537)239 6000天津天津市和平区南京路189号津汇广场写字楼1401室 电话：(022)8319 1666唐山河北省唐山市建设北路99号火炬大厦1308室 电话：(0315)317 9450/51石家庄石家庄市桥西区自强路118号中交财富中心1号楼11层1102电话：(0311)8669 5100太原山西省太原市府西街69号国际贸易中心西塔16层1609B-1610室 电话：(0351)868 9048呼和浩特内蒙古呼和浩特市乌兰察布西路内蒙古饭店10层1022室电话：(0471)620 4133华东区上海上海杨浦区大连路500号西门子上海中心 电话：400 616 2020杭州浙江省杭州市西湖区杭大路15号嘉华国际商务中心1505室电话：(0571)8765 2999宁波浙江省宁波市高新区翔云北路99号智慧园7号楼6楼604室 电话：(0574)8785 5377绍兴浙江省绍兴市越城区胜利东路375号鼎盛时代大厦1105室 电话：(0575)8820 1306 温州浙江省温州市车站大道577号财富中心1506室电话：(0577)8606 7091南京江苏省南京市中山路228号地铁大厦18层 电话：(025)8456 0550扬州江苏省扬州市邗江区博物馆路547号德馨大厦1508室电话：(0514)8789 4566扬中江苏省扬中市前进北路52号扬中宾馆明珠楼318室 电话：(0511)8832 7566徐州江苏省徐州市泉山区科技大道科技大厦713室电话：(0516)8370 8388 苏州江苏省苏州市新加坡工业园苏华路2号国际大厦11层17-19单元 电话：(0512)8780 3615无锡江苏省无锡市县前东街1号金陵大饭店2401-2402室 电话：(0510)8273 6868南通 江苏省南通市崇川区崇川路88号国际贸易中心4006室电话：(0513)8102 9880常州江苏省常州市关河东路38号九洲寰宇大厦989室 电话：(0519)8989 5801盐城江苏省盐城市盐都区华邦国际东厦A区2008室电话：(0515)8836 2680昆山江苏省昆山市前进东路399号台协大厦1502室电话：(0512)5511 8321华南区广州广东省广州市天河路208号天河城侧粤海天河城大厦8-10层 电话：(020)3718 2222佛山广东省佛山市南海区灯湖东路1号友邦金融中心2座33楼J单元电话：(0757)8232 6710珠海广东省珠海市香洲区梅华西路166号西藏大厦13层1303A号电话：(0756)335 6135南宁广西省南宁市青秀区民族大道131号万豪酒店25层朱槿厅电话：(0771)552 0700深圳深圳前海前湾1路前海嘉里中心T1-5楼市场部电话：(0755)2693 5188东莞广东省东莞市南城区宏远路1号宏远大厦1510室 电话：(0769)2240 9881汕头广东省汕头市金砂路96号金海湾大酒店19楼1920室 电话：(0754)8848 1196海口海南省海口市滨海大道69号宝华海景大酒店803房电话：(0898)6678 8038福州福建省福州市晋安区王庄街道长乐中路3号福晟国际中心21层电话：(0591)8750 0888厦门福建省厦门市厦禾路189号银行中心21层2111-2112室 电话：(0592)268 5508华中区武汉湖北省武汉市武昌区中南路99号武汉保利大厦21楼2102室 电话：(027)8548 6688合肥安徽省合肥市濉溪路278号财富广场首座27层2701、2702室 电话：(0551)6568 1299宜昌湖北省宜昌市东山大道95号清江大厦2011室 电话：(0717)631 9033长沙湖南省长沙市天心区湘江中路二段36号华远国际中心24楼2416室 电话：(0731)8446 7770南昌江西省南昌市红谷滩区绿茵路129号联发广场2503室 电话：(0791)8630 4866郑州河南省郑州市中原区中原中路220号裕达国贸中心写字楼2506房间 电话：(0371)6771 9110洛阳河南省洛阳市涧西区西苑路6号友谊宾馆512室 电话：(0379)6468 3519技术培训北京：（010）6476 8958上海：（021）6281 5933广州：（020）3718 2012武汉：（027）8773 6238/8773 6248-601沈阳：（024）8251 8220重庆：（023）6381 8887技术支持与服务热线电话：400 810 4288(010)6471 9990E-mail：Web：亚太技术支持（英文服务）及软件授权维修热线电话：(010)6475 7575传真：(010)6474 7474Email：公司热线400 616 2020东北区沈阳沈阳市沈河区青年大街1号市府恒隆广场41层电话：(024)8251 8111大连辽宁省大连市高新园区七贤岭广贤路117号 电话：(0411)8369 9760 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