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移動通信技術(shù)的發(fā)展
回顧移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程，第一代采用的是模擬技術(shù)，只能支持區(qū)域和距離限制的語音通話；第二代實現(xiàn)了數(shù)字化語音通訊，能進(jìn)行簡單的語音和文字類交互，比如短信和郵件等；第三代就是大家熟知的3G技術(shù)，以多媒體通訊為特征，可以支持語音、文字和視頻交互，但由于帶寬有限，在進(jìn)行大量數(shù)據(jù)交互時，如視頻交互時很難保證效果的流暢；第四代是正在鋪建的4G技術(shù)，通訊速率大幅提升，標(biāo)志著進(jìn)入無線寬帶年代。
5G，即第五代移動通信技術(shù)，國際電聯(lián)將5G應(yīng)用場景劃分為移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)兩大類。5G呈現(xiàn)出低時延、高可靠、低功耗的特點(diǎn)，已經(jīng)不再是一個單一的無線接入技術(shù)，而是多種新型無線接入技術(shù)和現(xiàn)有無線接入技術(shù)（4G后向演進(jìn)技術(shù)）集成后的解決方案總稱。
從當(dāng)前電信服務(wù)商做的基站測試結(jié)果看，5G的速度將會比4G更快且功耗更低，理論帶寬將突破每秒10G。這保證你能夠在一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影，而4G需要至少10分鐘。恰是由于這一得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，業(yè)界普遍認(rèn)為，5G將對智能工業(yè)、無人駕駛汽車、VR以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域產(chǎn)生重要推動作用。
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解讀5G技術(shù)
① 5G定義的三大場景
2016年，華為主推的PolarCode方案被國際無線標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)3GPP確定為eMBB場景的控制信道編碼方案，而數(shù)據(jù)信道的上行和下行短碼方案則歸屬高通LDPC碼。eMBB即增強(qiáng)移動寬帶，是3GPP會議上定義5G三大場景之一。華為的PolarCode信道編碼技術(shù)只是5G眾多核心技術(shù)的一種。除eMBB之外，5G場景還包括mMTC和URLLC。
5G定義的三大場景
② 5G支撐技術(shù)
1.網(wǎng)絡(luò)切片
網(wǎng)絡(luò)切片，本質(zhì)上就是將運(yùn)營商的物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，每一個虛擬網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同的服務(wù)需求，比如時延、帶寬、安全性和可靠性等來劃分，以靈活的應(yīng)對不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景。
就5G而言，由于涵蓋的應(yīng)用場景比較廣，包括移動寬帶、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)和關(guān)鍵任務(wù)型物聯(lián)網(wǎng)。
2.網(wǎng)絡(luò)的自組織
自組織的網(wǎng)絡(luò)是5G的重要技術(shù)，這就是網(wǎng)絡(luò)部署階段的自規(guī)劃和自配置;網(wǎng)絡(luò)維護(hù)階段的自優(yōu)化和自愈合。自配置即新增網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的配置可實現(xiàn)即插即用，具有低成本、安裝簡易等優(yōu)點(diǎn)。自規(guī)劃的目的是動態(tài)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃并執(zhí)行，同時滿足系統(tǒng)的容量擴(kuò)展、業(yè)務(wù)監(jiān)測或優(yōu)化結(jié)果等方面的需求。自愈合指系統(tǒng)能自動檢測問題、定位問題和排除故障，大大減少維護(hù)成本并避免對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗的影響。
3.超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)
