一文看懂！工业5G终端设备的技能、应用及家当成长_模组_工业

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2019年6月，5G商用牌照正式发放，标志着我国进入5G商用元年。
与此同时，工业制造也加速向数字化、网络化、智能化转型，家当界推进5G与工业互联网领悟的积极性不断提升，截至2023年11月全国“5G+工业互联网”项目已达到8000个。
随着5G技能进步和运用领域的不断拓展，目前我国“5G+工业互联网”已经进入运用规模化、家当深度领悟的主要发展阶段。

近日，国务院印发《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》，提出要推广运用智能制造设备和软件，加快工业互联网培植和遍及运用，造就数字经济赋智赋能新模式。
这将推动工业企业加快设备的网络化、智能化改造，加速“5G+工业互联网”领悟创新和规模运用。
在环球家当竞争非常激烈的时期，如何把握5G与工业领悟的市场需求，持续夯实5G技能积累，探索工业5G终端设备家当发展趋势，进一步加快我国工业5G终端设备和5G工业模组“降本”落地，是当前推进5G工业运用的核心命题。

工业5G终端设备的技能

5G通信模组

5G通信模组处于感知层与网络层之间，是将多种芯片器件进行封装设计并嵌入多种通信协议，能够快速为终端设备供应5G通信能力的核心电子元器件。
5G通信模组紧张由电源管理芯片、传送吸收器、射频前端、多制层封装芯片、5G基带五部分组成，如图1所示。
现有通用模组基本无法兼顾安全性、稳定性和分外功能需求等指标，因而难以知足不同行业对5G的差异化需求。

5G定制功能模组在供应标准通信功能的根本上，通过开拓不同的软硬件知足行业用户的分外需求，如5G LAN（局域网）、5G精准授时、5G网络切片等。
基于5G芯片的5G工业模组，目前已成为工业领域5G网络的核心组件。
与5G通信模组比较，5G工业模组的运用处景更繁芜、可靠性哀求更高、利用条件更严苛，不仅哀求制作模组的材料具有可靠性，还哀求组件支持二次开拓以及定制等功能。

图1 5G通信模组（通用）架构

工业5G终端设备

工业5G终端设备是指内嵌5G通信芯片/模组、具备直接接入5G网络能力的工业设备，例如具备5G通信能力的无人机、机器人、摄像头、天车、无人矿卡等设备。
从5G通信模组与工业设备的连接办法维度出发，工业5G终端设备可分为集成式工业5G终端设备和外挂式工业5G终端设备两大类。
集成式工业5G终端设备包括集成了5G芯片、5G模组、5G通信板卡的行业运用设备，例如用于多个工业场景的本安防爆型5G手机、5G智能安全帽、5G AGV（自动引向车）等工业设备。
外挂式工业5G终端设备以5G工业网关、CPE、路由器等通信类设备为主，个中内嵌5G模组的5G工业网关运用较广，支持Modus、西门子系列、欧姆龙系列等工业协议，可替代现有网络架构中的工业网关，使现有设备无需进行改造即可接入5G网络。

工业5G终端设备发展情形

5G工业模组家当现状

5G通信模组的家当进展支撑着工业5G终端设备的发展，表示着工业互联网与5G技能生态领悟的状况。
中国模组厂家生产的5G模组型号数量持续霸占环球领先地位，近4年在环球5G模组型号数量占比超80%，如图2所示。
海内5G工业模组厂家紧张有移远通信、日海智能、广和通、美格智能、有方科技、高新兴等，Counterpoint数据显示，中国模组厂家持续霸占环球5G等蜂窝物联网模组出货量的领先地位。
根据2024年3月GSA（环球移动供应商协会）环球5G模组型号统计数据，5G模组型号数量排名前4的均为中国厂家，分别是移远通信、广和通、美格智能和日海智能。

在产品方面，随着5G标准不断演进，5G工业模组产品持续推陈出新。
模组厂家已研发出多款支持5G LAN、uRLLC（高可靠且低时延）特性、SUL（高下行解耦）上行能力增强等5G R16特性的5G工业模组产品，例如移远通信的RG500U、RG200U、RM500U，广和通的FM650-CN等。
2022年6月3GPP 5G R17标准冻结后，高通于2023年2月发布了X35 5G NR-Light（RedCap）以及X75、X72 5G调制解调器及射频系统芯片。
此后新一代 R17 5G工业模组不断问世：基于高通X35芯片，模组厂家发布了多款轻量化5G RedCap模组，例如移远通信的Rx255C系列、芯讯通的SIM8230系列、广和通的FG131和FG132系列、美格智能的SRM813Q系列；基于高通X75和X72，模组厂家发布了在数据传输速率、网络容量、功耗、时延和可靠性上进一步升级的5G NR工业模组，例如移远通信的RG650E和RG650V系列、芯讯通的SIM8290和SIM8270系列、广和通的Fx190和Fx180系列、美格智能的SRM817和SRM817WE系列。

