5G為制造業(yè)帶來機遇，但也面臨技術(shù)難題

一、5G概述：

第五代移動通信技術(shù)，簡稱5G，是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，繼4G、3G和2G系統(tǒng)后的延伸。在這種網(wǎng)絡中，供應商覆蓋的服務區(qū)域被劃分為許多被稱為蜂窩的小地理區(qū)域。本地天線通過高帶寬光纖或無線回程連接與電話網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)連接。與現(xiàn)有的手機一樣，當用戶從一個蜂窩穿越到另一個蜂窩時，他們的移動設備將自動“切換”到新蜂窩中的天線。

從技術(shù)層面上看，5G技術(shù)通過大規(guī)模天線、邊緣計算、網(wǎng)絡功能虛擬化等一系列硬件和軟件技術(shù)創(chuàng)新，各項性能指標都比4G有大幅提升，具備“超可靠、低時延、廣覆蓋、大連接”等特點；從業(yè)務體系看，5G將全面向互聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展，從過去的封閉性、專用性變?yōu)閺娬{(diào)開放性與通用性；從應用場景看，前四代技術(shù)主要是面向個人通信，5G將擴展到產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智慧城市應用。

二、5G產(chǎn)業(yè)鏈

2020年3月，工信部表示，今年5G網(wǎng)絡建設將加速又加量，預計三大運營商今年年底前將開通60萬5G基站。從5G基站的建設需求來看，5G將會采取“宏站+小站”組網(wǎng)覆蓋的模式。根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的《2018年中國5G產(chǎn)業(yè)與應用發(fā)展白皮書》，預計5G宏站增量將達到360-500萬個，小基站數(shù)量將達到720-1000萬個，合計基站總數(shù)量將是4G基站的3.3-4.6倍，將會帶來一輪原有基站改造和新基站建設熱潮。

5G基站主要分類 

從5G基站產(chǎn)業(yè)鏈來看，上游基站主設備包括了基站天線、基站射頻、基站光模塊和小微基站；基站射頻器件包含濾波器、功放、PCB、集成功率放大器(PA)和天線振子；傳輸設備包括光纖光纜、光模塊、有源/無源/半有源波分以及SDN/NFV解決方案。中游通信運營商負責基站維護以及收取使用費用等；下游應用包括終端設備及應用廠商,涉及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能裝備、手機/移動終端等。

在5G基站主設備中，印刷電路板（Printed Circuit Board，簡稱PCB）作為最基礎的連接裝置將被廣泛使用。PCB是指在基材上按照預先設計好的形成點之間連接和印刷元件的基板。PCB的功能是讓電子元器件按照預定電路連接（就是關鍵互連件）。首先5G基站的天線陣子需要使用PCB作為連接；其次5G基站的濾波器等元器件將大幅增加，需要使用一塊單獨的PCB來連接這些元器件；最后5G基站的CU/DU等部分也需要使用PCB。5G 建設初期，對于PCB 的需求增量直接體現(xiàn)在無線網(wǎng)和傳輸網(wǎng)上，對PCB 背板、高頻板、高速多層板的需求較大。

5G產(chǎn)業(yè)鏈的下游應用場景主要包含增強移動寬帶 eMBB、大連接物聯(lián)網(wǎng) mMTC、超高可靠超低時延通信uRLLC。我國IMT-2020（5G）推進小組發(fā)布的《5G概念白皮書》中也明確了四大應用場景：連續(xù)廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接、低時延高可靠。

在消費領域，5G應用場景有遠程醫(yī)療、自動駕駛、無人機高清航拍、實時直播、多人影像投射同步在線、智慧零售等，這些都是在4G時代的基礎上更進一步改善使用體驗，并沒有帶來顛覆性的變化。更多的是通過新技術(shù)新概念帶動消費升級，促進了4G智能手機等消費電子的更新?lián)Q代，5G智能手機上下游產(chǎn)業(yè)鏈迎來發(fā)展新機遇，如上游的攝像頭光學、功率半導體、PCB板等。

在工業(yè)領域，5G基本能滿足工業(yè)自動化中對無線通信低延遲、高可靠性、低成本的要求，適用于AGV控制、視覺信號傳遞、柔性生產(chǎn)線等大部分應用場景。我國現(xiàn)在工業(yè)分類中有39個工業(yè)大類，具備大而全的完整工業(yè)體系，不同工業(yè)門類對5G需求也各不相同，更多應用場景還在探索當中。