5G網(wǎng)絡(luò)是一個超復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，在2G時代，幾萬個基站就可以做全國的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，但是到了4G中國的網(wǎng)絡(luò)超過500萬個。而5G需要做到每平方公里支持100萬個設(shè)備，這個網(wǎng)絡(luò)必須非常密集，需要大量的小基站來進(jìn)行支撐。同樣一個網(wǎng)絡(luò)中，不同的終端需要不同的速率、功耗，也會使用不同的頻率，對于QoS的要求也不同。這樣的情況下，網(wǎng)絡(luò)很容易造成相互之間的干擾。5G網(wǎng)絡(luò)需要采用一系列措施來保障系統(tǒng)性能：不同業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的實現(xiàn)、各種節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)方案、網(wǎng)絡(luò)的選擇以及節(jié)能配置方法等。
4.內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)
在5G網(wǎng)絡(luò)中，會存在大量復(fù)雜業(yè)務(wù)，尤其是一些音頻、視頻業(yè)務(wù)大量出現(xiàn)，某些業(yè)務(wù)會出現(xiàn)瞬時爆炸性的增長，這會影響用戶的體驗與感受。這就需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，讓網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)內(nèi)容爆發(fā)性增長的需要。
內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中添加新的層次，即智能虛擬網(wǎng)絡(luò)。CDN系統(tǒng)綜合考慮各節(jié)點(diǎn)連接狀態(tài)、負(fù)載情況以及用戶距離等信息，通過將相關(guān)內(nèi)容分發(fā)至靠近用戶的CDN代理服務(wù)器上、實現(xiàn)用戶就近獲取所需的信息，使得網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況得以緩解，縮短響應(yīng)時間，提高響應(yīng)速度。
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全球5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
2017年，全球5G移動通信時代腳步越來越近，各國政府紛將5G建設(shè)及應(yīng)用發(fā)展視為國家重要目標(biāo)，各技術(shù)陣營的5G電信營運(yùn)商及設(shè)備業(yè)者亦蓄勢待發(fā)，5G市場戰(zhàn)火一觸即發(fā)。
2018年，美國運(yùn)營商將在局部城市開始5G部署，Verizon將在28GHz的毫米波頻段開始針對固定無線接入場景的非3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G獨(dú)立組網(wǎng)部署，隨后將轉(zhuǎn)向3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G部署；而AT&T則宣稱將開始基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G NSA的商用部署。而韓國KT在2018年2月的平昌冬奧會上展示28GHz的，基于非3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G系統(tǒng)的應(yīng)用，隨后也將轉(zhuǎn)向3GPP的5G NR的NSA部署。
1、中國
我國計劃于2018年完成IMT-2020標(biāo)準(zhǔn)的征集，預(yù)計2020年實現(xiàn)5G的商用。我國“十三五”期間，將重點(diǎn)推動形成全球統(tǒng)一的5G標(biāo)準(zhǔn)，基本完成5G芯片及終端、系統(tǒng)設(shè)備研發(fā)，推動5G支撐移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用融合創(chuàng)新發(fā)展，為2020年啟動5G商用奠定了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。
2、美國
早在2016年年中，美國政府就對5G網(wǎng)絡(luò)的無線電頻率進(jìn)行了分配，計劃在2018年實現(xiàn)全面的商用。當(dāng)時美國政府也向電信公司提供了資助，在四座城市進(jìn)行5G的先期試驗。
2017年，美國運(yùn)營商Verizon正式宣布將于2018年下半年在美國部分地區(qū)部署5G商用無線網(wǎng)和5G核心網(wǎng)。由設(shè)備商愛立信提供5G核心網(wǎng)、5G無線接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)以及和相關(guān)服務(wù)，這將加快基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G解決方案的商用。
