2021年上半年,国内5G推进取得了不错的进展。

 

根据工信部最新的数据统计,截止6月底,国内5G基站数量达到96.1万,即将突破百万大关。而国内5G终端连接数,也相比年初猛增83.4%,达到了惊人的3.65亿,占全球总数的80%以上。

 

就在5G一路高歌猛进的同时,国家对5G的发展战略做出了新的调整。

 

2021年7月,工信部等十部门联合发布了《5G应用“扬帆”行动计划》。根据这份计划,国家将大力推动5G行业应用的落地,深入推进5G应用新产品、新业态、新模式,为经济社会各领域的数字化转型、智能升级、融合创新提供有力支撑。

 

这意味着,5G在垂直行业领域,开始了真正的爬坡期。爬坡的成败,直接影响到数字化转型这场重要战役的进程和走向。

 

▉ R16——5G真正的核心能力

众所周知,5G分为三大应用场景,分别是eMBB(增强型移动宽带)、uRLLC(低时延高可靠通信)、mMTC(海量物联网通信)。

 

 

eMBB是4G时代MBB(移动宽带)的升级,主要侧重于网络速率、带宽容量、频谱效率等指标。目前我们使用的5G手机通信,就属于eMBB场景。

 

而uRLLC和mMTC,前者侧重可靠性和时延,后者侧重连接数和能耗。两者都是主要服务于行业互联网,包括工业、能源、物流、教育、金融等垂直行业领域。

 

作为5G标准的制定者,3GPP将上述三大应用场景安排在两个阶段予以实现,也就是大家所熟知的R15和R16阶段。

 

R15主要针对eMBB场景,标准冻结于2019年3月。R16,则是针对uRLLC和mMTC场景,标准冻结于2020年7月。

 

 

相比于为消费互联网服务的R15,R16关注的是垂直行业的需求实现,以及5G整体系统的性能提升。R16的主要功能包括面向智慧交通(远程驾驶、自动驾驶)领域的5G V2X,面向工业互联网领域的uRLLC增强以及TSN时间敏感网络。此外,还包括LAA、非授权频谱(NR-U)、定位增强、MIMO增强、功耗改进等。

 

R16的冻结,意味着5G标准的真正完成,也标志着5G面向垂直行业应用的探索,正式启动。

 

如今,整整一年过去了,我们欣喜地看到,5G在工业制造、交通港口、煤矿油田、医疗健康等行业,孵化了大量灯塔项目,树立了众多示范标杆。5G不仅推动了各个行业的数字化转型,还激发了整个社会的融合创新,加速了“数字中国”的建设进程。

 

 

近日,紫光展锐联合中国联通,成功完成了全球首个基于3GPP R16标准的eMBB+uRLLC+IIoT的端到端业务验证,意义更是非比寻常。

 

在验证过程中,R16基于工业互联场景,展示了1微秒高精度授时、1毫秒空口时延、5毫秒以内端到端时延、99.999%可靠性等多项特性,完美实现了差动保护、高精度机器协作以及工业局域网等实例。

 

接下来,我们详细看看R16增强特性究竟意味着什么,会给产业带来怎样的改变。

 

▉ R16的关键特性分析

首先我们看时延。

 

1毫秒空口时延、5毫秒以内端到端时延,意味着什么呢?

我们传统的4G LTE网络,时延一般在几十毫秒。虽然看似已经很低,但是对于工业制造、智能电网来说,依旧不够。在“控制论”里,时延是非常关键的参数。网络的时延更高,意味着系统的反应速度更慢,控制精度更低,效率下降。

 

例如,工业制造里面的机器人单点焊接或油漆喷涂场景。

 

首先,我们需要用一个摄像头去监测、定位,找到需要焊接的焊点,或者需要喷漆的位置。摄像头获得数据后,上传到云端进行处理,然后云端下达指令给机械臂,完成焊接或喷漆操作。

如果网络时延太高,将导致整个操作时间的增加,效率下降。甚至有可能提升次品率,进而增加企业的成本。

 

