2024年基于毫米波的工业5G创新应用白皮书

基于毫米波的工业5G创新应用

白皮书

（2024年）

未来移动通信论坛毫米波工作组

二〇二四年八月

基于毫米波的工业5G创新应用白皮书

目录

一、基于毫米波的工业5G应用背景.........................................-1-

（一）5G毫米波应用的重要意义.....................................-1-

（二）5G毫米波应用的全球现状.....................................-3-

（三）5G毫米波应用的市场前景.....................................-6-

（四）5G毫米波应用的政策背景.....................................-9-

二、5G毫米波的工业领域创新应用方向................................-11-

（一）行业专频专网..........................................................-11-

（二）通感算一体化..........................................................-12-

（三）人工智能驱动..........................................................-13-

（四）组网架构创新..........................................................-14-

三、5G毫米波专频专网简介....................................................-17-

（一）5G毫米波技术优势................................................-17-

（二）5G专网模式对比....................................................-21-

（三）5G专频专网安全性................................................-24-

四、基于毫米波的垂直行业应用.............................................-26-

（一）制造行业..................................................................-27-

（二）港口行业..................................................................-31-

（三）风电行业..................................................................-35-

（四）电力行业..................................................................-38-

（五）矿山行业..................................................................-42-

基于毫米波的工业5G创新应用白皮书

五、建议与展望..........................................................................-46-

（一）加快构建毫米波行业应用规范.............................-46-

（二）深化并拓展毫米波的行业应用.............................-46-

（三）推动毫米波技术适度预研攻关.............................-47-

（四）促进毫米波产业链发展与协同.............................-47-

（五）加强毫米波技术领域人才培养.............................-47-

参考文献......................................................................................-48-

基于毫米波的工业5G创新应用白皮书

一、基于毫米波的工业5G应用背景

（一）5G毫米波应用的重要意义

5G与工业互联网的深度融合应用已成为驱动经济社会数字

化转型的重要力量，为工业生产的智能化、网络化、数字化提供

了坚实的技术支撑，作为5G的重要组成部分，5G毫米波以其

超大带宽、极低时延等优势，将成为推进工业经济和数字经济深

度融合的关键技术之一。毫米波频谱的合理规划与毫米波技术的

产业化应用对于推动核心技术自主创新和产业链自主可控，保持

我国毫米波技术的国际竞争力具有重要意义。加快我国5G毫米

波网络建设与应用推广，将对智能制造、低空经济、卫星互联网

等未来产业创新产生积极作用，并有望成为产业数字化转型的有

力支撑，赋能新质生产力发展。

频谱资源是移动通信产业发展的核心资源。5G毫米波频谱

参考3GPP协议在24.25GHz到52.6GHz之间，是5G-A时代的

关键频谱。相较于传统的5G中低频段（Sub-6GHz），毫米波拥

有更为丰富的频谱资源，能够实现超大带宽、超低时延传输，更

好满足高速率、大容量、低时延、高可靠的典型工业场景业务需

求。为实现“广覆盖、高速率、大容量和低时延”的5G愿景，

运营商普遍采取“Sub-6GHz+毫米波”的长期5G部署策略，充

分利用中低频和高频段的特性，即通过中低频段实现网络覆盖和

容量的平衡，高频段（毫米波）提供数千兆比特速率和超大容量，

发挥毫米波技术优势，提升现有5G网络在超高带宽、极低时延、

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高精度感知等工业场景的服务能力。面对传统频谱资源愈发紧张

的问题，开发利用毫米波频谱能够有效拓展可用频谱资源，优化

频谱利用效率，满足5G-A时代对大带宽频谱资源的行业需求。

在应用场景上，随着5G商用的不断深入，毫米波技术已成

为5G生态系统中的关键技术之一，保持在毫米波领域的技术领

先地位对于提升我国通信设备制造商在全球市场的竞争力至关

重要。中国已发展成为全球最大的互联网市场，对移动数据流量

的需求持续增长，特别是在城市中心、大型活动场所等场景，毫

米波频谱的大带宽特性可以有效满足超高速率、超大容量的数据

传输需求。同时，毫米波技术对推动智能制造、工业自动化等工

业领域创新应用具有积极作用，也在低空经济、卫星互联网等新

兴产业领域拥有广阔前景，是实现产业数字化转型、助力数字经

济发展的关键技术支撑。

在国际合作上，我国积极参与毫米波技术国际标准化工作，

推动国内标准与国际标准接轨，可进一步提升我国在国际舞台上

的话语权。当前，各国纷纷依据国际电信联盟（ITU）的规则，

积极开展毫米波频谱的规划和实践探索，国际合作有助于完善我

国毫米波产业链，加强与国际先进企业和研究机构的交流合作，

借鉴国际先进的行业应用经验，可以加速我国相关技术的成熟度

和产业化进程，提升我国毫米波领域的整体竞争力。

毫米波行业创新应用是顺应5G及未来无线通信技术演进的

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重要选择，也是实现国家信息通信发展战略、促进实体经济高质

