2022年5G汽車智造技術(shù)白皮書

5G+汽車智造技術(shù)白皮書202365G+汽車智造技術(shù)白皮書5G+汽車智造技術(shù)白皮書目錄一、汽智造景與務(wù)需求 3（）汽智能造業(yè)需求 3（）汽智造務(wù)的絡(luò)需求 6業(yè)務(wù)KQI與絡(luò)KPI關(guān)聯(lián) 6汽智造的5G網(wǎng)指標(biāo)求 8二、面汽車造5G-Advanced關(guān)技術(shù) 11（）URLLC技術(shù) 115GURLLC的鍵技術(shù) 115G-AURLLC增技術(shù) 12補(bǔ)TDD技術(shù) 12載波HARQ反和重傳 13展FDD系子載間隔 14（）高定技術(shù) 15（）數(shù)物/無物聯(lián)術(shù) 17（）大行技術(shù) 18靈幀結(jié)構(gòu) 18載聚合 18靈頻譜入與下行耦 19分式MassiveMIMO增強(qiáng) 20（）可性與務(wù)確性技術(shù) 20鏈級(jí)保技術(shù) 20設(shè)級(jí)保技術(shù) 22運(yùn)級(jí)保技術(shù) 25（）5G與業(yè)融技術(shù) 27工協(xié)議over5G演進(jìn) 275G內(nèi)確定性 29XSO跨協(xié)同術(shù) 31三、汽智造合解方案 34（）概述 34（）無網(wǎng)解方案 36（）核網(wǎng)融方案 37（）智運(yùn)維決方案 38四、5G-A在車智的實(shí)踐 39五、總和展望 435G+汽車智造技術(shù)白皮書5G+汽車智造技術(shù)白皮書--一、汽車智造場(chǎng)景與業(yè)務(wù)需求（一）汽車智能制造業(yè)務(wù)需求O//需求場(chǎng)景1：I/O、機(jī)器人控制O環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，其中工業(yè)總線/工業(yè)以太網(wǎng)使用專用線纜，接口在多任務(wù)切換場(chǎng)景中，由于需要與不同外掛O間頻繁插拔切換25G有效提升產(chǎn)線效率。當(dāng)前焊裝車間PC南向O和機(jī)器人控制業(yè)務(wù)無線化需求迫切，通過G無線化機(jī)器人控制器PC與其外掛OC與OsPC與O.~%。需求場(chǎng)景2：數(shù)據(jù)采集與AI機(jī)器視覺AI機(jī)器視覺的應(yīng)用是通過在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)部署工業(yè)相機(jī)或激光器掃5GMEC65據(jù)在本地經(jīng)過AI，.。需求場(chǎng)景3：定位管理1m~3m精.m需求場(chǎng)景4：物料與資產(chǎn)自動(dòng)盤存0單個(gè)區(qū)塊l)m范圍內(nèi)有上千料箱。從車間的道口到地存儲(chǔ)在小尺寸、超低成本的標(biāo)簽中，實(shí)現(xiàn)周期小時(shí)級(jí)別、面積（18mx18m）級(jí)別內(nèi)的上千料箱的自動(dòng)遠(yuǎn)程快速盤存、庫位級(jí)別1~3m表1典型應(yīng)用場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求應(yīng)用場(chǎng)景需求時(shí)延/抖動(dòng)可靠性帶寬/O抖動(dòng)<4ms99%小包AI99%300Mbps設(shè)備與人員定位管理秒級(jí)~3m物料資產(chǎn)自動(dòng)盤存秒級(jí)定位精度1~3m1給出了典型應(yīng)用場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求。