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5G大上行能力在行业数字化中的价值2020年10月CONTENTSCONTENTS目 录1. 概述 12. 行业数字化转型势不可挡 22.1 数字经济快速发展 22.2 5G成为新基建之首，是数字经济的核心驱动力 32.3 大上行能力成为行业数字化刚需 43. 行业数字化典型案例 53.1 5G在智慧港口中的应用及价值 53.1.1 港口业务流程及数字化改造需求 63.1.2 5G大上行在港口智慧化中的应用场景和价值 73.2 5G在智慧钢铁中的应用及价值 83.2.1 钢铁业务流程及数字化改造需求 93.2.2 5G大上行在钢铁数字化中的应用场景和价值 103.3 5G在智慧矿山中的应用及价值 123.3.1 矿山业务流程及数字化改造需求 123.3.2 5G大上行在矿山数字化中的应用场景和价值 134. 5G创新解决方案助力上行能力提升 154.1 专属帧结构解决方案 154.2 SUL上行增强解决方案 164.3 上行载波聚合解决方案 174.4 组网解决方案 175. 总结及展望 18附录：缩略语 195G大上行能力在行业数字化中的价值15G从定义之初，就致力于构建一个人与人、人与物、物与物等万物互联的智能世界。ITU 对于5G 的定义包含三类典型应用场景：eMBB(移动宽带增强)、uRLLC(超高可靠超低时延通信)和mMTC(大规模物联网)。3GPP 5G第一个技术版本R15在2018年底完成，eMBB已经正式走向商用; 2020年7月初3GPP 发布R16标准，预计9月底完成对uRLLC技术的全部定义; 预计在2021年，3GPP 5G标准会完成对mMTC的技术标准定义。在未来十年，5G技术将不断演进创新，以持续夯实面向行业的能力。随着5G在全球的商用部署和在行业数字化中的探索，5G正在加速与工业、医疗、交通、教育等各个行业深度融合，5G作为联接平台的巨大潜力正在显现。我们也同时发现，在5G参与各个企业自动化、智能化发展的过程中，大上行、低时延、高精度定位等能力成为最早一批5G应用场景最迫切的需求。而从移动网络自身的特点和发展来看，大上行带宽能力是运营商可以最先实现、最早商用的能力，并且可以解决当前企业存在的大部分自动化、智能化的需求。本文特别选取港口、钢铁和矿山等国家新基建首批应用示范重点行业，结合中国移动、华为在行业具体场景中的探索，从行业业务流程、企业联接需求出发，分析对于5G的需求以及5G如何在其中发挥作用并产生价值。同时，本文也会对如何从当前的网络系统，提升上行宽带能力提出建议。概述015G大上行能力在行业数字化中的价值2数据的流动方式从根本上决定了经济的交互方式。当今世界，数字经济已经成为全球最重要的产业，正以澎湃的驱动力成为各国经济复苏新引擎。发展数字经济已成为打造经济发展新高地、应对国际激烈竞争、抢抓战略制高点的重要手段。各国数字经济成为国民经济重要组成部分。根据世界银行统计的数据显示，数字经济在各个国家中的GDP占比逐年增多。2018年，在测算的47个国家中，英美德数字经济已经在GDP占比已经达到60%以上，韩国、日本等国家数字经济在GDP占比超过40%，新加坡、中国、芬兰等国数字经济占比也已超过30%，还有25个国家数字经济占比介于15%30%之间。与同期 GDP 增速相比，2018 年 80% 的国家数字经济增速显著高于 GDP 增速。（来源：信通院全球数字经济版图）在中国，数字经济规模不断扩张，在国民经济中地位更加突出。从2014年到2019年的六年时间，我国数字经济对GDP增长始终保持在50%以上的贡献率，成为驱动我国经济增长的核心关键力量。行业数字化转型势不可挡022.1数字经济快速发展图1：中国数字经济发展白皮书（2020）对于数字经济占GDP比重的统计120.00100.0080.0060.0040.0020.000.0040.00%35.00%30.00%25.00%20.00%15.00%10.00%5.00%0.00%2005 2008 2011 2014 2015 2016 2017 2018 2019GDP数字经济规模数字经济占GDP比重5G大上行能力在行业数字化中的价值32020年，新基建站上风口，成为激活经济新动能的关键举措。