量发展的关键举措之一。毫米波行业创新应用与全球通信行业发

展趋势紧密相连，通过借鉴国际先进经验，加强自主研发和产业

生态建设，我国有望在毫米波技术领域实现突破和领先，进而助

力我国“5G+工业互联网”体系化发展，巩固在全球范围内的领

先地位，为推进新型工业化、建设现代化产业体系提供坚强支撑。

（二）5G毫米波应用的全球现状

截至2023年底，全球已有超过141个国家和地区的监管机

构宣布或计划进行5G频谱分配，其中32个国家和地区完成毫

米波频谱的分配，通过全球多个国家和地区的毫米波技术试验和

商用部署，其产业链也在逐渐成熟。[1]据GSMA移动智库数据，

截至去年一季度末，全球范围内已有超过119次5G毫米波试验

开展，22家运营商在毫米波频段推出5G服务。1

随着国际标准化组织3GPP正式确定5G-Advanced（5G-A）

为5G下一阶段演进的官方名称，标志着全球5G发展进入新阶

段。毫米波频段正逐渐成为5G-A网络建设的重要组成部分，尤

其在提高网络峰值速率和增加容量方面将发挥重要作用。目前，

我国已完成多个毫米波频段的规划和试验，包括但不限于

24.75-27.5GHz和37-42.5GHz频段，并已在部分城市开展了实地

测试。国内外各大通信运营商也在积极布局毫米波建设，在毫米

1数据来源：GSMA移动智库PauCastells，2023年MWC上海世界移动通信大会

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波新技术研究、新设备研发、新标准制定、新生态构建等方面加

速推进毫米波产业链发展。

国内在毫米波通信领域的商业实践虽起步较晚，但在政策推

动、技术研发和应用落地等方面正快速跟进。目前国内毫米波通

信尚未大规模商用推广，相较Sub-6GHz频段，毫米波基站所需

部署密度更大，且对环境条件要求更高，针对性的技术解决方案

虽已获得验证，但仍需要大规模应用和推广。同时，国内毫米波

产业的生态尚待培育，智能终端设备的研发和普及速度相比美国

等先行国家也尚存在一定差距。2

在国际范围内，美、德、日、韩等发达国家启动毫米波行业

应用时间较早，商用化进程相对较快，因而在该领域的技术成熟

度和市场接受度相对较高，终端设备生态也比较丰富，在5G毫

米波通信的基础研发、专利积累以及国际标准制定等方面具有一

定的先发优势。

美国运营商如Verizon、AT&T等早在2018年就开始了5G

毫米波的商用部署，在很多城市建立了相当规模的毫米波网络，

提供高达数千兆比特每秒的下载速度，并在如2021年“超级碗”

等大型活动中起到关键支撑，满足了赛事多路高清直播需求与众

多现场观众的网络使用。2021年7月高通公司利用骁龙X655G

调制解调器射频系统完成了全球首个支持200MHz载波带宽的

5G毫米波数据连接。2023年2月高通公司推出骁龙X755G调

2资料来源：TechInsights,Global5GmmWaveSmartphoneShipmentsForecastbyVendorto2024

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制解调器射频系统，是全球首款支持5G-A的系统，为智能手机

连接树立了新标杆。骁龙X75还旨在面向全部关键垂直领域，

包括汽车、计算机和工业物联网等，推动5G下一阶段演进。

德国运营商德国电信与爱立信在2019年初开始了毫米波进

行无线回传的测试与试验，并在毫米波链路上实现了40Gbps的

数据传输速率。2020年初弗劳恩霍夫生产技术研究所（Fraunhofer

IPT）、爱立信、罗德与施瓦茨（Rohde&Schwarz，简称R&S）、

巴斯勒（Basler）和高通公司联手在德国亚琛的欧洲5G工业园

区建立了一个测试平台，重点关注5G毫米波在工业环境中的传

播和网络质量。2023年德国电信、爱立信和高通公司合作，在

波恩的园区内展示了5G毫米波技术在QoS管理连接中的应用。

他们使用毫米波和中频频段的双连接，通过优先级调度机制，确

保每个网络切片或设备的资源分配。

日本允许垂直行业申请28.2GHz-28.3GHz毫米波频段，日本

运营商NTTDOCOMO于2020年9月便开始使用毫米波频段提

供5G服务。截至2022年7月，日本四大移动运营商成功部署

了超过20,000个5G毫米波基站，实现了多地区包括东京原宿和

新宿的高速宽带体验，并预计将进一步扩展网络覆盖。同时，日

本市场上已有多款支持毫米波技术的智能手机，如三星、索尼和

夏普等品牌，为消费者提供更多选择。

韩国科学技术信息通信部为推动企业数字化转型及韩国各

行业5G应用，于2021年10月分配4.72GHz-4.82GHz和28.9G

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Hz-29.5GHz频段用于5G专网。截至2024年1月，韩国有31

家运营商和企业获得5G专用频率许可，其中三星电子作为电子

信息制造业巨头计划在水原市工厂部署5G专网，实现工厂的降

本增效，加强安全生产。

（三）5G毫米波应用的市场前景

毫米波技术因其能实现大容量、高安全性通信和定制化的独

特优势，在行业专网领域具有广阔的市场前景，逐步成为了智慧

工厂、智慧港口、智慧能源等方向无线通感算一体化的重要选择，

同时也能够在低空经济、卫星通信等领域发挥重要作用。根据

《2023年通信业统计公报》解读，截至2023年底，行业共发展

5G虚拟专网数量3.16万个，是上年末数量的2.2倍。应用案例

数超9.4万个，已融入97个国民经济大类中的71个，覆盖超七

成大类行业，这些数字充分反映了行业专网快速增长的趋势。[2]

在智慧工厂领域，毫米波行业创新应用的加快推广，将推进

行业应用从外围辅助向核心生产控制环节拓展。国外在毫米波行

业应用上积累了多年的经验，不乏应用在智慧工厂等关键领域的

行业案例。

例如，爱立信与奥迪携手利用第五代移动通信技术（5G）

为未来工厂的发展开辟了新的可能性。自2018年8月双方宣布合

作以来，双方力争将5G技术融入汽车制造业，并在与奥迪及西

克公司的合作基础上进一步发展，利用5G毫米波段的URLLC

（超可靠低延迟通信）技术，为西克公司的自动引导车（AGV）

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的安全运行提供了网络支持，从而将工厂自动化推向了一个新的