在标准方面，通用类和定制化5G工业模组标准同步推进。
通用模组标准方面，YD/T 3988-2021《5G通用模组技能哀求（第一阶段）》已发布，中国通信标准化协会正在推进《5G通用模组技能哀求（第二阶段）》和《5G轻量化通用模组技能哀求（第一阶段）》等通用模组的标准研制。
定制化模组标准方面，T/CEC 642-2022 《电力5G通信模组通用技能哀求》、《5G视频监控摄像机模组技能哀求》已发布，《面向安防监控的5G模组技能哀求》《面向石化行业的5G轻型化模组技能哀求》等标准正在研制中。

图2 近4年环球5G模组型号数量及占比

当前，5G工业模组的价格仍处于高位。
在通用模组方面，虽然通过硬件和功能裁剪、采取国产化芯片和元器件替代等办法，商用5G工业通用模组的最低价已低于400元，然而由于工业细分行业多、需求差异性大，5G工业通用模组与行业适配度不敷。
目前市场上的5G工业模组以R15、R16版本的通用型为主，侧重高速率场景，大部分行业的运用处景属于中高或中低速率，因此目前商用的5G工业模组针对这些运用处景供应的性能过剩，造成功能本钱上的摧残浪费蹂躏。
5G RedCap模组专门针对中高速率场景，目前处于预商用阶段，商用初期价格将在200元旁边，可成为高速率5G模组的有力补充。

在定制化模组方面，行业定制的5G工业模组开拓本钱居高不下，一方面，5G模组的本钱紧张来自上游的基带、射频等芯片采购和外围电路开拓，目前5G芯片厂家较少，模组厂家的议价空间有限，而外围电路开拓涉及二次开拓和集成，研发本钱高、利润率相对较低；另一方面，工业领域不同行业和场景对5G模组的需求差异较大，对时延、授时精度、定位能力、尺寸、功耗等哀求不尽相同，例如AGV对定位能力哀求高，电力行业的配电差动保护哀求高精度授时，采矿行业须要本安防爆等，短期内尚难实现广泛运用以摊薄本钱。
在“5G+工业互联网”的实践中，通用型5G工业模组和行业定制化5G工业模组应同步发展。

目前，行业定制化5G工业模组处在发展初期，受限于需求碎片化、研发周期较长、开拓本钱较高档成分，只有少数企业开展研发探索。
例如，中国移动通过自主研发打破防爆设计、上行增强等关键技能，自研适用于矿业的5G模组。
深圳供电局、南网科研院携手广和通共同预研专用于电力行业的5G模组，通过最优办法匹配终端设备通信能力，推动设备快速升级现有通信办理方案，并验证了多切片、高精度授时等多项R16特性在虚拟电厂的运用。

工业5G终端设备家当现状

得益于“5G+工业互联网”示范项目的运用与探索，工业5G终端设备百花齐放，包括5G工业CPE（网络终端设备）、5G工业网关、5G DTU（无线终端设备）、5G摄像机、5G工控机、5G PLC、5G AGV、5G无人机、5G机器人、5G无人矿卡、5G天车、工业AR/VR等。
目前商用落地最多的是5G工业网关、5G工业CPE及路由器等外挂式通信设备，其次为5G摄像机、5G无人机、5G AGV等可用于多个工业场景的集成式工业5G终端设备。

国内外挂式工业5G终端设备发展迅速，工业级5G CPE/路由器/网关产品型号数量占到环球43%（共计71款），占比领先欧美等发达国家，厂家包括华为、复兴通讯、鼎桥、宏电、中微普业、四信等。
集成式工业5G终端设备加速呈现，如杭州灵伴科技5G工业智能AR头盔、复兴通讯5G工业自然导航AGV载重平台、海康威视矿用本安5G摄像机、上海勃傲自动化的5G阀岛等产品。

从连接办法上来看，工业5G终端设备运用逐渐由借助外部设备间策应用5G，转变为嵌入式设备直策应用5G。
受制于本钱，工业互联网中5G CPE和工业网关的组合是当前主流5G接入办法，其具有改造本钱低的优点，但在传输时延、空间灵巧性上存在毛病。
随着海内芯片厂家发力5G芯片、5G RedCap模组商用，以及家当链高下游逐步成熟，5G模组成本持续低落，设备5G通信模组内嵌化的趋势逐渐显现，该模式下设备可直连基站5G旗子暗记，利于增强设备与5G原生特性能力领悟。

从设备功能上来看，工业5G终端设备逐渐由单数据传输设备转变为多功能5G设备。
5G LAN、高精度定位、边缘打算、高精度授时等多种需求被纳入设备设计，例如：5G工业CPE、网关等产品功能持续丰富，除了供应数据传输、路由、多种协议转换等基本功能外，逐步增加超强算力、本地数据处理、支持5G新特性等多种智能化新功能。