根据国家发展和改革委员会的定义，新型基础设施主要包括信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施三个方面的内容。其中，信息基础设施包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。5G作为新基建之首，在行业数字化进程中，主要参与到各个行业的生产过程中，使生产过程实现“设计即制造、所见即所得、制造即服务”，同时形成商业正循环，达到“数据变机会、机会变服务、服务变收入”， 使5G数字化生产模式真正为企业创造新的价值。2.2 5G成为新基建之首，是数字经济的核心驱动力图2：国家发改委对于新基建的定义融合基础设施传统基础设施转型升级城市交通通信能源电力金融制造医疗重大科技产业技术创新科教教育精准感知，在线处理，智能决策，使能数字化转型、智能化升级和融合化创新5G+AI+云，新基建三要素，让数据流动起来，释放数据红利和价值网络化之“基”数字化之“基”智能化之“基”信息基础设施创新基础设施通信网路新技术算力5G物联网工业互联网云计算人工智能数据中心智能计算中心区块链卫星互联网云AI5G5G大上行能力在行业数字化中的价值4在高清监控和远程操控的视频回传中，从视频清晰度上来看，当前业界视频清晰度普遍为720P1080P，未来必然向2K、4K和8K演进，方能提升更高的辨识度并保障安全性，因此单点上行速率也将从3Mbps达到20Mbps，甚至到60Mbps以上。另外，视频回传在大部分场景是多点并发，因此对总体小区的上行容量也将呈指数级上升。在机器视觉场景中，一般高精度检测，对单帧图像时延要求苛刻且不能有图像质量损失，未来对1秒内图片识别的图像精度和帧率还会持续提升，因为对上行能力的要求也会逐步攀升。从当前已经部署的5G网络能力来看，单一TDD系统一般为8:2或者7:3的时隙配比，在测试中的峰值可以达到250370Mbps，仅可以满足部分场景的上行需求。同时，随着行业数字化的快速推进，行业对大上行的需求将逐渐提高，因此，5G网络持续需持续提升上行能力，更好的支持行业的数字化转型。通过对钢铁、矿山、港口、制造、教育等行业的数字化探索发现，视频监控、远程控制和机器视觉等是行业的典型应用场景，均存在对大上行能力（包括单点上行速率以及单小区上行容量）的要求，且随着视频从高清到超清、以及机器视觉对检测精度的不断提升，未来对上行能力的需求也将逐步提升。2.3 大上行能力成为行业数字化刚需图3：对上行存在需求的典型行业、业务场景及上行能力要求行业网络需求业务场景钢铁港口教育电力矿山制造医疗公安交通单点上行：330Mbps(720P4K)单小区：300Mbps1Gbps单点上行：330Mbps(720P4K)单小区：300Mbps1Gbps单点上行：600Mbps1Gbps时延：100ms 10ms可靠性：2个9 5个9定位精度：10米 1米视频监控视频监控远程控制远程控制远程控制远程控制视频直播物联传感机器视觉移动警务物联传感物联传感物联传感集群通信列控列调机器视觉机器视觉机器视觉机器视觉人员定位设备定位设备定位视频监控视频监控视频监控视频监控视频监控视频监控视频监控视频监控远程控制机器视觉人员设备定位列控列调 （测试）5G大上行能力在行业数字化中的价值5港口是水陆交通的集结点和枢纽处，是工农业产品和外贸进出口物资的集散地，全球贸易中约90%由海运业承载，因此港口在国际贸易中起着举足轻重的作用。根据亚太港口服务组织（APSN）发布的2019亚太港口发展报告分析，2019 年全球港口集装箱吞吐量达到 8.0 亿TEU标准箱，增速2.3%。全球共有4300多个港口，中国有200多个港口，然而90%以上为传统港口，全球范围内的全自动化码头有近34个，中国仅4个。传统港口高度依赖人力近端操作集装箱起重机械，且工作环境恶劣、工人劳动强度大、用工成本高。为满足全球海运快速发展的需求，港口信息化、智能化建设被视为提升核心竞争力的重要手段，也是其降低物流成本、提高物流效率的关键所在。