高度。该技术为自动化通信的行业标准，如PROFINETRT和

PROFIsafe的运行提供了严格的低时延保障，确保操作安全，并

避免了安全停止的发生。这一进展在工业自动化领域极为关键，

因为它首次实现了安全的人机交互，而不再依赖传统的有线网络

连接，为工业4.0的实现提供了突破性变革。

爱立信和奥迪于2020年1月在瑞典基斯塔的工厂中，成功进

行了5G毫米波URLLC功能和工业自动化应用的结合测试。两

家公司联合打造了一个机器人工作站，与奥迪工厂中现有的机器

人工作站类似，该工作站能够通过5G毫米波网络进行通信，并

由机器人进行方向盘的生产，包括安全气囊的安装，而激光防护

幕则确保了操作区域的安全。得益于5GURLLC的低延迟和高可

靠性，当生产工人接近工作区域时，机器人能够立即暂停操作，

确保了操作人员的安全，这种快速响应在传统的Wi-Fi或早期移

动网络中是难以达到的，也充分展示了通过毫米波技术创新解决

传统工业通信限制的高效应用。

此外，5G毫米波URLLC技术的应用使得工业机器人不再

受限于有线连接，在工厂内可自由移动，极大地提升了生产线的

灵活性和效率。生产布局可以轻松调整，设备也可以根据需要进

行移动，从而优化生产流程并提高产出效率。[3]

在低空经济领域，特别是无人机和城市空中交通（UAM）

领域，毫米波通感算一体化技术扮演着至关重要的角色。毫米波

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通感算一体化技术凭借其高精度测距、精准定位和强大的抗干扰

能力，可用于无人机避障、导航以及空中交通管理。同时，毫米

波技术支持无人机之间、无人机与地面站之间的高速数据传输，

保障飞行控制指令的实时传递和高清影像数据的实时回传，助力

低空经济生态的快速发展。根据前瞻产业研究院的《中国低空经

济行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》，2022年中国低空

经济行业市场规模为2.5万亿元，到2035年，中央对国家低空

经济的产业规模预期达6万亿元。[4]

在卫星通信领域，毫米波频段也为地球同步轨道（GEO）、

低地球轨道（LEO）和中地球轨道（MEO）卫星通信系统提供

了新的发展空间。Ku波段（12-18GHz）与Ka波段（27-40GHz）

等高频段是卫星通信的传统频段，如今卫星通信产业进入高速发

展阶段，卫星互联网星座发展迅猛，造成频谱资源使用紧张，毫

米波技术不仅能够解决传统卫星通信频谱资源紧张问题，还能通

过在卫星和地面站之间建立高容量的毫米波链路，极大地提高卫

星互联网的带宽和连接质量，支持5G非地面网络（NTN）的构

建，促进偏远地区网络覆盖、应急通信和商业航天市场的发展。

近年来，“卫星互联网”已纳入新基建范畴，依据测算，预计

2024—2029年市场规模年均复合增速约为15%，2029年我国卫

星通信行业市场规模有望突破2000亿元。

毫米波技术在行业专网、低空经济和卫星通信这三个领域展

现出广阔的应用潜力和市场前景。随着技术成熟和成本降低，毫

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米波技术有望在未来通信市场中占据更加重要的地位，推动国内

相关产业链的快速发展。

（四）5G毫米波应用的政策背景

毫米波作为5G通信的关键技术，我国政府高度重视毫米波

领域的技术发展与创新应用。工业和信息化部发布的多项通知和

行动计划涉及毫米波测试与频率使用规划，并围绕加速5G毫米

波技术的试验、应用和产业化，为毫米波技术发展与产业布局提

供了指引。

工业和信息化部于2017年7月首次批复24.75-27.5GHz和

37-42.5GHz频段用于我国5G技术研发毫米波实验频段，中国

IMT-2020（5G）推进组也于2019年起着手毫米波试验任务。中

国IMT-2020（5G）推进组规划按三个阶段实施5G毫米波的试

验任务，即2019年重点验证5G毫米波系统特性及关键技术，

2020年重点验证5G毫米波的终端及基站的性能、功能以及互操

作性，并于2021年开展典型场景应用验证。2020年3月，工业

和信息化部在《关于推动5G加快发展的通知》中指出，将结合

国家频率规划进度安排，组织开展毫米波设备和性能测试，为

5G毫米波技术商用做好储备，适时发布部分5G毫米波频段频

率使用规划。2021年7月，工业和信息化部公布的《5G应用“扬

帆”行动计划（2021—2023年）》中指出，适时发布5G毫米波

频率规划，探索5G毫米波频率使用许可实行招标制度，开展5G

工业专用频率需求以及其他无线电系统兼容性研究，研究制定适

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合我国的5G工业专用频率使用许可模式和管理规则。2021年