要實(shí)現(xiàn)5G5G能力基礎(chǔ)上聚合URLLC、（二）汽車智造業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)需求業(yè)務(wù)KQI與網(wǎng)絡(luò)KPI通信服務(wù)可用性生產(chǎn)節(jié)拍和安全三方面的應(yīng)用KQIKPI圖1業(yè)務(wù)KQI和KPI指標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系響應(yīng)用KQI接收包間隔影響可用性：一般汽車制造場(chǎng)景應(yīng)用更多的工業(yè)協(xié)議Profinet（次通信服務(wù)可用性5G5G對(duì)網(wǎng)絡(luò)的KPI5G平均時(shí)延5G5G5G在完整的汽車制造產(chǎn)線上不僅會(huì)涉及前面提到的焊接車間與總高可靠低時(shí)延業(yè)務(wù)三個(gè)網(wǎng)絡(luò)KPI5G-A5G-AKPI4ms@99.999%。大上行業(yè)務(wù)來越復(fù)雜，機(jī)器視覺應(yīng)用從傳統(tǒng)工業(yè)視覺向基于深度學(xué)習(xí)的AI工業(yè)視覺過渡。圖2機(jī)器視覺業(yè)務(wù)示意圖5GAI一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多次高精度的拍照并將照片實(shí)時(shí)傳輸?shù)阶R(shí)別管理系統(tǒng)。假設(shè)采用05105MBe，50m1mm50150mm，20632bit度彩色相機(jī)，則上行帶寬約為300Mbps。5G+汽車智造技術(shù)白皮書5G+汽車智造技術(shù)白皮書--定位業(yè)務(wù)無線定位是工業(yè)的普遍剛需，主要包含如下場(chǎng)景：場(chǎng)景一：電子圍欄/米級(jí)精度即可滿足業(yè)務(wù)需求場(chǎng)景二：車輛調(diào)度車輛調(diào)度主要面向?qū)崿F(xiàn)物流操作的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)叉車位置以及米級(jí)精度通?？蓾M足業(yè)務(wù)需求Pad/Pad場(chǎng)景三：資產(chǎn)跟蹤定位需達(dá)到亞米級(jí)精度。二、面向汽車智造5G-Advanced關(guān)鍵技術(shù)（一）URLLC技術(shù)5GURLLCG主要通過URC端到端低時(shí)延技術(shù)：針對(duì)URLLC業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)專用的高優(yōu)先級(jí)的I指示來減少業(yè)務(wù)調(diào)度排隊(duì)時(shí)延，并支持URC高ARPPDCP空口低時(shí)延增強(qiáng)技術(shù)：通過物理層的非時(shí)隙調(diào)度、配置授權(quán)URLLC與eMBB5G空口RTT空口高可靠增強(qiáng)技術(shù)：通過物理層重復(fù)傳輸、調(diào)制與編碼方5G5GAs5G-AURLLC互補(bǔ)TDDTDD時(shí)延，例如DL：U2或:3等。當(dāng)一個(gè)上行的數(shù)據(jù)包沒有在可因此會(huì)增加TDD針對(duì)這一問題，5G-ATDDTDDFDD0UL:DUL:UE以CTTI實(shí)現(xiàn)TTI3互補(bǔ)TDD互補(bǔ)TD的兩載波可以為itea或itrad（）的載波。對(duì)于itradTDD收發(fā)跨載波HARQ等待ACK/NACKHARQ反饋或數(shù)據(jù)包重傳且需要3GPPR17已支持跨載波HARQ過DI調(diào)度和半靜態(tài)配置兩種方式選擇反饋AQ對(duì)于互補(bǔ)TDDAQTTI級(jí)4互補(bǔ)TDD的跨載波HARQ對(duì)于跨載波的重傳，實(shí)現(xiàn)TI級(jí)的靈活重傳調(diào)度需要打破現(xiàn)有HARQ進(jìn)程管理的機(jī)制。互補(bǔ)TDDTDD的兩個(gè)載波共享16HARQPUSCH和PHAQUE忽略小區(qū)D的不同，PUSCH/PDSCH數(shù)據(jù)通過其它載波重傳。擴(kuò)展FDDFDDURLLCFDD頻譜方面，聯(lián)通和電信在.z頻段有z的優(yōu)質(zhì)頻譜資源，可以承載一定容量的URLLC5GFDD15kHz30kHz26ms30kHz時(shí)，F(xiàn)DD4ms。