3、日本
與韓國冬奧會相似，日本2020年東京奧運(yùn)會以及殘奧會也成了日本發(fā)展5G的重要助力。為配合2020年東京奧運(yùn)會和殘奧會的舉辦，日本各運(yùn)營商將在東京都中心等部分地區(qū)啟動5G的商業(yè)利用，隨后逐漸擴(kuò)大區(qū)域。
日本三大移動運(yùn)營商N(yùn)TT DoCoMo、KDDI和軟銀計劃將于2020年在一部分地區(qū)啟動5G服務(wù)，預(yù)計在2023年左右將5G的商業(yè)利用范圍擴(kuò)大至日本全國，而總投資額或達(dá)5萬億日元之多。
4、歐盟
作為歐洲地區(qū)規(guī)模較大的區(qū)域性經(jīng)濟(jì)合作的國際組織，歐盟也不會允許自己在這場全球5G盛宴中缺席。
2017年7月初步協(xié)議的基礎(chǔ)上，歐盟不久前確立了5G發(fā)展路線圖，該路線圖列出了主要活動及其時間框架。通過路線圖，歐盟就協(xié)調(diào)5G頻譜的技術(shù)使用和目的以及向電信運(yùn)營商分配的計劃達(dá)成了一致。歐盟電信委員會的成員國代表同意到2025年將在歐洲各城市推出5G的計劃。
5、韓國
相較于全球其他國家計劃在2020年實現(xiàn)5G商用化的目標(biāo)，韓國似乎想更早一點(diǎn)開展實踐行動。在2017年4月，韓國第二大電信商韓國電信(KT)和愛立信以及其他技術(shù)合作伙伴宣布已經(jīng)就2017年進(jìn)行5G試驗網(wǎng)的部署和優(yōu)化的步驟和細(xì)節(jié)達(dá)成共識，包括技術(shù)聯(lián)合開發(fā)計劃等。
2018平昌冬季奧運(yùn)會，韓國實現(xiàn)了5G首秀，由韓國電信運(yùn)營商KT聯(lián)手愛立信(基站設(shè)備等)、三星(終端設(shè)備等)、思科(數(shù)據(jù)設(shè)備等)、英特爾(芯片等)、高通(芯片等)等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)公司全程提供的5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，成為5G全球首個大范圍的準(zhǔn)商用服務(wù)。
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5G在智能工廠的主要應(yīng)用場景
1.物聯(lián)網(wǎng)
2.工業(yè)自動化控制
自動化控制是制造工廠中最基礎(chǔ)的應(yīng)用，核心是閉環(huán)控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的控制周期內(nèi)每個傳感器進(jìn)行連續(xù)測量，測量數(shù)據(jù)傳輸給控制器以設(shè)定執(zhí)行器。典型的閉環(huán)控制過程周期低至ms級別，所以系統(tǒng)通信的時延需要達(dá)到ms級別甚至更低才能保證控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確控制，同時對可靠性也有極高的要求。如果在生產(chǎn)過程中由于時延過長，或者控制信息在數(shù)據(jù)傳送時發(fā)生錯誤可能導(dǎo)致生產(chǎn)停機(jī)，會造成巨大的財務(wù)損失。
5G可提供極低時延長、高可靠，海量連接的網(wǎng)絡(luò)，使得閉環(huán)控制應(yīng)用通過無線網(wǎng)絡(luò)連接成為可能?；谌A為5G的實測能力：空口時延可到0.4ms,單小區(qū)下行速率達(dá)到20Gbps，小區(qū)最大可支持1000萬+連接數(shù)。由此可見，移動通信網(wǎng)絡(luò)中僅有5G網(wǎng)絡(luò)可滿足閉環(huán)控制對網(wǎng)絡(luò)的要求。
3.物流追蹤
在目前已成規(guī)模的機(jī)器對機(jī)器市場中，其應(yīng)用將包括人員跟蹤和在途高價商品等。但（較）高連接成本限制了該市場的增長。預(yù)計5G將在深度覆蓋、低功耗和低成本（規(guī)模經(jīng)濟(jì)）以及作為3GPP標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)方面提供額外優(yōu)勢。5G提供的改進(jìn)將包括在廣泛產(chǎn)業(yè)中優(yōu)化物流，提升工人安全和提高資產(chǎn)定位與跟蹤的效率，從而最小化成本。它還將擴(kuò)展能力以實現(xiàn)動態(tài)跟蹤更廣泛的在途商品。隨著在線購物增多，資產(chǎn)跟蹤將變得更加重要。