11月工业和信息化部发布的《“十四五”信息通信行业发展规

划》指出，将加快5G独立组网（SA）规模化部署，逐步构建多

频段协同发展的5G网络体系，适时开展5G毫米波网络建设。

2023年1月，工业和信息化部发布《关于微波通信系统频率使

用规划调整及无线电管理有关事项的通知》，对微波通信系统频

率使用规划进行优化调整，通过新增毫米波频段（E波段，

71-76GHz/81-86GHz）大带宽微波通信系统频率使用规划等方式，

进一步满足5G基站等高容量信息传输（微波回传）场景需求，

并为我国5G、工业互联网以及未来6G发展预留了频谱资源。

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二、5G毫米波的工业领域创新应用方向

（一）行业专频专网

随着行业智能化程度不断提升，出现了许多工业领域的行业

创新应用，对网络也提出了新的要求。例如工厂的多机器人作业

协同、港口的无人集卡车群调度、风电的风机远程运维、电网的

变电站无人巡检、露天矿山的矿卡无人驾驶等新应用场景，都需

要结合行业的场景需求差异与特点提供解决方案。

在业务需求上，港口大规模集卡无人驾驶和调度需要在作业

区实现密集高清视频上传，要求极高上行带宽，而智能工厂的多

机器人控制协同作业则要求高可靠低时延的网络能力。这就需要

一种全集成、按需加载、能够实现整体交付的一站式专频专网解

决方案，以实现更好的行业自主性，更高的资源分配灵活性，更

强的网络传输确定性以及更高的网络安全性：

更好的行业自主性是指企业可基于5G毫米波专频专网构建

独立、专用的通感算一体化网络。各行业基于业务需求的不同，

在同区域内对网络需求动态变化，专频专网可提供对网络资源的

可配置可编程能力，允许企业根据自身需求灵活配置和优化网络

参数，从而避免与公网共享资源可能导致的服务质量和安全问题。

更高的资源使用灵活性是指企业可以根据业务负载变化，基

于5G毫米波专频专网进行灵活的资源分配，确保关键业务在需

要时能得到充足且稳定的带宽保障。5G毫米波专频专网可以设

定严格的服务质量等级（QualityofService，简称QoS），确保

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重要应用如远程控制、实时监控等获得确定性网络资源，降低网

络拥塞对关键业务的影响。

更强的网络传输确定性是指毫米波通信采用窄波束技术，在

复杂多变的工业环境中也能保持高传输质量，提高了通信的可靠

性和稳定性。5G毫米波专频专网可根据行业特点设立多重备份

和容错机制，提供高于5G公网的传输可靠性。

更高的网络安全性是指5G毫米波可在指定区域内构建高度

定向、抗干扰性强的无线网络，实现数据的高速、低时延传输。

在工业环境中，5G毫米波专频专网可以限定通信范围，避免非

法侵入和监听的风险，提高数据传输的保密性和完整性。

（二）通感算一体化

5G毫米波组网架构创新聚焦于通过集成通信

（Communication）、感知（Sensing）和计算（Computing）功能

于一体的通感算一体化网络架构，这种架构能够实现一网多用的

统一网络，满足工业在安全生产、资产追踪、设备运维等典型工

业场景的需求。

感知功能集成是指5G毫米波专频专网可以用于雷达和成像

等感知应用，通过精细的波束赋形技术，实现精确的空间定位、

物体识别和运动检测等功能，为智慧仓储、无人机导航等场景提

供强大的感知能力。

资源共用与协同是指通感算一体化网络通过灵活的频谱资

源管理和智能调度，可以实现通信、感知和计算功能在同一网络

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中共享频谱资源，依据业务需求动态分配，达到资源的最大化利

用，实现一网多用的效果，为用户降低建网成本，避免重复建设。

统一网络计算架构是指软件定义无线电（SoftwareDefined

Radio，简称SDR）在GPU计算架构下，能够在5G毫米波通感

算一体领域得到更好的应用，使得5G毫米波无线组网能够构建

一个人工智能（ArtificialIntelligence，简称AI）内生的可编程、

可扩展、高度灵活的统一网络架构，各类应用无需再单独建设和

维护独立的通信和感知网络，从而降低了运维成本，提高了网络

的整体智能水平与应用能力。

（三）人工智能驱动

随着人工智能从AlphaGo到ChatGPT应用的飞跃，人工智

能也将为5G毫米波专频专网的智能化提升提供更多可能性，使

其更好服务工业场景实时动态变化的网络需求。同时，随着边缘

计算能力的增强，网络资源能够得到更高效地配置，业务服务质

量显著提升，以AI为中心的智能化网络服务受到广泛关注，具

体体现为以下两个主要方向。

一是将生成式大语言模型（LargeLanguageModels，简称

LLMs）集成到边缘网络中，有望促进通信和计算（Communication

andComputing，简称C&C）资源的高效利用。NetGPT（Network

GenerativePre-trainedTransformer）能够根据计算能力在边缘和

云端有效协同、编排适当的LLMs。边缘LLMs可以高效利用基

于位置的信息进行个性化提示，从而有益于与云端LLMs的互动，

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实现网络的决策优化、资源调度、自适应配置和智能预测等功能。

二是利用深度神经网络（DeepNeuralNetworks，简称DNN）

和强化学习模型，能够实时分析网络中的各种参数，包括用户分

布、设备状态、信道条件等，实现智能调度毫米波频谱资源。人

工智能驱动的无线资源管理算法可以动态调整波束赋形、载波聚

合、功率分配等参数，实现按需分配和自适应优化，极大提高频

谱利用效率和网络服务质量。通过学习环境和用户行为，5G毫

米波专频专网能够针对不同的应用场景（如工业园区、港口码头

等）进行毫米波频率的灵活配置，克服毫米波信号传播损耗大、

穿透性差的弱点，确保在多种环境下都能提供合适的无线覆盖和

通信容量。

（四）组网架构创新

5G毫米波专频专网的架构创新旨在通过简化网络架构、优

化调度策略、智能运维和多系统融合等方法，满足低时延、高可

靠的工厂场景应用需求，同时降低运维复杂度，提升整体系统的

智能化水平和业务融合能力，帮助工业企业降低专频专网的应用

门槛并快速实现设备的部署及应用。

一是通过引入诸如简化架构、协议栈优化等网络优化技术和

干扰抑制技术、抗多径衰落技术等信道优化技术，满足系统低时

延、高可靠的要求。5G毫米波专频专网采用扁平化网络架构，

减少网络层级，缩短数据传输路径，有效降低端到端时延。通过

引入边缘计算技术，将部分计算和存储资源下沉至网络边缘节点，

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使得数据处理更接近用户端，进一步减少时延。此外，优化的网