5GFDD30kHz5GFDD15kHz30kHz30kHz5G-AFDD5FDD（二）高精定位技術(shù)5GSRS場(chǎng)強(qiáng)定位、UTDOA定位等，1~3米。SRSSRSRRUUTDOA定位技術(shù)則是基于接收的pRRU間RS信號(hào)到達(dá)時(shí)延差TDTieiffeeefArial知的RRU位置計(jì)算UERedCapATE態(tài)進(jìn)行定位RS信號(hào)及PUH小包數(shù)據(jù)DT（smalldatatransmission）發(fā)送，讓終端該功能通過大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)的方式，滿足終端的低功耗需求。5GPRS/SRSNR潛力，縮短定位延遲；基于DT技術(shù)擴(kuò)展和深化在ile和atie的有效性很大程度上取決于接收機(jī)是否能對(duì)不同載頻上的定位信號(hào)載波相位定位：NR載波相位定位主要包括UE-Based和UEied載波相位定位、上行載波相位定位和下行載波相位定低功耗高精度定位：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景對(duì)低功耗、高精度定位要求。GAATE定位精度<1m（90%），定位間隔/15-30秒的情況下，UE6個(gè)月-1RedCapUE5G標(biāo)準(zhǔn)雖然可支持RedCap終端定位，但并未評(píng)估RedCap終端能力對(duì)定位性能的影響，也沒有定義RedCapUE5G-ARedCapUE定位的相關(guān)內(nèi)容，評(píng)估RedCap終端的定位性能，研究是否需要進(jìn)一步增強(qiáng)RedCapRedCapSidelink定位：研究SL定位參考信號(hào)，包括信號(hào)設(shè)計(jì)、資源分idelik（三）數(shù)采物聯(lián)/無源物聯(lián)技術(shù)NRRedcap5G。微型傳感類連接的典型場(chǎng)景包括能源電力的設(shè)備本體溫度監(jiān)控以及5G-A空口設(shè)置支持超低成本免電池終端并通過對(duì)調(diào)制編碼和幀結(jié)構(gòu)等優(yōu)（四）大上行技術(shù)超高分辨率表面質(zhì)檢上行需求80Mbps，復(fù)合材料拼縫在線檢測(cè)上行350Mbps660Mbps5GG.s350Mbps250Mbps。行解耦和分布式O靈活幀結(jié)構(gòu):3圖6大上行幀結(jié)構(gòu)示意圖載波聚合FR1FR2頻混合網(wǎng)絡(luò)中，可以采用NR-DC/CA勢(shì)和高頻的大帶寬優(yōu)勢(shì)，在sub6GHz可以通過n1+n78+n78下行3n1+n78/n78+n782圖7載波聚合示意圖靈活頻譜接入與上下行解耦5G25G-A靈活上行頻譜接入技術(shù)可以使終端動(dòng)態(tài)靈活的使用更多上行頻譜資源，包括TDDFDD和SUL32個(gè)的頻段，然后網(wǎng)絡(luò)基于各頻段的業(yè)務(wù)量、TDD幀配置1的頻段給用戶以更好的適應(yīng)信道條件、調(diào)度當(dāng)前為上行時(shí)隙的TDD頻段給用戶以更加有效的利用TDD分布式MassiveMIMO分布式O增強(qiáng)可有效提升上行容量，通過eO技術(shù)將n個(gè)連續(xù)覆蓋的4T4R4nT4nR的小區(qū)來消除小區(qū)邊界，在降低小區(qū)間干擾的同時(shí)可以通過UO圖8分布式aieO（五）可靠性與業(yè)務(wù)確定性技術(shù)鏈路級(jí)保障技術(shù)GGAGGA到之間建立了兩條并行的通信鏈路，如下圖：圖9鏈路級(jí)保障技術(shù)示意圖CPE中的雙模組同時(shí)發(fā)：PterPreiesEit在這種方案中，兩個(gè)終端設(shè)備通過連接到一個(gè)專門的雙發(fā)選收網(wǎng)eiGGA設(shè)備級(jí)保障技術(shù)核心網(wǎng)用戶面采用EltiaesEdetig）負(fù)荷分擔(dān)，控制面采用大網(wǎng)組l承載環(huán)形組網(wǎng)，通過環(huán)形路徑提供數(shù)據(jù)傳輸?