在物流方面，從倉庫管理到物流配送均需要廣覆蓋、深覆蓋、低功耗、大連接、低成本的連接技術(shù)。此外，虛擬工廠的端到端整合跨越產(chǎn)品的整個生命周期，要連接分布廣泛的已售出的商品，也需要低功耗、低成本和廣覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)內(nèi)部或企業(yè)之間的橫向集成也需要無所不在的網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)能很好的滿足這類需求。
4.工業(yè)AR
在未來智能工廠生產(chǎn)過程中，人將發(fā)揮更重要的作用。然而由于未來工廠具有高度的靈活性和多功能性，這將對工廠車間工作人員有更高的要求。為快速滿足新任務(wù)和生產(chǎn)活動的需求，增強(qiáng)現(xiàn)實AR將發(fā)揮很關(guān)鍵作用，在智能制造過程中可用于如下場景：如：監(jiān)控流程和生產(chǎn)流程。生產(chǎn)任務(wù)分步指引，例如手動裝配過程指導(dǎo)；遠(yuǎn)程專家業(yè)務(wù)支撐，例如遠(yuǎn)程維護(hù)。
在這些應(yīng)用中，輔助AR設(shè)施需要最大程度具備靈活性和輕便性，以便維護(hù)工作高效開展。因此需要將設(shè)備信息處理功能上移到云端，AR設(shè)備僅僅具備連接和顯示的功能，AR設(shè)備和云端通過無線網(wǎng)絡(luò)連接。AR設(shè)備將通過網(wǎng)絡(luò)實時獲取必要的信息（例如，生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)、以及故障處理指導(dǎo)信息）。在這種場景下AR眼鏡的顯示內(nèi)容必須與AR設(shè)備中攝像頭的運(yùn)動同步，以避免視覺范圍失步現(xiàn)象。通常從視覺移動到AR圖像反應(yīng)時間低于20ms，則會有較好的同步性，所以要求從攝像頭傳送數(shù)據(jù)到云端到AR顯示內(nèi)容的云端回傳需要小于20mms，除去屏幕刷新和云端處理的時延，則需無線網(wǎng)絡(luò)的雙向傳輸時延在10ms內(nèi)才能滿足實時性體驗的需求。而該時延要求，LTE網(wǎng)絡(luò)無法滿足。
5.云化機(jī)器人
在智能制造生產(chǎn)場景中，需要機(jī)器人有自組織和協(xié)同的能力來滿足柔性生產(chǎn)，這就帶來了機(jī)器人對云化的需求。和傳統(tǒng)的機(jī)器人相比，云化機(jī)器人需要通過網(wǎng)絡(luò)連接到云端的控制中心，基于超高計算能力的平臺，并通過大數(shù)據(jù)和人工智能對生產(chǎn)制造過程進(jìn)行實時運(yùn)算控制。
通過云技術(shù)機(jī)器人將大量運(yùn)算功能和數(shù)據(jù)存儲功能移到云端，這將大大降低機(jī)器人本身的硬件成本和功耗。并且為了滿足柔性制造的需求，機(jī)器人需要滿足可自由移動的要求。因此在機(jī)器人云化的過程中，需要無線通信網(wǎng)絡(luò)具備極低時延和高可靠的特征。
5G技術(shù)已經(jīng)成為支撐智能制造轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵使能技術(shù)。5G技術(shù)可以利用三大場景將分布廣泛、零散的人、機(jī)器和設(shè)備全部連接起來，構(gòu)建統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。由于實時性和可靠性高，5G技術(shù)不但能應(yīng)用于工業(yè)場景中，還能支撐起個人移動化互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。5G技術(shù)的發(fā)展可以幫助制造企業(yè)擺脫以往無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較為混亂的應(yīng)用狀態(tài)，這對于推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實施以及智能制造的深化轉(zhuǎn)型有著積極的意義。
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5G推動智能工廠生產(chǎn)與管理變革
① 助推柔性制造
5G利用其自身無可比擬的獨(dú)特優(yōu)勢，助力柔性化生產(chǎn)的大規(guī)模普及。
② 工廠維護(hù)模式升級
5G帶來的不僅是萬物互聯(lián)，還有信息交互，使得味蕾智能工廠的維護(hù)工作突破工廠邊界。
③ 機(jī)器替代人做管理
5G使機(jī)器人成為中基層管理人員，通過信息計算和精確判斷，進(jìn)行生產(chǎn)協(xié)調(diào)和生產(chǎn)決策。
④ 網(wǎng)絡(luò)資源按需分配
5G利用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)保證按需分配網(wǎng)絡(luò)資源，以滿足不同制造場景下對網(wǎng)絡(luò)的要求。