络协议栈，精简了不必要的处理环节，提升了数据包的转发效率，

也是降低时延的重要手段。在5G毫米波专频专网设计中，采用

先进的干扰抑制技术和抗多径衰落技术，增强毫米波信号的传输

稳定性和可靠性。

二是通过优化的调度策略实现从“尽力而为”到确定性QoS

保证，因而可以确保适应瞬息万变的网络环境。传统的尽力而为

（BestEffort）调度策略难以满足专网中关键业务对QoS的严格

要求。5G毫米波专频专网引入了确定性QoS保障机制，通过精

细化的资源管理和动态优先级调度，确保关键业务数据的传输得

到优先处理和足够带宽保障。为关键业务预先分配专用的网络资

源（如带宽、计算资源等），确保在多种网络负载条件下都能得

到稳定的资源供给。基于业务类型和实时需求设定不同业务的优

先级，高优先级业务在资源争抢时优先得到服务。实时监测网络

状态和业务需求，动态调整资源分配和调度策略，以适应瞬息万

变的网络环境。

三是通过智能运维和免配置一柜式交付降低5G毫米波专频

专网的使用门槛，提升运维效率，实现即插即用和自动化运维。

许多企业没有配备专门的无线运维团队，缺乏运维无线网络的技

能，这就需要专频专网服务商在使用侧提供智能运维功能，降低

企业使用门槛和运维成本。采用AI技术实现网络的智能化运维，

包括故障预测、自动诊断、远程修复等功能，减轻人工运维负担，

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提高运维效率。通过网络参数预配置，实现即插即用，无需人工