；竞徒K端設(shè)備沒有冗余，因此需要人工干預(yù)來處理故障并恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)。在基礎(chǔ)可用性方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行增強(qiáng)，采用更多的冗余機(jī)制，這種方案可以實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)的自動(dòng)倒換，減少故障影響并提高恢復(fù)速度。方案部署示意圖如下：圖10高可用性方案組網(wǎng)示意圖分布式O同RHUB下的PRRUPRRUPHUB，確保O系統(tǒng)提供了高可用性、可靠性和用戶體驗(yàn)的保障?；緜?cè)采用站內(nèi)關(guān)鍵單板冗余，例如U（aadUit）終端設(shè)備建議采用1+1備份，即備用設(shè)備能夠快速接管主設(shè)備的功能。1+1圖11超高可用性方案組網(wǎng)示意圖運(yùn)維級(jí)保障技術(shù)基于前期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以獲得滿足網(wǎng)絡(luò)要求的開銷最低的網(wǎng)絡(luò)方SLATTISLA智能調(diào)度中心檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)SLA存在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，進(jìn)行跨域協(xié)同SLA智能調(diào)度中心無法找到最優(yōu)解，則把監(jiān)控到的用戶SLA狀態(tài)信息上報(bào)給上層系統(tǒng)，供上層系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)保障業(yè)務(wù)SLA（）。圖12運(yùn)維級(jí)優(yōu)化方案示意圖單域自治部署在基站，主要包括SLASLASLAMACRLCPDCP數(shù)據(jù)包滿足一定時(shí)延目標(biāo)的可靠性指標(biāo)。無線智能SLA算法根據(jù)SLA調(diào)整調(diào)度優(yōu)先級(jí)或者ERCNTN、RANSLA域協(xié)同系統(tǒng)綜合考慮CNTNRANSLA目達(dá)成EEA智能調(diào)度中心基于各域上報(bào)的PISLAE2ESLA目標(biāo)QoS配置要求，對(duì)每類況考慮策略，如TCP協(xié)議的慢啟動(dòng)、擁塞控制等機(jī)制，部分視頻流（六）5G與工業(yè)融合技術(shù)工業(yè)協(xié)議over5Gover5G5Gover5G13over5G5GE2E5GLAN5G/IP5G5G5GLAN負(fù)面影響：//因此，隧道封裝的方式并不是工業(yè)協(xié)議over5G5GE2ELAN5GEthernet5GE2E/E2E隨著工業(yè)協(xié)議over5G5G5G5GTSN5G3GPPR165G5GSTSN網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)虛擬或邏輯TSNTSN145GTSNTSN5G5G5GTSNTSN息下發(fā)以及QoS在UPF和UE側(cè)分別增加邏輯功能NW-TT及DS-TT802.15GSTSN802.1QbvTSNAF5GSTSNTSNCNC引入?yún)⒖级〞r(shí)信令SIB9、RRCUE根據(jù)TSN5G分配更小的預(yù)配置資源周期；可以同時(shí)配置和激活多套預(yù)配置資源。