5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展，被認為是我國把握第四次工業(yè)革命歷史機遇，在全球新一輪科技產(chǎn)業(yè)競爭中占據(jù)先機的重要一環(huán)。我國“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”已經(jīng)在工業(yè)制造、能源電網(wǎng)、智慧港口等領域開啟了探索之路，應用已逐漸由巡檢、監(jiān)控等外圍環(huán)節(jié)向生產(chǎn)控制、質(zhì)量檢測等生產(chǎn)內(nèi)部環(huán)節(jié)延伸。

在5G產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡中，處于關鍵位置的產(chǎn)品主要有通信設備、電子電路、半導體芯片、電子制造、電路元件、電線電纜、電子元件、傳感器等產(chǎn)品。在5G產(chǎn)業(yè)的布局中，圍繞這些重點關鍵性產(chǎn)品進行布局，能夠較好地支撐起5G產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡，形成產(chǎn)業(yè)集群，從而推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

三、5G面臨的技術(shù)難題

5G網(wǎng)絡技術(shù)面臨著很多挑戰(zhàn)，中國工程院院士鄔賀銓曾感嘆：“5G標準很理想，但網(wǎng)絡現(xiàn)實很骨感。”尤其是在工業(yè)領域的應用，5G還有很長的一段路要走。

5G具有高網(wǎng)速（最快可達每秒 10G 數(shù)據(jù)傳輸）、大帶寬（滿足海量設備接入）、低延時（空口對空口小于 1ms 時延，同步精度達到 100ns，抖動小于 100ns）、高可靠（穩(wěn)定性可達到 99.999%）、低功耗等優(yōu)點，但這些優(yōu)點并不能全部同時發(fā)揮作用。這些性能指標之間常常存在著一定程度的此消彼長、相互權(quán)衡的關系，一個維度性能的優(yōu)化往往會導致另一個維度性能的退化。因此只能通過切片技術(shù)來實現(xiàn)選擇保留一部分、犧牲一部分，以合理權(quán)衡與協(xié)調(diào)各性能指標實現(xiàn)之間的關系。

通過網(wǎng)絡切片管理為每一個業(yè)務組織形成一個VPN(虛擬專用網(wǎng)絡)，這是一個非常好的想法，但實際上這種全鏈路的VPN很難。把網(wǎng)絡切片向大客戶開放，由客戶發(fā)現(xiàn)、選擇、生成和管理VPN，給大客戶提供按需實時動態(tài)調(diào)整的權(quán)利，但VPN并不能實現(xiàn)跨運營商。可取的辦法是只是對時延、丟包率、可靠性有比較嚴格的業(yè)務提供網(wǎng)絡切片。

目前，滿足R15標準的5G在低時延這一性能上，無法滿足運動控制如伺服電機的要求。5G的1ms時延是指從端口到相鄰端口的時間，而不是通常意義上的從控制器到控制器的時間，如果整個控制回路全部用5G，那么時延還要更長。華為XLab 實驗室與倍福工業(yè)聯(lián)合開發(fā)的測試平臺得出結(jié)果表明，采用5G通信實現(xiàn)從PLC到PLC的數(shù)據(jù)傳輸，時延是10mS。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預測，即使是最終版本R17標準，能達到5mS延遲就算是比較理想的狀態(tài)，而伺服要求時延控制在2ms以內(nèi)。

小結(jié)：

在中國積極推進數(shù)字產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，引導數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟深度融合之際，5G技術(shù)是不可或缺的關鍵基礎設施。同時，我們也要看到，5G技術(shù)仍有部分局限性，期待有更多的企業(yè)加入探索5G關鍵技術(shù)及行業(yè)應用的隊伍。當5G與云計算、AR/VR、人工智能、大數(shù)據(jù)、機器人、遠程控制、傳感器等其他新一代信息技術(shù)深度融合后，能夠滿足超高清視頻傳送、智能制造、智能交通、遠程醫(yī)療、智慧城市、VR/AR等新興業(yè)務對移動網(wǎng)絡的需求，成為數(shù)字化社會轉(zhuǎn)型的基礎。