进行复杂的网络配置。通过网络自动发现和自组织功能，新设备

能快速融入现有网络，简化扩容和升级过程。通过一体化、模块

化的硬件架构，如一体化基站、边缘计算节点等，实现所有必要

设备在一个机柜内集成，从而大大简化现场安装部署过程，降低

空间占用和布线复杂度。

四是通过融合通信技术、通用化接口设计和一体化管理平台

帮助实现多系统无缝对接与融合，确保跨系统的数据共享和协同

工作。在组网架构上，通过结合毫米波蜂窝移动通信与无线局域

网的融合通信技术（HyFi-m）复用宽带射频模组与天线，利用

模式与协议分析技术，实时确定通信制式，通过软件或硬件开关，

进行中频射频滤波和基带的自适应选择，实现5G毫米波的融合

通信。设计通用的接口标准和协议栈，确保不同厂家、不同类型

的设备（如摄像头、传感器等）能够便捷地接入专网，实现设备

间的互联互通。通过一体化的网络与业务管理平台，对多系统设

备进行统一监控、配置和管理，实现资源的集中调度和业务的灵

活编排。通过API或消息总线实现不同系统间的数据共享和业务

联动，如基于视频分析的智能告警能够触发毫米波网络的定向数

据采集，或基于声光电系统的状态变化能够触发网络资源的动态

调整，从而实现跨系统的协同工作。

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三、5G毫米波专频专网简介

（一）5G毫米波技术优势

与5G中低频段相比，5G毫米波频段具备超大带宽、极低

时延、易与波束赋形技术结合、高度集成、能够实现高精度定位

与感知等技术优势，这些优势使得毫米波技术能够较好应用于越

来越多的工业智能化场景需求，为各行业转型升级提供有力支撑。

优势1：毫米波带宽大、频谱资源丰富。与5G的Sub-6GHz

频段（FR1）相比，毫米波频段拥有更为丰富的频谱资源，这一

点在下图3-1中得以清晰展现。毫米波的优势使得5G网络具备

提供千兆连接的能力，也是进一步实现“5G+工业互联网”在工

业领域应用的重要途径。由于拥有充裕的频谱资源，毫米波网络

能够轻松实现Gbps级别的峰值吞吐率，为实现更高速、更稳定

的通信提供了坚实保障。

图3-15G频段分布示意图

在密集摄像头的高清视频回传和工业相机质检场景的图片

回传等大容量场景中，对大带宽的无线传输能力有着极高的需求。

在这种情况下，毫米波成为最佳选择。毫米波技术特性使其能够

在高容量、高速度的数据传输场景下表现出色，为满足现代无线

通信的需求提供了有力支持。

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优势2：可实现确定性低时延，满足工业控制短时延场景需

求。5G网络的空口时隙长度越短，意味着在物理层上的时延就

越小，毫米波网络的空口时隙长度最小可达0.125ms，仅为目前

主流低频5G网络的1/4，具备独特优势。如果采用短时隙（mini

slot）调度，空口时延甚至会更小，这使得毫米波系统能够实现

极低时延，从而满足工业控制等对确定性低时延场景需求严苛的

应用场景。因此，毫米波系统在空口时延方面比低频5G系统显

著降低，为满足5G空口时延小于1ms的要求提供了有力保证。

优势3：毫米波易与波束赋形技术结合。毫米波的高频特性

和较短波长为其在设计和部署上带来空间布局的优势，特别是与

波束赋形技术的结合更为便利。这种结合增强了信号的覆盖范围，

同时减少了干扰现象。即便在单根天线的功率不高时，波束赋形

技术也能确保传输高质量的信号，从而增强了整个通信系统的表

现。毫米波较短的波长还允许在同样大小的空间内集成更多的天

线阵元，这意味着无论是上传还是下载，信号都能够获得显著的

波束赋形增益。因此，毫米波技术与波束赋形的结合不仅提升了

通信系统的整体性能，还有效降低了对相邻频段的干扰，为关键

工业场景提供高速稳定的无线连接。

图3-2波束赋形技术

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基于毫米波的工业5G创新应用白皮书

优势4：毫米波技术具有高度集成的特点。由于毫米波的波

长相对于中低频段要更短，因此相关元器件的尺寸也相应地小得

多。这使得毫米波设备更容易实现小型化和微型化。随着毫米波

技术的商业化和规模化，相关元器件的成本将会大大降低。在专

业设备、可穿戴设备、智能零部件等领域，5G毫米波技术的高

集成度意味着其在工业具有广阔的应用前景。高度集成的特性也

使得毫米波基站具有重量轻、体积小、易安装的优势，这有助于

打造一个高效、绿色、易于部署的毫米波网络，为工业不同的应

用场景提供了更加灵活和可靠的解决方案。

优势5：毫米波有利于实现高精度定位。毫米波技术在高精

度定位方面具有显著优势，其波束窄、方向性好，因此具备极高

的空间分辨力，这使得其特别适用于需要精准定位的工业物流、

资产追踪等场景。同时，毫米波信号的传输周期短、时间精度高，

因此可以实现厘米级的定位精度。相比全球卫星导航系统，毫米

波定位在许多行业场景下具有更高的精度，而且速度更快。

在智能制造等领域，高精度定位至关重要。特别是在卫星导

航信号难以覆盖或信号较弱的室内环境中，毫米波技术的高精度

定位有着更突出的优势。例如，在物料的自动运输过程中，毫米

波技术可以精确地定位物料的位置，实现自动化的物料搬运和配

送；在智能制造生产线中，工业机器人在完成铆接、焊接、组装、

剪裁等精密机械操作，以及产品的自动检测和封装等过程中，都

需要高精度的定位。此外，在工业控制、物流运输、大型园区等

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基于毫米波的工业5G创新应用白皮书

应用场景中，毫米波可以提供快速高精度的定位服务，为各种应

用提供了强大的支持。

优势6：感知精度更高，是通感算一体的首选，实现一网多

用。毫米波技术在感知精度方面展现出了卓越的性能，能支持多

种应用和服务，成为通感算一体的首选。感知精度受带宽、感知

时间和阵子个数等因素影响，而毫米波具有大带宽、更短的

OFDM符号和更小的波长，这使得其能够集成更多的阵子数。

此外，专频专网技术可以灵活设置感知和通信的资源，进一步提

高了感知精度。相比公网中低频技术，毫米波技术具有更高的感

知精度，可以满足轨迹跟踪等高精度业务需求。这种优势使得毫

米波技术在感知和通信一体化应用中具有巨大的潜力，并可以实

现多种功能的高效利用。

表3-1Sub-6GHz与毫米波的感知技术特性对比

指标Sub-6GHz毫米波备注

以无人机为典型目标，相

探测距离公里级+公里级

同EIRP和口径

小于1m无人机，低频无

距离精度米级厘米级

法识别

物体间距小于1m，低频无

距离分辨率米级厘米级

法识别

速度精度m/scm/s速度监测精度

速度分辨率m/scm/s可通过速度区分不同物体

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最大检测速可跟踪的目标物体最大移

几十km/h几百km/h

度动速度

微多普勒特用于识别物体局部特征，

不支持支持

征如无人机旋翼

角度精度1°0.1°以相同物理口径为参考

角度分辨率5-10°1°以相同物理口径为参考

微小位移监毫米波可用于建筑、山体

厘米级毫米级

测精度等微动监测

当然，毫米波的技术体系和产业链发展相比其他成熟无线网

络技术还处于相对早期阶段。虽然国内外已有部分行业领域开始

探索毫米波应用，但整体上支持毫米波的终端设备种类和数量相

对有限，尤其是行业定制化终端，这也限制了专网应用的多样化

发展。毫米波所需应用的天线和射频组件相比Sub-6GHz频段更

为复杂，导致5G毫米波终端的成本较高。在某些关键组件如射

频前端模组、高性能芯片等的供应上，也还存在产能和技术成熟

度的瓶颈，影响了大规模商用部署的进展。

（二）5G专网模式对比