5G網(wǎng)絡(luò)與TSN145GSTSNR17/R185GTSN5G155G新增網(wǎng)元TSCTSF5GTSN與外部AFTSCAIRAN進(jìn)一步擴(kuò)展時(shí)間同步能力，通過靈活配置同步主控，增強(qiáng)時(shí)支持UE-UETSN支持時(shí)間同步能力開放增強(qiáng)、支持TSN155GTSN，5GTSNTSNTSN，5G性內(nèi)生能力，不依賴于TSN不論采用上述何種方式，5GURLLC的XSOXSO5GTSCTSFTSN5G持現(xiàn)有的Profinet等工業(yè)協(xié)議傳輸?？缬騾f(xié)同主要實(shí)現(xiàn)流程如下：5G無5G5GXSO發(fā)送時(shí)間起點(diǎn)發(fā)送起點(diǎn)調(diào)整量；發(fā)送時(shí)間起點(diǎn)：基于雙方約定的時(shí)間機(jī)制，提供周期發(fā)包發(fā)送起點(diǎn)調(diào)整量：指示周期報(bào)文后續(xù)的發(fā)送調(diào)整量（向前）；over5G5G5GXSO5G了滿足業(yè)務(wù)的SLA體驗(yàn)要求，需要預(yù)留多個(gè)調(diào)度機(jī)會(huì)保障，16(aXSO跨域協(xié)同技術(shù)后，5G16(b)/5G （a）應(yīng)用前 （b）應(yīng)用后圖16XSO在單個(gè)工控業(yè)務(wù)應(yīng)用中的效果從多個(gè)工控業(yè)務(wù)角度：多個(gè)工控設(shè)備間存在業(yè)務(wù)隨機(jī)并發(fā)，峰均比高（并發(fā)峰值高、均值低、不均勻）17(a)所示；一方面會(huì)導(dǎo)致部分工控設(shè)備引入緩存等待、時(shí)延可靠性5GXSO17(b低、體驗(yàn)提升，并且無線系統(tǒng)URLLC （a）應(yīng)用前 （b）應(yīng)用后圖17XSO在多個(gè)工控業(yè)務(wù)應(yīng)用中的效果XSO5G統(tǒng)一的一套雙向協(xié)同感知調(diào)度接口Over5G三、汽車智造融合解決方案（一）概述汽車智造融合解決方案是為滿足汽車智造場(chǎng)景多業(yè)務(wù)共存的需（SLA）。滿足URLLC（超可靠低延遲通信）、大上行、定位和工業(yè)物聯(lián)等多在核心網(wǎng)方面，通過下沉核心網(wǎng)的UPF模塊等技術(shù)手段，進(jìn)一圖18汽車智造融合解決方案示意圖（二）無線網(wǎng)解決方案T網(wǎng)承載了工廠級(jí)或車間級(jí)ATPPOT網(wǎng)則承載產(chǎn)線級(jí)A要求較高的工業(yè)控制類業(yè)務(wù)，基于工業(yè)以太實(shí)現(xiàn)。另外，AVG、無人VR/AR5G精準(zhǔn)定位及大上行等技術(shù)可以滿足當(dāng)前汽車智造的TOT/定位的多5G5GMassiveMIMO5G3.5G300M，通過載波聚合、上下行時(shí)隙配比的調(diào)整，極大的提升上可以通過互補(bǔ)TDD4mseMBB業(yè)務(wù)與URLLC3.3GHz3.5GHz（三）核心網(wǎng)融合方案核心網(wǎng)需要業(yè)務(wù)角度出發(fā)保障業(yè)務(wù)SLA、數(shù)據(jù)安全等工業(yè)場(chǎng)景需求，而UPF5G核心網(wǎng)中用戶平面數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)UPF下沉的部署方式滿足業(yè)務(wù)時(shí)延、數(shù)據(jù)UPF以汽車制造企業(yè)為例，UPF應(yīng)具備工廠、車間、產(chǎn)線多種部署能力，以滿足各類型多樣化的場(chǎng)景需求，包括生產(chǎn)OT級(jí)融合部署、生產(chǎn)T能力工廠級(jí)部署、生產(chǎn)OT能力車間級(jí)部署、生產(chǎn)OTSLAUPF+MEC5GUPF區(qū)UPF下，可通過設(shè)置主備UFP（四）智能運(yùn)維解決方案智能運(yùn)維方案通過網(wǎng)絡(luò)可視化、基于連接的業(yè)務(wù)SLA監(jiān)控、故整體智能運(yùn)維解決方案關(guān)鍵能力如