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 版权声明 本白皮书中所有材料和内容的知识产权属于未来移动通信论坛毫米波工作组及所有参编单位，并受法律保护。任何单位和个人未经未来移动通信论坛毫米波工作组授权，不得使用或转载白皮书中的任何部分。授权后转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书中文字或者观点的，应注明“来源：未来移动通信论坛毫米波工作组”。违反上述声明者，本工作组将追究其相关法律责任。 未来移动通信论坛毫米波工作组 编写单位 东南大学毫米波全国重点实验室、紫金山实验室、之江实验室、商飞智能技术有限公司、深圳市工赋数字化促进中心、上海新兴信息通信技术应用研究院、上海人工智能研究院有限公司、上海市无线专网有限公司、智慧尘埃（上海）通信科技有限公司、中科云谷科技有限公司、中国黄金集团内蒙古矿业有限公司、青岛港国际股份有限公司、中国海诚工程科技股份有限公司、金风科技股份有限公司、徐工汉云技术股份有限公司、本溪钢铁（集团）信息自动化有限责任公司、嘉宾科技（北京）有限公司 前言 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，为推进新型工业化、建设现代化产业体系提供了坚强支撑。工业是5G应用的主阵地，毫米波频段作为5G的重要组成部分，具有广阔行业应用前景。 毫米波频谱参考3GPP协议在24.25GHz到52.6GHz之间，与传统5G中低频段（Sub-6GHz）相比，5G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，满足工业场景对于高速率、大容量、低时延、高可靠的业务需求。同时，在提供通信功能之外，毫米波技术还能够提供高精度定位感知能力，满足智能制造与低空经济领域更多复杂的业务场景需求，有效释放通信技术潜能，推动实体经济高质量发展。 近年来，全球范围内对毫米波频谱资源的关注度不断增 加，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，以适应日益增长的无线通信业务需求。目前，美、德、日等发达国家已率先开展了部分毫米波频谱划分与商用部署。同时，毫米波技术的成熟与使用成本的下降，使其能够应用到更多行业场景中，预计全球毫米波产业也将在未来几年内进入快速扩展阶段。 5G毫米波在工业领域的技术应用在未来无线技术发展和网络基础设施建设中具有重要意义，也对关乎国家安全的 网络空间、航空航天等关键领域具有深远影响，积极布局和商业化应用毫米波技术有助于提升我国在全球5G竞赛中的竞争优势。在行业应用层面，5G毫米波专频专网在智慧工厂、智慧港口、智慧能源等领域，能够支撑大带宽连接和毫秒级时延的通信服务；在低空经济领域，能够提供高精度无人机探测和感知服务。同时，人工智能技术为毫米波在工业领域创新应用提供了智能化引擎，使网络资源按需配置更加精准，有效满足各行业对于专网架构的特定需求。 《基于毫米波的工业5G创新应用白皮书》详细介绍了 毫米波在工业领域创新应用的国际现状、政策背景、技术特点和典型应用场景。希望白皮书的发布，能为相关产业政策制定提供理论支撑，为毫米波技术发展和行业创新应用提供有益参考。 本白皮书由东南大学毫米波全国重点实验室、智慧尘埃 （上海）通信科技有限公司联合编写，并在编写过程中得到了行业内专家领导们的悉心指导。各参编单位均在推动5G毫米波行业的示范应用与技术发展中作出了卓越贡献，也为白皮书的写作提供了理论支撑与重要参考，在此表达感谢。 时间所限，白皮书难免有疏漏之处，敬请读者批评指正。 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- 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- 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、 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 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，20