5G专网包括虚拟专网（公网切片）、独立专网两种各具特

点的建设模式：

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图3-3行业专网两种建设模式

公网切片方案以现有5G公网为基础，通过切片方式实现客

户的业务承载，为不同行业和应用场景创建隔离、定制化的逻辑

网络。公网切片允许多个租户共享物理网络资源，按需分配，提

高了网络资源利用率，降低了企业进入门槛。目前，5G毫米波

公网切片方案主要应用在热点和固定无线接入（FixedWireless

Access，简称FWA）两个场景。其中，热点主要针对高容量区

域包括室内热点和室外热点，FWA则针对最后一公里的家庭宽

带和楼宇宽带。然而，企业依赖运营商在ToC的网络中进行资

源切片，网络的运维也依赖运营商，同时网络功能特性也依赖于

运营商采购的设备版本，故障或者告警的处理即时性有时得不到

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充分保证。

独立专网模式采用独立于公网的频段，毫米波专频专用，频

谱资源有保障，完全独立于公网。所有5G网元及配套传输、网

管等均为企业独立建设。5G控制面和用户面全部下沉到企业内

部，专网专用。基于这种模式，实现5G毫米波专频专网端到端

可管可控，可以针对企业内各种不同场景的需求，实现定制化的

优化适配，构建冗余可靠架构，保证工业级确定性严苛要求。企

业使用专用频率建设无线专网，这张网可真正实现企业的数据安

全和独立专用。在高价值场景中使用专用频段，可以避免与公众

业务间的干扰，确保网络的稳定性和可靠性。另外，从管理运维

角度，这种模式也能更好地将5G融入到现有工业网络中，更好

地支持5G的网管及运维需求。

表3-2虚拟专网与毫米波专频专网的特性对比

对比维度虚拟专网专频专网

企业专享共享网络的切片专用5G核心网

专用无线和承载网络

建设模式虚拟专网以运营商5G独立专网与运营商5G公

公网为基础，以切片方网完全隔离，采用轻量化

式实现客户的业务承的独立核心网，结合UPF

载，结合客户需求，通及无线基站实现专网独

过现有虚拟专网连接至立组网

企业内部的数据中心

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设备自主设备资产和运营相对依设备资产属于企业，有更

性赖运营商强的自主性

整体成本大功率宏站覆盖，按流中小功率头端覆盖，整体

量收费，成本高成本低

（三）5G专频专网安全性

由于虚拟专网和专频专网的组网方式存在差异，专频专网在

安全上相比虚拟专网有更多优势，为工业领域的关键生产环节涉

及安全敏感数据的网络通讯，提供更进一步的安全保障。

5G毫米波专频专网采用专用无线频段，实现了与公共网络

的无线频谱分离，从而有效杜绝了来自公共网络的无线信号干扰。

毫米波设备可以实现更小的尺寸和形态，它们可以被灵活地部署

在关键基础设施内，从而为关键业务提供高度定制化和安全的网

络连接服务。

5G毫米波专频专网因其使用的高频段频谱，波束较窄，旁

瓣更低，减少了信号泄露的风险，增强了网络的空间隔离度，从

而提高了数据传输的安全性。5G毫米波专频专网可以通过波束

赋形技术实现精准定向的信号覆盖，这意味着信号可以被严格控

制在特定区域内，进一步降低未授权访问的风险。5G毫米波专

频专网的核心网络的关键组件被统一安置在专属网络区域内，这

种部署策略规避了云数据中心在进行网络切片时可能出现的隔

离安全风险。

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表3-3虚拟专网与毫米波专频专网的安全性对比

对比维度虚拟专网专频专网

空口安全使用公网频谱，较易受使用专用无线频谱，与公网

到无线干扰进行了无线频谱隔离，避免

了来自公网的无线干扰

数据安全数据传输路径复杂，存基站和核心网设备独立部

在泄露风险署在专网域内，与外网物理

隔离，确保了数据不出园区

传输安全公网传输环节涉及部传输全部局限于环境相对

署环境开放性，风险相封闭的园区，具有一定的物

对较高理安全保障，相对公网传输

风险稍低

云化安全核心网部署于公网云核心网各功能模块集中部

计算中心，存在与其他署于专网域内的通用服务

应用或各网络切片间器上，避免了云计算中心的

的隔离风险切片隔离风险

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四、基于毫米波的垂直行业应用

随着数字化建设不断深入，许多垂直行业场景对无线网络环

境提出更高的要求。这些要求包括更高的数据传输速率、更低的

网络时延、更高的可靠性和安全性、更灵活的网络配置以及对通

信感知的融合支持。这些需求推动了5G技术的发展，尤其是毫

米波专频专网的试点部署，以满足智能制造领域对无线网络环境

的高标准需求。一是高度自动化与智能化的生产作业流程需要海

量数据的实时传输交互，以实现更加精准地控制和响应，对于大

带宽提出了新需求。二是宽广的工作区域使得设备无人化作业逐

渐普及，这也对设备远程操控提出更严格的确定性与低时延需求。

三是数量庞大的智能设备和资产需要跟踪追溯和安全运维，这也

对高精度的融合感知和快速定位提出了新的需求。其中以制造、

港口、风电、电网和矿山为代表的5大典型行业，对于无线网络

的传输速度、实时性、确定性、融合感知定位等需求最为迫切，

也是毫米波技术实际应用的关键领域。

5G毫米波专频专网在技术方面具备大带宽、低时延、高可

靠、低功耗、高精度定位、高精度感知6大技术特性，能够为上

述5大行业提供更好的通信、感知、定位多维度网络服务。依据

行业应用特点与细分复杂场景需求，本章节梳理出5大行业中

25个典型业务场景与解决方案，具体分类描述如表4-1所示，并

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将在各行业应用小节中进行详细阐释：

表4-1毫米波创新行业应用

（一）制造行业

随着智慧工厂的快速发展，对实时数据处理和精确位置跟踪

的需求日益增加，目前的移动网络技术在上行宽带能力、确定性

服务质量保障能力以及定位精度方面还无法充分满足工业场景

的这些高性能需求，无法确保操作的安全性和可靠性。

5G毫米波专频专网引入了新的技术及架构，提供了远超传

统技术的上行带宽和极低的时延，这些特性使得毫米波技术成为

智慧工厂转型的关键技术之一。同时，毫米波技术的通感算一体

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化特性，不仅能实现设备间的高速通信，还能进行精确的快速定

位和环境感知，从而提高智能制造环境中的自动化和安全水平。

智慧工厂的建设是一项跨越顶层规划、工程设计、施工建设

至运营管理的系统性工程。这一过程集成物联网、大数据、云计

算、机器学习等技术，强调设备智能化和生产自动化。毫米波技

术的特性能帮助传统工厂加速向智慧工厂转型，使得工厂实现设

备的高速互联、数据的实时分析以及流程的优化改善，从而提高

效率，降低成本，并增强整个生产环境的灵活性和响应能力。毫

米波的通感算一体化特性，可以实现危险作业区域内人员实时定

位及智能告警。毫米波的高感知精度和低时延特性，可以实现无

人装备在物流环节的高精度协同作业。毫米波的大上行带宽特性，

可以更好地实现无人化巡检和AR远程运维，并支持高清实时视

频和语音数据的交互。

图4-1智慧工厂

智慧工厂的典型应用，以汽车行业为例，包括汽车冲压车间

的设备高频多维数据无线采集，焊装车间的云PLC协同控制作

业，涂装车间的基于机器视觉的实时漆面质检，总装车间总装线

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的XR远程协助，以及仓储区域的视觉SLAM智能物流机器人