从设备运用上来看，工业5G终端设备与垂直行业深度领悟，适应特定需求。
特殊是在电力、矿山、交通等专业化需求度高的5G运用领域，行业巨子深入设备设计环节，纵向聚合家当链伙伴定制生产，知足工业场景差异化需求。
例如：南瑞信通面向配网差动保护、精准负荷掌握等多种电力运用处景，推出了嵌入式5G通信仓、外置接入独立式5G电力CPE等产品，并于近期完成了电力行业首款5G RedCap终端设备研发和试点运用。

我国工业5G终端设备运用前景展望

5G工业模组前景展望

当前已做生意用的5G模组紧张是遵照3GPP R15、R16版本协议，在技能上具有一定的局限性，不能知足工业设备厘米级高精度定位、低时延掌握、低功耗等需求。
5G工业模组仍面临本钱居高不下、需求适应性待提升、定制化模组较少等寻衅。
在市场需求驱动下，模组厂家将加强对行业需求的价格和功能适配，低本钱5G通用模组及适应分外需求的定制型办理方案将不断落地。

通用型5G工业模组方面，在技能上，加快推动符合3GPPR17标准的5G模组商用落地，协同推进高速率5G NR和中高速率5G RedCap模组产品规模化商用，共同知足对带宽、延时、可靠性、定位等需求多样的工业运用处景，目前运营商正在进行网络测试并针对工业场景进行定制化网络设置。
在本钱优化上，前期可以通过采取国产芯片、元器件等低价材料替代，以及去除非必要功能（例如裁剪支持频段、仅支持SA组网等）等办法降落通用型5G工业模组成本，从而促进利用规模扩大，后期规模上量后可进一步推动价格低落。

行业定制化5G工业模组方面，芯片模组厂家、行业用户、运营商等家当干系方的互助将进一步加强，积极探索研究各个垂直行业同类型用户的共性化功能需求，首先从需求体量较大的场景入手，针对行业特定需求开拓定制化5G芯片，从上游提升行业适配度，并通过规模运用降落本钱；其次利用5G RedCap天然支持5G LAN、覆盖增强、5G授时等原生特性，加快面向行业需求的定制化5G RedCap模组研发。
随着定制化5G工业模组的本钱不断降落、产品持续丰富，后续逐步扩大覆盖场景的范围。

工业5G终端设备前景展望

5G网络覆盖日益增强和5G工厂培植稳步推进为工业5G终端设备发展供应了“土壤”。
目前，外挂式工业5G终端设备和部分通用集成式工业5G终端设备发展较快，集成式工业5G终端设备中的行业定制扮装备仍处于发展初期。
工业5G终端设备的进一步发展仍面临需求碎片化、产品供给丰富程度有待提高、标准体系仍未建立等寻衅。
随着5G标准的不断演进，新版本标准将助力面向工业互联网场景的5G高可靠、低延时等特性得到持续提升，同时随着5G工业模组价格逐渐降落，将进一步推动5G与工业设备的领悟发展。

在需求匹配方面，加快探索“5G+工业互联网”范例运用处景，按行业推进工业5G终端设备支配运用。
结合大规模设备更新行动方案，重点打破工业和信息化部公布的“5G+工业互联网”二十个范例运用处景和十个重点行业，按行业、分批次集中推进5G运用，以范例运用处景的规模化复制推广加速5G设备与工业各垂直行业深度领悟。

在产品研发方面，促进行业企业、运营商、设备厂家等工业5G终端设备干系各方协同攻关，加快5G RedCap技能在工业传感器、可穿着设备等终端设备中的运用，加强行业定制化工业5G终端设备研发，综合利用5G、人工智能等技能，提升工业5G终端设备的智能化水平。

在标准研制方面，加快面向不同行业、范例运用处景的工业5G终端设备标准研制，鼓励“产学研用”各方积极参与标准制订，凝聚家当共识，加强工业5G终端设备标准的宣扬和遍及事情，促进家当的规范化发展。

展望未来，家当界应从加快通用及定制5G工业模组研发降本、加强供需匹配对接、推动产品研发和家当深度领悟、加快工业5G终端设备标准研制等方面，推动工业5G终端设备创新发展。

本文刊载于《通信天下》

总第941期 2024年4月10日第7期

原文标题:《工业5G终端设备的技能、运用及家当发展》

END

作者：中国信息通信研究院陈敏臧磊于青民

芯讯通无线科技（上海）有限公司王浩杰

机器工业仪器仪表综合技能经济研究所郑秋平

责编/版式：盖贝贝

审校：王涛梅雅鑫

监制：刘启诚

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标签：模组工业