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一、汽智造景与务需求 3（）汽智能造业需求 3（）汽智造务的络需求 6业务KQI与络KPI关联 6汽智造的5G网指标求 8二、面汽车造5G-Advanced关技术 11（）URLLC技术 115GURLLC的键技术 115G-AURLLC增技术 12补TDD技术 12载波HARQ反和重传 13展FDD系子载间隔 14（）高定技术 15（）数物/无物联术 17（）大行技术 18灵帧结构 18载聚合 18灵频谱入与下行耦 19分式MassiveMIMO增强 20（）可性与务确性技术 20链级保技术 20设级保技术 22运级保技术 25（）5G与业融技术 27工协议over5G演进 275G内确定性 29XSO跨协同术 31三、汽智造合解方案 34（）概述 34（）无网解方案 36（）核网融方案 37（）智运维决方案 38四、中联通5G-A在车智的实践 39五、总和展望 43前言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5G5G5G5G2019，5GPLC-1-南向O/阀岛实时控制等超可靠低时延业务场景需求，G网络还无法完全替代PLC5G-Advanced5G-A增强技术，通过URLLC、高精度定位、物联、大上行、确定性等技PLC南向等工控设备“剪辫子”、柔性生5G-A编写组成员（排名不分先后）：华为：包盛花、毛天羽、赖文燕、周凯、谢春生、曾正洋一、汽车智造场景与业务需求（一）汽车智能制造业务需求O//需求场景1：I/O、机器人控制O环形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，接口在多任务切换场景中，由于需要与不同外挂O间频繁插拔切换25G有效提升产线效率。当前焊装车间PC南向O和机器人控制业务无线化需求迫切，通过G无线化机器人控制器PC与其外挂OC与OsPC与O.~%。需求场景2：数据采集与AI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5GMEC65据在本地经过AI，.。需求场景3：定位管理1m~3m精.m需求场景4：物料与资产自动盘存0单个区块l)m范围内有上千料箱。从车间的道口到地存储在小尺寸、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1~3m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抖动<4ms99%小包AI99%300Mbps设备与人员定位管理秒级~3m物料资产自动盘存秒级定位精度1~3m1给出了典型应用场景的业务需求。要实现5G5G能力基础上聚合URLLC、（二）汽车智造业务的网络需求业务KQI与网络KPI关联通信服务可用性生产节拍和安全三方面的应用KQIKPI图1业务KQI和KPI指标对应关系响应用KQI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Profinet（次通信服务可用性5G5G对网络的KPI5G平均时延5G5G汽车智造的5G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高可靠低时延业务三个网络KPI5G-A5G-AKPI4ms@99.999。大上行业务来越复杂，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5GAI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05105MBe，50m1mm50150mm，20632bit度彩色相机，则上行带宽约为300Mbps。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：电子围栏/米级精度即可满足业务需求场景二：车辆调度车辆调度主要面向实现物流操作的自动化，实现叉车位置以及米级精度通常可满足业务需求Pad/Pad场景三：资产跟踪定位需达到亚米级精度。二、面向汽车智造5G-Advanced关键技术（一）URLLC技术5GURLLCG主要通过URC端到端低时延技术：针对URLLC业务设计专用的高优先级的I指示来减少业务调度排队时延，并支持URC高ARPPDCP空口低时延增强技术：通过物理层的非时隙调度、配置授权URLLC与eMBB5G空口RTT空口高可靠增强技术：通过物理层重复传输、调制与编码方5G5GAs5G-AURLLC互补TDDTDD时延，例如DL：U2或:3等。当一个上行的数据包没有在可因此会增加TDD针对这一问题，5G-ATDDTDDFDD0UL:DUL:UE以CTTI实现TTI3互补TDD互补TD的两载波可以为itea或itrad（）的载波。对于itradTDD收发跨载波HARQ等待ACK/NACKHARQ反馈或数据包重传且需要3GPPR17已支持跨载波HARQ过DI调度和半静态配置两种方式选择反馈AQ对于互补TDDAQTTI级4互补TDD的跨载波HARQ对于跨载波的重传，实现TI级的灵活重传调度需要打破现有HARQ进程管理的机制。互补TDDTDD的两个载波共享16HARQPUSCH和PHAQUE忽略小区D的不同，PUSCH/PDSCH数据通过其它载波重传。扩展FDDFDD系统的上下行可以同时收发，天然支持反馈和重传的零等URLLCFDD频谱方面，联通和电信在.z频段有z的优质频谱资源，可以承载一定容量的URLLC5GFDD15kHz30kHz26ms30kHz时，FDD4ms。5GFDD30kHz5GFDD15kHz30kHz30kHz5G-AFDD5FDD（二）高精定位技术5GSRS场强定位、UTDOA定位等，1~3米。SRSSRSRRUUTDOA定位技术则是基于接收的pRRU间RS信号到达时延差TDTieiffeeefArial知的RRU位置计算UERedCapATE态进行定位RS信号及PUH小包数据DT（smalldatatransmission）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。5GPRS/SRSNR潜力，缩短定位延迟；基于DT技术扩展和深化在ile和atie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载波相位定位：NR载波相位定位主要包括UE-Based和UEied载波相位定位、上行载波相位定位和下行载波相位定低功耗高精度定位：工业物联网场景对低功耗、高精度定位要求。