通信世界网消息（CWW）目前的5G网络支持千兆下行速率已不再艰难，网络的需求完全能够满足to C市场的需求。在5G未来的主战场——to B市场及垂直行业，对上行的需求犹如“刚需”，因而备受关注。诸多大型工业企业制造基地均已提出自己的“未来工厂”方案，计划打造一个全新的智能化、数字化、高级自动化的制造基地。目前大部分工厂内部已建成一整套用于工业生产的流水线，但受制于数据传输速率和传输方式的影响，一直没能形成真正的智能化。伴随5G无线网络的商用，杭州移动积极联合当地工业企业进行创新性合作，尝试将“5G赋能智慧工厂”做成行业典范。
5G网络的多个特性完美契合工业场景设备互联与远程交互的需求，在提高生产管理效率和生产作业能力两个方面都有较好体现。目前已完成5G远程操控的AGV工厂物流车、5G AR监控摄像头、流水线机器视觉检测等多个基于5G应用的部署。伴随工厂全境5G无线网络的覆盖，超大的下行速率和超低时延已促使大部分应用开始进入到实际生产工作中，但仍有部分对上行速率需求过高的应用无法正常工作。
针对这一突出问题，本文介绍了浙江省内首个具有“5G动态上行容量增强+网络切片”功能的5G新型组网方案，该方案配合原有的2.6GHz频段5G室分网络，根据不同的应用需求进行针对性切片，投入到“未来工厂”的工业信息化生产之后取得了颠覆性的效果。
5G动态上行容量增强网络与2.6GHz频段5G室分网络融合在提出5G动态上行容量增强网络方案之前，工厂环境下的5G网络均通过2.6GHz频段的传统DAS室分系统覆盖，这一方案满足了工厂内一部分对网络下行要求高或者上行要求低的应用，例如：5G远程操控的AGV工厂物流车、无线PDA数据监测扫码枪等。然而，诸如遍布厂区的工业设备信息、流水线机器视觉检测等上行数据量非常大的设备，在上述室分网络下很难发挥其应有的能力。5G动态上行容量增强网络的提出可有效克服上行需求量大的问题，但仍要考虑到与2.6GHz频段5G室分网络的融合、共享。
“5G动态上行容量增强网络”首次提出“4.9GHz+2.3GHz”频段的5G无线网络覆盖方案。在满足4.9GHz 3:7的正常上下行时隙配比前提下，开通2.3GHz频段全上行时隙。2.3GHz频段上行支持50M大带宽，使得上行资源大幅增加，有效提升上行容量和体验，时隙配比方案如图1所示。
图1 “4.9GHz+2.3GHz”时隙配比方案
在4.9GHz基础上增开低频通道做上行，让流量同时承载于高频段+低频段，充分利用4.9GHz 100M大带宽和终端双通道发射的优势提升上行吞吐率，同时确保每个通道最大发射功率达到23dBm。4.9GHz+2.3GHz一体化8T8R射频模块TDD DL时隙使用4.9GHz频谱发送；TDD UL时隙使用4.9GHz+2.3GHz频谱发送，SCS子载波间隔30KHz，保证全时隙均有上行数据传输，实现上行增强。“5G动态上行容量增强网络”的组网方案如图2所示。
图2 “5G动态上行容量增强网络”组网方案
“未来工厂”内应用众多，不仅需要上行增强网络的支撑，2.6GHz频段的5G室分网络仍然不可或缺，为有效避免干扰，在厂房内统一通过2.6GHz传统DAS双流方式进行覆盖，按照正常时隙配比开通，目的是解决厂房内下行高速率的需求和普通用户端的正常使用，整个厂房内形成一个多频段、立体的5G网络分布，高低频相互配合实现to B和to C侧的全部应用。
5G网络切片网络切片即根据需求的不同，对网络进行差异化处理。根据SLA（服务等级协议）划分不同用户可使用的切片业务和类型，满足不同的服务请求。结合当下的实际应用，“未来工厂”落地的业务中，“AR人脸识别、智能预警技术、数据融合技术、自动视觉检测”等4项应用对切片网络需求迫切。针对上述应用，可根据不同设备使用的网络频段制定网络切片方案，如图3所示。
图3 “未来工厂”5G网络切片方案
配置切片1的2.6GHz基站双挂to B、to C核心网，使得公网用户也可正常接入；配置切片2的基站单挂to B核心网，仅支持to B业务接入。5G摄像头内嵌支持2.6GHz频段的5G模组，通过厂房内的2.6GHz基站接入to B核心网，摄像头SIM卡签约切片1，通过RB资源预留功能实现与公网用户隔离。机械臂和冲压拍照业务通过CPE接入4.9GHz+2.3GHz基站，进而接入to B核心网，SIM卡签约切片2，在4.9GHz上使用载波隔离功能实现切片应用。
