基于R15芯片的电力行业5G模组的精简化研究

基于R15芯片的电力行业5G模组的精简化研究报告 Researchon simplifying 5G module ofelectric-powerindustrybasedonR15chips 研究报告要点 本研究报告主要面向基于R15芯片的电力行业5G模组的精简化研究。通过分析电力场景应用需求明确电力业务对速率、时延、可靠性等方面的通信需求，和模组剪裁方案研究，在此基础上研究相应可行的裁剪方案，主要包括功能裁剪、性能裁剪和硬件裁剪，旨在实现电力5G模组轻型化，快速推进其在各类电力业务场景以及其它工业互联网场景中的应用。 研究单位：北京智芯微电子科技有限公司、翱捷科技股份有限公司、紫光展锐（上海）科技有限公司、联发博动科技（北京）有限公司、山东鲁软数字科技有限公司智慧能源分公司、芯昇科技有限公司、北京智联安科技有限公司。 研究人员：王鑫、张宝芝、邵将、曲行根、李维成、龙迪、张伟强、陈定云、岳希亮、李静、朱泽睿、张伟。 完成日期：2023年12月 目录 1电力场景应用需求..................................................................................................1 1.1输电无人机巡检.................................................................................................................................11.2输电线路可视化.................................................................................................................................21.3基于5G的变电站AR/MR巡检.......................................................................................................31.4移动作业办公.....................................................................................................................................41.5现场安全管控.....................................................................................................................................51.6通信需求总表.....................................................................................................................................5 2模组裁剪方案研究..................................................................................................6 2.1功能裁剪研究.....................................................................................................................................62.1.1频段............................................................................................................................................62.1.2通信制式....................................................................................................................................72.1.3载波聚合....................................................................................................................................72.1.4双连接........................................................................................................................................82.1.5微时隙机制................................................................................................................................82.1.6业务能力....................................................................................................................................82.2性能裁剪研究.....................................................................................................................................82.2.1MIMO层数................................................................................................................................82.2.2带宽............................................................................................................................................92.2.3调制方式..................................................................................................................................102.2.4放松终端处理速度..................................................................................................................112.3硬件裁剪研究...................................................................................................................................122.3.1射频天线..................................................................................................................................122.3.2射频通道..................................................................................................................................132.3.3基带电路..................................................................................................................................132.4软硬件架构研究...............................................................................................................................13 3总结........................................................................................................................16 基于R15芯片的电力行业5G模组的精简化研究 1电力场景应用需求 1.1输电无人机巡检 输电无人机巡检场景主要是针对网架之间的输电线路物理特性检查，如弯曲形变、物理损坏等特征，该场景一般用于高压输电的野外空旷场景，距离较远。一般两个杆塔之间的线路长度在200-500米范围，巡检范围包括若干个杆塔，延绵数公里长。利用5G通信高速、低时延、安全特点，将巡检高清视频实时回传。实现巡检任务自动化，航线自动规划及任务编排，远程遥控二次精细化巡检任务，为高强度的输电线路巡检工作提供了自动化、智能化、现代化的替代方案。应用成效可达：（1）每10基杆塔巡视所需时间由4人*小时以上降低至0.5人*小时；（2）节约大量巡检费用；（3）大尺寸缺陷识别准确率可达90%；（4）小尺寸缺陷识别准确率可达70%。 此场景对通信的需求为：(1)通信速率：4K视频传输速率≥25Mbps，1080P视频传输速率≥6Mbps；(2)通信时延：控制链路通信时延≤100ms，视频链路通信时延≤200ms；(3)通信可靠性：＞99.9%；(4)隔离要求：业务属于管理信息大区，与生产控制大区进行物理隔离，与管理信息大区其他业务进行逻辑隔离。 但同时，困扰无人机发展的最大问题，就是电池的续航问题。目前的民用旋翼无人机，续航时间基本在20-30分钟之间，这个显然制约了无人机巡检的普及应用。因此，可以通过裁剪5G芯片功性能、缩小面积，降低功耗。 1.2输电线路可视化 超（特）高压输电架空线路具有电压等级高、线路走径地形复杂、输电线路杆塔高等特点，人工巡视难度大、效率低下、巡检周期较长，覆盖面小。视频监控装置通过内嵌5G模组或CPE等接入网络，基于5G大带宽，支持超高清视频安全、实时、可靠、高速回传，实时接入接地环流、好外热成像测温、等传感器，高清摄像头以及传感器数据通过5G切片传输至输电云管平台，通过人工智能、深度学习等实现对输电线路智能化识别，提高输电网安全稳定运行水平。应用成效可达：（1）极大提升巡检效率；（2）大尺寸缺陷识别准确率可达90%；（3）小尺寸缺陷识别准确率可达70%。 此场景对通信的需求为：(1)通信速率：4K视频传输速率≥25Mbps，1080P视频传输速率≥6Mbps，480P视频传输速率≥2Mbps，图片传输速率≥2Mb