GAATE定位精度<1m（90%），定位间隔/15-30秒的情况下，UE6个月-1RedCapUE5G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RedCapUE5G-ARedCapUE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RedCapRedCapSidelink定位：研究SL定位参考信号，包括信号设计、资源分idelik（三）数采物联/无源物联技术NRRedcap5G。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5G-A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（四）大上行技术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350Mbps660Mbps5GG.s350Mbps250Mbps。行解耦和分布式O灵活帧结构:3图6大上行帧结构示意图载波聚合FR1FR2频混合网络中，可以采用NR-DC/CA势和高频的大带宽优势，在sub6GHz可以通过n1+n78+n78下行3n1+n78/n78+n782图7载波聚合示意图灵活频谱接入与上下行解耦5G25G-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TDDFDD和SUL32个的频段，然后网络基于各频段的业务量、TDD帧配置1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分布式MassiveMIMO分布式O增强可有效提升上行容量，通过eO技术将n个连续覆盖的4T4R4nT4nR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UO图8分布式aieO（五）可靠性与业务确定性技术链路级保障技术GGAGGA到之间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CPE中的双模组同时发：PterPreiesEit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eiGGA设备级保障技术核心网用户面采用EltiaesEdetig）负荷分担，控制面采用大网组l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。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O同RHUB下的PRRUPRRUPHUB，确保O系统提供了高可用性、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U（aadUit）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。1+1图11超高可用性方案组网示意图运维级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SLATTISLA智能调度中心检测到网络SLA存在风险时，进行跨域协同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（）。图12运维级优化方案示意图单域自治部署在基站，主要包括SLASLASLAMACRLCPDCP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调整调度优先级或者ERCNTN、RANSLA域协同系统综合考虑CNTNRANSLA目达成EEA智能调度中心基于各域上报的PISLAE2ESLA目标QoS配置要求，对每类况考虑策略，如TCP协议的慢启动、拥塞控制等机制，部分视频流（六）5G与工业融合技术工业协议over5Gover5G5Gover5G13over5G5GE2E5GLAN5G/IP5G5G5GLAN负面影响：//因此，隧道封装的方式并不是工业协议over5G5GE2ELAN5GEthernet5GE2E/E2E随着工业协议over5G5G5G5GTSN5G3GPPR165G5GSTSN网络的一个或多个虚拟或逻辑TSNTSN145GTSNTSN5G5G5GTSNTSN息下发以及QoS在UPF和UE侧分别增加逻辑功能NW-TT及DS-TT802.15GSTSN802.1QbvTSNAF5GSTSNTSNCNC引入参考定时信令SIB9、RRCUE根据TSN5G分配更小的预配置资源周期；可以同时配置和激活多套预配置资源。5G网络与TSN145GSTSNR17/R185GTSN5G155G新增网元TSCTSF5GTSN与外部AFTSCAIRAN进一步扩展时间同步能力，通过灵活配置同步主控，增强时支持UE-UETSN支持时间同步能力开放增强、支持TSN155GTSN，5GTSNTSNTSN，5G性内生能力，不依赖于TSN不论采用上述何种方式，5GURLLC的XSOXSO5GTSCTSFTSN5G持现有的Profinet等工业协议传输。跨域协同主要实现流程如下：5G无5G5GXSO发送时间起点发送起点调整量；发送时间起点：基于双方约定的时间机制，提供周期发包发送起点调整量：指示周期报文后续的发送调整量（向前）；over5G5G5GXSO5G了满足业务的SLA体验要求，需要预留多个调度机会保障，16(aXSO跨域协同技术后，5G16(b)/5G （a）应用前 （b）应用后图16XSO在单个工控业务应用中的效果从多个工控业务角度：多个工控设备间存在业务随机并发，峰均比高（并发峰值高、均值低、不均匀）17(a)所示；一方面会导致部分工控设备引入缓存等待、时延可靠性5GXSO17(b低、体验提升，并且无线系统URLLC （a）应用前 （b）应用后图17XSO在多个工控业务应用中的效果XSO5G统一的一套双向协同感知调度接口Over5G三、汽车智造融合解决方案（一）概述汽车智造融合解决方案是为满足汽车智造场景多业务共存的需（SLA）。满足URLLC（超可靠低延迟通信）、大上行、定位和工业物联等多在核心网方面，通过下沉核心网的UPF模块等技术手段，进一图18汽车智造融合解决方案示意图（二）无线网解决方案T网承载了工厂级或车间级ATPPOT网则承载产线级A要求较高的工业控制类业务，基于工业以太实现。另外，AVG、无人VR/AR5G精准定位及大上行等技术可以满足当前汽车智造的TOT/定位的多5G5GMassiveMIMO5G3.5G300M，通过载波聚合、上下行时隙配比的调整，极大的提升上可以通过互补TDD4mseMBB业务与URLLC3.3GHz3.5GHz（三）核心网融合方案核心网需要业务角度出发保障业务SLA、数据安全等工业场景需求，而UPF5G核心网中用户平面数据包的路由和转发UPF下沉的部署方式满足业务时延、数据UPF以汽车制造企业为例，UPF应具备工厂、车间、产线多种部署能力，以满足各类型多样化的场景需求，包括生产OT级融合部署、生产T能力工厂级部署、生产OT能力车间级部署、生产OTSLAUPF+MEC