对于车联网来说,时延更是敏感指标。时速120公里的汽车,每多出10毫秒的时延,就意味着多出了33.3厘米的刹车距离,这可能就决定了人的生命安危。

 

时延除了追求极低值之外,还要保证其稳定性。也就是说,时延的抖动值,必须控制在一个稳定的范围之内。否则,也会造成一系列的效率、质量和安全性问题。

 

5G将可靠性从99.9%提升到99.999%,主要是基于信道冗余传输等设计。可靠性的提升,意味着5G可以应用于更多的场景。

 

第三点,高精度授时。

 

高精度授时是一个很容易被忽视的5G特性。很多人不明白,为什么要授时,授时精度达到微秒(μs)级,有什么意义。

 

其实,授时的作用很简单,就是服务于不同物体之间的协同合作。通过高精度授时,机械臂和机械臂之间,AGV(无人小车)和AGV之间,才可以完美同步,实现无缝衔接。

另一个高精度授时的经典场景,是智能电网。

 

我们都知道,电网使用的是交流电,电流方向是随时间变化的。当不同的电网设备进行并网时,如果时间不一致,你波峰波谷就不一致,轻则带来多余的能量损耗,重则直接短路,毁坏设备,瘫痪电网,造成大规模停电事故。

 

此外,针对电网的继电保护装置、自动化装置、能量管理系统等,高精度授时可以更好地满足事件顺序记录、故障录波、实时数据采集时间一致性要求,确保线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确。

 

最后,我们再来看看5G LAN。

 

5G LAN实际上属于5G专网技术,相当于将公网部署的方式下沉。在园区内,通过5G协议,构建一个“局域网(LAN)”场景,让不同的设备很方便地互相通信。

 

这一技术不仅大幅降低了网络部署成本,缩短了建网周期,还可以满足很多企业用户“数据不出厂”的需求,增强安全性和私密性。结合边缘计算技术,5G LAN可以给用户提供一个低时延、高可靠性的私密网络,保证智能制造的稳步推进。

 

▉ 5G爬坡,真正的关键在于芯片

R16标准带来的增强特性,为5G赋能百行千业奠定了坚实的基础,也为催生数字产业生态创造了良好的条件。

 

然而,真正想要做好垂直行业的5G应用落地,挖掘R16的全部潜能,并不是一件容易的事情。

 

紫光展锐和中国联通为什么要做端到端的业务验证?正是因为端到端的全面能力提升,才能消除木桶效应,展现真正的5G。

 

全面能力,按联通的说法,包括“端、网、云、边、业”这五个核心要素。其中,最基础的就是“端(终端)”。

 

终端,是物联网的神经末梢。它肩负着将传感器数据送入网络及云中心的重任。云中心的控制指令,也需要通过它传达给设备,实现控制意图。

 

5G的到来,不仅考验网络,更加考验终端。5G R16大带宽、低时延、高可靠性的特点,要求终端必须大幅提升自身性能,完全匹配R16的特性要求。

 

终端的性能由谁决定呢?没错,绕来绕去,我们终于找到了问题的关键,那就是——芯片。

 

 

想要实现“万物互联”,必须先实现“万物有芯”。相比于“网”和“云”,我们在“芯”这个领域,面对更加严峻的形势。

 

因为众所周知的原因,目前全球公开市场拥有5G能力的基带芯片玩家只剩下4家公司,即高通、三星、联发科、展锐。展锐,是唯一的中国大陆本土企业。

 

近年来,国家不断加大对芯片半导体产业的重视和投入,国内的产业生态已经有了明显的改观。但是,芯片领域的竞争是一场持久战。想要获得最后的胜利,我们还有很长的路要走。

 

总之,5G的成败在于产业,产业的基础在于终端,终端的命脉在于芯片。只有芯片企业崛起,才能增加在全球数字化产业革命中的硬实力,确保数字经济的稳步发展,数字化转型的最终成功。芯路漫长而曲折,国人当奋进而求索!