用户在从其他基站向该基站切换时存在连接失败问题，需要重建会话，为减少对现网to C用户影响，2.6GHz to B、to C共享基站对接一套to C AMF；2.6GHz to B、to C共享基站对接所有to B AMF，2.3GHz、4.9GHz to B专用基站只对接to B AMF。to C AMF增加切片可用性服务对应的NSSF配置，NSSF增加to C默认切片（1-FFFFFF）、重定向和载波隔离需要的切片1和切片2的相关信息和支持切片可用性服务功能。to B AMF配置重定向和载波隔离需要的切片1、切片2相关信息。UDM上签约重定向和载波隔离用户的切片1、切片2已经对应的DNN相关信息。SMF上配置重定向和载波隔离对应切片1、切片2以及对应DNN和选择UPF的信息。UPF上配置重定向和载波隔离对应切片1、切片2以及对应DNN相关信息。to B、to C业务的数据流和信令流如图4所示。
图4 to B、to C业务的数据流和信令流
测试及应用效果5G动态上行容量增强网络的配套终端采用基于Balong5000平台的华为CPE Pro2，支持频段4.9GHz 100M、2.3GHz 80M；终端天线对应4.9GHz 2T4R、2.3GHz 2T；发射功率对应分别为26dBm、23dBm。
4.9GHz 64QAM 2.5ms双周期模式下，理论上行峰值为284Mbit/s；上行增强开启后，单用户上行峰值理论上可以达到720Mbit/s，相比单4.9GHz提升超2倍，同时时延也从最大4ms降低到2ms。针对理论数据，结合现场情况进行了一系列测试：2.6GHz频段室分网络测试下行速率近900Mbit/s，完全满足工厂环境下对数据下载的需求；4.9GHz+2.3GHz动态上行容量增强网络多次测量结果均接近600Mbit/s，虽然未能达到理论值，但对比原有上行方案，本方案的测试结果有明显提升。
伴随着两套5G网络的开通和网络切片的应用，“未来工厂”内的大部分应用也都可实现设计的初衷。
应用一，AR人脸识别+智慧安防报警。智慧安防系统对生产车间人员身份和安全进行有效识别和管控，在车间内部署AR摄像头和AR门禁识别，利用5G大带宽的特点，实现对无人区域人员轨迹秒级定位，做到实时监测、实时预警、实时决策。
应用二，实景数据融合技术。如图5所示，利用5G网络对无人工厂多条生产线及上下料点进行实景监控，监控数据、生产数据与云端数据中枢实时联动，实现毫秒级生产线运行数据的动态显示与预警，整体形成一张智慧化的视频实景地图，为无人工厂管理提供决策依据，为无人工厂设备的灵活部署提供便利。
图5 “未来工厂”实景数据融合技术应用
应用三，AGV物流车。如图6所示，利用5G低时延的特性打造集仓储管理和机器人调度于一体的AGV智能运转系统，可实现夹抱式无人叉车与背负式AGV在同一场景地图实现混合调度和灵活搬运；记录物料的信息与位置，跟踪成品与半成品物流线路，实现历史问题追溯；在同一仓库中，实现多种不同种类载具的灵活搬运；提升AGV的工作效率，确保AGV搬运路径最优化。
图6“未来工厂”AGV物流车应用
应用四，自动视觉检测。目前在制造过程中钣金外观瑕疵检测多为人工检测，存在较大误差且对工作经验要求高，无人工厂通过在下料检测点位部署视觉检测，利用5G上行增强技术和边缘计算功能，通过云端算法实现钣金物料不间断的检验，较之前不良品率降低60.5%，也为企业优化产品设计和工艺过程提供大数据支撑，助力企业智能制造的转型。如图7所示。
图7 “未来工厂”自动视觉检测应用
5G动态上行容量增强+网络切片助力视频信息、设备参数、系统数据与云端数据的实时联动，实现毫秒级时延的信息动态显示与预警，为无人工厂的管理、设备的灵活部署提供决策依据。在应对“未来工厂”超高上行网络需求的各类视频监控、图像回传等应用中发挥重要作用。5G时代，远程控制、智能工厂、视频传输等应用都需要上行增强技术的支撑，只有补足5G上行疲弱的短板方可实现“5G改变社会”这一畅想。
