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智能制造体系要素之一-5G IIoT技术

更新时间:2024-12-18 15:28:54 浏览量:174

2024世界智能制造大会将于12月20日至22日在江苏省南京市举办,围绕“加快打造智能制造升级版,因地制宜发展新质生产力”主题,加强各领域交流合作,提高重点产业链质量,紧扣企业升级发展,推进新型工业化。自2019年至今,世界智能制造大会已在南京连续举办八届。

2024年12月3日,为深入贯彻落实党的二十届三中全会关于“加快发展物联网”决策部署,工业和信息化部办公厅确定并公布物联网赋能行业发展典型案例名单,涵盖行业应用(69项),社会治理(15项),民生消费(6项)及与新产业融合(17项)四大领域合计107项典型案例。其中智能制造领域有35项入选,占比达33%。

智能制造体系要素之一-5G IIoT技术

2024年9月19日,工信部办公厅发布的《智能制造典型场景参考指引(2024年版)》指出,智能制造典型场景通过新一代信息技术与先进制造技术深度融合,部署智能制造装备、工业软件和系统,面向产品全生命周期、生产全过程和供应链全环节核心问题,实现具备协同自治能力、特定功能和实际价值应用。

“新一代信息技术”主要指5G通信技术。在智能制造体系中,5G技术应用包括以下环节:

一、质量管控--质量追溯与分析改进
针对质量数据不完整、追溯难度大等问题,应用5G、条码、二维码、RFID等技术,集成分析原料/设计/生产/使用等质量数据,构建管理系统实现产品全生命周期精准追溯和优化改进。

二、设备管理--设备运行监控
针对设备运行数据全面采集难、统一管理难等问题,集成5G、智能传感、多模态数据融合等技术部署监控系统,实现设备数据实时采集、状态分析和异常报警,提高设备运行效率。

三、营销与售后--产品智能运维
针对产品服务周期长、响应不及时等问题,集成 5G、预测维护等技术构建远程运维系统,实现基于运行数据的产品远程监控、故障诊断和增值服务创新,提高产品附加值。

四、营销与售后--智能客户服务
针对客户响应不及时、服务体验差等问题,采用 5G、自然语言处理(Natural Language Processing,NLP)等技术建立客户服务管理系统,实现主动客服响应,提高客户满意度。

五、供应链管理--物流智能配送
针对物流运输过程监控难、配送周期长等问题,综合 5G、多模态感知、实时定位导航等技术建设供应链管理系统,实现厂外物流全程跟踪和高效处理,降低成本并提升准时交付率。

六、信息基础设施--先进工业网络
针对工厂网络需求多样、结构复杂、带宽不足等问题,部署 5G 工业专网、时间敏感网络(Time Sensitive Network,TSN)、工业全光网络等新型网络基础设施,应用异构网络融合、远距离高带宽实时通信等技术,建设满足智能制造低时延、高可靠、大带宽需求的网络。

智能制造体系要素之一-5G IIoT技术

在通信标准层面,5G技术助力智能制造体系飞速发展,3GPP 5G R18标准提供重要支持。

2024年6月18日3GPP RAN第104次会议上R18标准正式冻结,标志5G技术重要里程碑。今年是5G商用第五年,自2019年6月至2022年6月,5G技术发展已历经R15、R16、R17三个标准版本。R15(2019年6月冻结)是首个5G完整版本,为后续演进奠定基础。R16(2020年7月冻结)定义工业无线网络细分标准,即工业物联网(Industrial Internet Of Things,IIoT),包括超可靠低延迟通信 (Ultra-Reliable Low-Latency Communication,URLLC),定位(Positioning),私有网络(Private Network)及TSN。R17(2022年6月冻结)增强IIoT功能,包括高精度定位,私有网络加强,对IoT和TSN/URLLC加强支持及轻量5G(Reduced Capability,RedCap)

智能制造体系要素之一-5G IIoT技术

随着5G商用不断纵深推进,IIoT持续增长应用场景推动技术继续升级演进。作为5G-Advanced版本,R18进一步细化R17既存场景,包括工业物联网(Industrial Internet of Things,IIoT)的系列升级,即物联网的非地面网络(Non-Terrestrial Network Evolution,NTN Evolution-IoT)进化,定位进化及RedCap进化。