行业数字化典型案例033.1 5G在智慧港口中的应用及价值在5G行业数字化的推进过程中，中国移动联合华为及行业伙伴进行了大量的探索，下面主要从在港口、钢铁和煤矿等行业出发，分析5G在企业数字化改造中的需求和价值。5G大上行能力在行业数字化中的价值63.1.1 港口业务流程及数字化改造需求港口作业，效率为王。大型船舶租金一天可高达几十万到数百万，多等待或多作业一小时，即浪费数万元；若装卸时间长，转运效率低，会给货主带来直接的经济效益损失，货主会选择其他码头。因此，对于港口来说，提升货物转运效率是港口的核心业务诉求，货物的转运重点集中在岸桥装卸区和集装箱堆场区，因此整个港口对于无线的核心诉求集中在桥吊、集卡运输、轮胎吊和轨道吊等作业流程中，主要涉及高清视频监控、远程驾驶、无人驾驶、机器视觉检测等应用场景，而这些应用对于带宽、时延的要求基本上都可以通过5G来满足。船舶在进港之后，根据货物流向，其全作业流程包括桥吊卸货、集装箱理货、场内水平运输、堆场装卸货等。流程当前业务挑战连接需求网络需求桥吊卸货 人工现场高空作业，工作环境恶劣； 部分港口改造光纤支持灵活性差、成本高、难度大。 远程/无人操控桥吊 单个上行带宽速率不低于30Mbps 平均时延小于18ms，最大时延不超过30ms集装箱理货 信息多、录入时间长、劳动强度大； 4G带宽传输视频质量差，识别效率低。 机器视觉检测 高清图像/视频传输 上行带宽不低于30Mbps 传输时延低于20ms场内水平运输 依赖人工驾驶，用工成本高； 地磁成本高、线路固定、灵活性差、维护量大 无人集卡远控 车路、车车等协同 上行带宽大于20Mbps 最大时延不超过20ms堆场卸/装货 工作环境恶劣，易患职业病。 原有通信换场转场时会中断通信 龙门吊远控 装卸集装箱远控 单个轮胎吊上行大20Mbps 平均时延小于18ms，最大时延不高于30ms图4：典型港口作业流程12外集卡31 2 3岸桥物流：船上-内集卡 桥吊卸货：桥吊将集装箱从船上移动到水平运输工具(AGV，内集卡，跨运车)上。 智能理货：装卸信息采集和录入。港口内物流：内集卡-堆场 水平物流：运输工具将集装箱从装卸区移动到堆场。堆场：内集卡-堆场-外集卡 龙门吊：将集装箱从水平运输工具上卸下，放于堆场内，运出闸口运往目的地。图5：港口业务流程当前挑战和对网络连接的需求5G大上行能力在行业数字化中的价值7轮胎吊远控是港口核心生产业务，其改造能实现90%自动化，对网络需求高，对港口价值高，下面以5G在轮胎吊远控业务中的使用来进行深入介绍。传统轮胎吊有三大核心痛点：1. 作业条件艰苦，司机室30米高空低头弯腰全人工操作，容易疲劳有安全隐患，易得职业病，45岁转岗；2. 人力需求高：每台龙门吊24小时作业配备4名司机轮换（3班倒+1备份），码头对司机人力需求高；3. 资源不能共享，码头不是所有轮胎吊同时作业，部分现场司机会闲置。轮胎吊实现远程控制之后，工作环境由恶劣高空到舒适办公室，由全人工到90%自动化，由“一人一吊”转变为“N人M（M4N）吊”，工作效率大幅提升；现场无人作业，极大的降低安全隐患。3.1.2 5G大上行在港口智慧化中的应用场景和价值传统吊机操控：1人1吊自动化改造：远程操控x18 x18 x18 x18远程吊机控制：N人多吊图6：传统轮胎吊与远程轮胎吊作业对比【5G网络需求】 5G龙门吊远控：单台龙门吊一般有1821路摄像头，单路视频分辨率480P1080P不等，按照1080P计算，每路视频上行速率要求在24Mbps，在同一时刻会选择810路视频同时上传用于远程操控，因此单个轮胎吊对上行速率的要求平均2040Mbps。每堆场有14区，业务繁忙时，每区可能会有2个龙门吊，因此一个堆场繁忙时总共约20台龙门吊同时工作，因此单堆场中对上行容量要求会达到400800Mbps。 5G无人集卡物流：单个堆场中还将有无人集卡业务，单个无人集卡业务对实时视频回传的要求为20Mbps以上，忙时单堆场的无人集卡数量可达20辆，所需上行容量将达到400Mbps。因此，当前单个堆场中两种业务对5G小区整体上行容量的需求将达到800Mbps1.2Gbps。由于行业客户对视频的I帧可靠性要求较高，未来会考虑预留36倍的冗余，因此对上行容量需求将会更高。5G港口作业属于室外局域场景，对5G上行的典型要求是：