应用等。许多制造企业更加注重网络传输的确定性，即对带宽、

时延、丢包等指标提出了更高的要求，如企业要求远程PLC的

控制指令延时为5ms，那网络需要确保99.999%的情况下时延都

在5ms以内，而不是一段时间内的所有包平均时延。

图4-2造纸工厂

以造纸行业为例，包括制浆造纸车间的设备高频多维数据无

线采集，原料车间的无人起重机与重载AGV协同控制作业，造

纸车间纸机XR远程协助，厂内物流车定位识别与数字导航应用。

表4-2智慧工厂应用5G毫米波专频专网的业务场景和网络需求

时延可靠性

典型场景场景描述上行速率

要求要求

软件定义工业控制，通过较低，单点几毫极高

云PLC协同云网融合和边云协同的一般大于秒

控制作业技术，实现软PLC程序100Kbps

在远程运行，基于低时

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延、高可靠网络实现现场

设备控制。

视觉SLAM获取的大量较高，单点几十极高

3D图形数据产生实时三一般大于毫秒

维环境信息及物流机器40Mbps

视觉SLAM

人位置姿态信息可能需

智能物流机

要通过大带宽可靠无线

器人

网络即时传输到远程控

制中心，确保决策的准确

性和实时性。

XR技术涉及传输大量的较高，单点几十极高

3D图形数据、高分辨率一般大于毫秒

视频流以及实时交互信50Mbps

XR（扩展现息，需要极高的网络带宽

实）远程协以支持无损的数据传输。

助通过低时延无线网络将

终端算力转移到云端，可

减轻头显设备的重量和

复杂性。

针对工业现场的视频大较高，100几十较高

流量数据、振动信号高频路并发一毫秒

数据、控制实时响应数据般大于

以及大量的传感数据，实50Mbps

设备高频多

现多维传感控制数据投

维数据无线

射到视频中，同步反馈多

采集

维数据的实时更新，将极

大帮助远程监控人员第

一时间发现潜在的设备

故障和生产停机风险。

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在实时处理高清图像或极高，单点几十较高

视频流的场景中，如精密一般大于毫秒

零部件检测、大规模自动100Mbps

AI实时工化产线上的质量控制等，

业质检机器视觉系统产生的大

量数据需要快速传输，满

足高分辨率图像的实时

传输需求。

（二）港口行业

近几年，我国继续加大了对港口设施的投资建设力度，港口

基础设施持续扩大和完善，加快自动化和无人化升级改造，进一

步提升港口的智能化水平。随着自动化码头、港口安全监控与货

物管理无人化的快速发展，现有无线网络无法很好满足对大量高

清视频流的实时传输和设备低时延远程控制的日益增长的需求。

通过建设毫米波专频专网，可为无人集卡、自动岸桥、自动

化轨道吊等场景提供多路高清视频的实时传输，毫秒级的响应速

度，从而确保安全高效作业。尤其在岸桥作业区，经常会出现密

集无人设备集中作业的情况，而毫米波专频专网的大上行带宽，

极低时延和感知定位功能能够很好地满足热点区域的网络需求。

港口的主要业务在岸桥、堆场和闸口三个不同区域中，其智

能应用场景也有所不同。岸桥区域长度往往有5-10公里，主要

业务包括岸桥远控、视频监控和调度信息传输等。堆场区域是集

装箱堆场，集装箱层数一般有3-5层，高度从10米到20米不等，

主要业务包括龙门吊远控、智能理货、无人集卡运输和视频监控

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基于毫米波的工业5G创新应用白皮书

等。闸口区域主要是室外场景或半室外场景，建筑高度通常为

8-10米，主要业务包括货物扫码和拍照检验等。

图4-3集装箱港口

在以上港口智能应用场景中，大多对大带宽、低时延、感知

定位精度有很高的需求，而传统通信技术往往存在网络盲区，在

业务热点区域又容易出现网络服务瓶颈。5G毫米波专频专网提

供的超低时延和高带宽特性，能够满足自动化设备间快速、稳定

的数据交换需求，大量高清视频流的实时传输，实现设备远控、

精准定位与协同作业。

表4-3港口码头应用5G毫米波专频专网的场景描述和网络需求

时延可靠性

典型场景场景描述上行速率

要求要求

港口区域通常包含许多较高，单点几十较高

大型设备、集装箱堆场、一般大于毫秒

盲区覆盖与

复杂的建筑结构，这些30Mbps

热点补传

因素可能导致5G公网

信号受到阻挡或衰减，

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基于毫米波的工业5G创新应用白皮书

形成无线通信盲区。在

特定区域内可以部署更

多小基站解决传统蜂窝

网络无法触及的无线盲

区问题。

集成车载终端实现远程较高，单点几十较高

通信、高精度定位、物一般大于毫秒

联网及自动驾驶技术，40Mbps

实现货物从堆场到码头

无人集卡调的无人化运输。无人集

度与群控卡车群协同、安全性能

提高以及与港口其他智

能设备深度集成等方面

对无人集卡的多维度应

用提出了更多的需求。

岸桥和龙门吊的远程控较高，单点几十较高

制，要求多路高清视频一般大于毫秒

岸桥龙门吊远程传输至远端控制40Mbps

远程控制台，控制命令需要保证

端到端时延<10ms，实现

快速、准确、可靠执行。

港区低空无港区低空无人机应用已较高，单点百毫较高

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人机管控逐步普及，主要应用在一般大于秒

港口安保、船舶检测、