以下是5G RedCap设备和5G传统设备之间参数比较列表。

智能制造体系要素之一-5G IIoT技术

上图显示,为实现5G设备轻量化,RedCap频带更小,在Sub-6GHz频段RedCap带宽20MHz,小于传统5G设备100MHz。同时RedCap减少收发天线数量和MIMO层数。在Sub-6GHz频段,RedCap终端接收链路减少为1个或2个,相应下行MIMO接收降低为1层或2层,从而降低对终端射频收发信机和基带处理模块能力要求。在调制方式上RedCap采用更简单的64QAM,对射频和基带处理能力要求大幅降低。进一步RedCap 采用半双工FDD(HD-FDD),无需双工器,可在不同时刻在不同频率上收发。不仅节约成本,还具有更强集成能力(双工器一般体积更大),减小设备空间占用,支持设备小型化。此外,RedCap还引入节省功耗手段如增强非连续接收特性(enhanced Discontinuous Reception,eDRX),更长休眠模式等,目的都是减小通信终端功耗,获得更高续航能力。

相比5G标准终端,RedCap在射频和基带层面成本降低约70%,RedCap整体成本可降低60%-70%。

据统计数据,在产业政策支持、技术条件成熟及下游消费需求推动下,到2024年上半年我国智能制造装备产业规模已达3.2万亿CNY,已培育421家国家级智能制造示范工厂、万余家省级数字化车间和智能工厂,IIoT等技术在90%以上的示范工厂得到应用。2029年我国智能制造市场规模有望突破7.6万亿CNY,2024-2029年复合年增长率达15.6%。

智能制造体系要素之一-5G IIoT技术

 

面向IIoT领域研发主推热租测试工具:

 

一,KEYSIGHT N9030B(OP:26.5GHz、44GHz)PXA信号分析仪非常适合商用无线通信领域中的高性能研发应用。 具有更宽的信号分析带宽,能降低测量不确定度,还能通过本底噪声扩展(NFE)技术增强信号捕捉,并可通过升级选件添加实时频谱分析功能,对复杂信号进行深入分析。

核心参数:

  • 2Hz ~50GHz,
  • 最大分析带宽:510MHz,
  • 最大实时带宽:510 MHz,
  • 1GHz时10KHz频偏处的相位噪声:-136dBc/Hz。

KEYSIGHT N9030B PXA信号分析仪 KEYSIGHT N9030B PXA信号分析仪
KEYSIGHT N9030B PXA信号分析仪

 

二,KEYSIGHT N9020B(OP:26.5GHz)MXA信号分析仪能快速适应无线器件不断演进的测试要求。通过硬件加速功率测量缩短测试时间,显示更新速率快,且具有游标峰值搜索和快速扫描功能。全频段实时频谱分析能够捕获偶发或瞬态信号。

核心参数包括:

  • 10Hz ~26.5GHz,X 系列应用软件提供一键式测量,显著简化测试

KEYSIGHT N9020B MXA信号分析仪 KEYSIGHT N9020B MXA信号分析仪
KEYSIGHT N9020B MXA信号分析仪

 

三,KEYSIGHT N5182B MXG X系列信号发生器满足线性射频链路或经过优化链路需求:相位噪声、ACPR、通道编码等。较大程度提升器件和设计性能。利用优异硬件性能、相位噪声和杂散性能,测试接收机灵敏度、表征 ADC 或混频器信噪比、查找接收机带外抑制。利用 ACPR 和输出功率,驱动功率放大器并表征非线性特性。

具体参数包括:

  • 9 kHz - 6 GHz
  • 3 GHz 时提供 +24 dBm 指定功率,带电子衰减器
  • 1 GHz 和 20 kHz 偏置时,相位噪声为 -146 dBc
  • ≤-73 dBc ACP W-CDMA 64 DPCH 和 <0.4% EVM 160 MHz 802.11ac

KEYSIGHT N5182B MXG X系列信号发生器 KEYSIGHT N5182B MXG X系列信号发生器
KEYSIGHT N5182B MXG X系列信号发生器

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