中国联通5G+汽车智造技术白皮书2023.pdf

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 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、一、汽车智造场景与业务需求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。需求场景需求场景 1 1：I/OI/O、机器人控制、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%99.9999%。需求场景需求场景 2 2：数据采集与：数据采集与 AIAI 机器视觉机器视觉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%。需求场景需求场景 3 3：定位管理：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。需求场景需求场景 4 4：物料与资产自动盘存：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99.999%300Mbps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1.1.业务业务 KQIKQI 与网络与网络 KPIKPI 关联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、生生产节拍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最大时延影响安全距离：安全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。2.2.汽车智造的汽车智造的 5G5G 网络指标需求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，则上行带宽约为上行带宽约为 3 30000MbpsMbps。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：场景一：电子围栏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：场景二：车辆调度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、二、面向汽车智造面向汽车智造 5G-Advanced5G-Advanced 关键技术关键技术（一）（一）URLLCURLLC 技术技术1.1.5G5G URLLCURLLC 的关键技术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-12-2.2.5G-A5G-A URLLCURLLC 增强技术增强技术（1 1）互补）互补 TDDTDD 技术技术对于 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 2）跨载波）跨载波 HARQHARQ 反馈和重传反馈和重传等待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 3）扩展）扩展 FDDFDD 系统子载波间隔系统子载波间隔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（二）高精定位技术定位技术当前 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。RedCapRedCap UEUE 定位增强定位增强：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。SidelinkSidelink 定位定位：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）（三）数采物联数采物联/无源物联技术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）（四）大上行技术大上行技术目前，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。1.1.灵活帧结构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2.2.载波聚合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3.3.灵活频谱接入与上下行解耦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.分布式分布式 MassiveMassive MIMOMIMO 增强增强分布式 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）（五）可靠性与业务确定性技术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：CPECPE 中的双模组同时发：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。2.2.设备级保障技术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。3.3.运维级运维级保障技术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）（六）5G5G 与工业融合技术与工业融合技术1.1.工业协工业协议议 over5Gover5G 演进演进工业协议 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5G5G LANLAN 功能功能，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