5G時代的智能工廠將大幅改善勞動條件，減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，提高生產(chǎn)過程可控性，最重要的是借助于信息化技術(shù)打通企業(yè)的各個流程，實現(xiàn)從設(shè)計、生產(chǎn)到銷售各個環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)資源的整合優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
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5G產(chǎn)業(yè)鏈布局與供應(yīng)商分析
從基帶芯片出貨量看，2016年高通、聯(lián)發(fā)科、展訊、三星、Intel和海思位列全球手機(jī)基帶芯片市場前六位，占比分別為33.7%、29.7%、23.4%、4.7%、3%和2.1%。從技術(shù)上實力分析，高通、Intel、三星和海思比較強(qiáng)，占據(jù)了高端市場。
② 無線通信模組產(chǎn)業(yè)鏈
無線通信模塊是連接物聯(lián)網(wǎng)感知層和網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，屬于底層硬件環(huán)節(jié)，具備其不可替代性，無線模組按功能分為"通信模組"與"定位模組"。
目前，在無線通信模組領(lǐng)域，國外龍頭主要有Sierra、TelIT、U-blox等，無論是規(guī)模還是毛利率要遠(yuǎn)高于國內(nèi)廠商。國內(nèi)第一梯隊公司有芯訊通、移遠(yuǎn)通信、中興物聯(lián)、廣和通等，按出貨量算已經(jīng)可以和國外龍頭相媲美。但由于國內(nèi)競爭比較激烈，這些廠商的毛利率普遍低于國外。隨著品牌和規(guī)模效應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)很可能會形成“贏者通吃”的局面，產(chǎn)業(yè)集中度有望進(jìn)一步提升。
③ 射頻芯片產(chǎn)業(yè)鏈
就是將無線電信號通信轉(zhuǎn)換成一定的無線電信號波形， 并通過天線諧振發(fā)送出去的一個電子元器件。射頻芯片架構(gòu)包括接收通道和發(fā)射通道兩大部分。
射頻前端芯片是移動智能終端產(chǎn)品的核心組成部分，追求低功耗、高性能、低成本是其技術(shù)升級的主要驅(qū)動力，也是芯片設(shè)計研發(fā)的主要方向。射頻前端芯片與處理器芯片不同，后者依靠不斷縮小制程實現(xiàn)技術(shù)升級，而作為模擬電路中應(yīng)用于高頻領(lǐng)域的一個重要分支，射頻電路的技術(shù)升級主要依靠新設(shè)計、新工藝和新材料的結(jié)合。
④ 光模塊產(chǎn)業(yè)鏈
光模塊的作用就是光電轉(zhuǎn)換，發(fā)送端把電信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纖傳送后，接收端再把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光模塊由光電子器件、功能電路和光接口等組成。
光芯片是模塊中價值量最集中的環(huán)節(jié)，在光模塊中成本占比30%-50%，高端產(chǎn)品中占比甚至能夠達(dá)到50%-70%。目前，光芯片及上游材料競爭行業(yè)壁壘較高，高端芯片主要由美國等海外廠商壟斷，國外大廠占據(jù)高端光芯片90%以上市場份額，被美、日廠商壟斷;國內(nèi)光芯片廠商以10G及以下產(chǎn)品為主，核心技術(shù)能力亟待突破。目前國內(nèi)具有成熟光芯片制造能力的廠商主要有光迅科技、昂納科技、海信寬帶。
⑤ 系統(tǒng)集成產(chǎn)業(yè)鏈
面向應(yīng)用場景的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)在于系統(tǒng)集成與應(yīng)用服務(wù)，主要包括系統(tǒng)集成與行業(yè)解決方案、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)平臺解決方案、增值業(yè)務(wù)和行業(yè)應(yīng)用等部分。
5G面向應(yīng)用場景的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)在于系統(tǒng)集成與應(yīng)用服務(wù)，主要包括系統(tǒng)集成與行業(yè)解決方案、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)平臺解決方案、增值業(yè)務(wù)和行業(yè)應(yīng)用等部分。各環(huán)節(jié)的主流廠商包括系統(tǒng)平臺綜合集成的華為、中興通訊、烽火通信、新華三、星網(wǎng)銳捷；大數(shù)據(jù)應(yīng)用的東方國信、天源迪科、拓爾思；物聯(lián)網(wǎng)平臺與解決方案的宜通世紀(jì)、高新興、拓邦股份；增值業(yè)務(wù)服務(wù)與平臺的北緯通信、拓維信息、四維圖新、夢網(wǎng)榮信等。
