工业互联网产业联盟

　　当前行业无线网络应用中，基于Unlicensed频谱的WiFi是主流无线网络技术，但Wifi有诸多问题，制约行业无线的应用发展，比如WiFi在非视距场景下覆盖难以满足；在移动或高密场景时延不稳定；自干扰系统连接不可靠；覆盖距离短导致AP站点数量众多，选址和安装都存在困难，维护成本高等。

　　随着LTE技术在移动宽带的广泛应用，行业逐步引入LTE技术提升网络性能，但Licensed频谱资源有限，基于Licensed频谱的LTE技术无法广泛应用，基于Unlicensed频谱的LTE技术应运而生，采用Unlicensed频谱提供LTE无线网络覆盖，兼有Wifi的组网便捷性和LTE的稳定可靠的高性能，重点解决生产业务流中的“痛点”：覆盖、连接高可靠、抗干扰，成为承载企业园区和工厂内网无线工业互联更优质的解决方案。

　　随着行业数字化的持续深入，工业领域对连接的诉求越来越高，虽然现场总线、工业以太以及基于Wifi、RFID等的无线技术的使用，实现了部分工业设备的连接，但更大部分的工业设备还属于没有任何连接的哑设备。据HMS公司分析，在工业领域的已连接部分，工业以太和工业无线%的份额（年度首次超过现场总线%），无线%的增长率快速增长（但无线%左右的份额），随着工厂智能化的持续发展，工业领域对无线通信的期望越来越高。

　　但工业厂矿园区分布零散，场景复杂，不具备建设一张无线通信大网的条件，也很难获取区域性专用通信频谱；而基于免授权频谱的Wifi技术在工业领域的应用中，逐步暴露出可靠性、安全性、稳定性、移动性等方面的不足，难以胜任更高性能的工业无线 实施目标

　　针对工业园区难以申请专用频谱，Wifi性能又无法满足需求的状况，基于免授权频谱引入高性能4G/5G蜂窝无线技术，提升工业无线网络性能，匹配工业互联业务诉求，加快行业数字化进程，助力工业领域产业升级，推进加快中国智能制造2025宏伟目标的进程。

　　智能制造、仓储物流领域智能装备（AGV、UAV等）的无线通信、生产管理人员移动办公等业务；智能工厂、智慧医疗、无人商店等领域的机器人无线通信业务；工业园区的移动巡检、移动视频、数据回传等业务；港口码头AGV转运车调度控制、RCMS吊机检测、堆场管理等TOS（港口运营管理）业务；轨道交通生产领域的CBTC业务、PIS业务、CCTV等车地无线 业务应用及场景特点

　　eLTE-U无线专网解决方案主要针对《工业互联网体系架构》内的工厂内网场景，承载智能机器（如AGV等）与工厂控制系统、智能机器与智能机器、工厂控制系统与工厂云平台等之间的信息交互与通信需求。eLTE-U通信技术提供的高可靠、高性能、可移动的数据传输能力，可以减少工厂内网复杂环境下有线传输线缆的部署，适用于多种工厂内网环境的无线通信需求场景。

　　AGV:(Automated Guided Vehicle)是智能工厂/智慧仓储的重要装备，已经被越来越广泛地应用在各个行业中，不同种类AGV的应用场景差异较大，综合而言，AGV对无线通信的需求主要体现在以下几个方面：抗干扰、支持移动性，通信性能稳定(时延100ms),分拣仓库等特殊场景要求支持较大容量（单小区支持超过100台AGV）等。

　　可以按照场景分为两大类：场景1：地面深度覆盖（AGV）场景，主要需求：移动性、小带宽、低时延、可靠连接(中低速移动：约30Km/h,时延：100ms；带宽：下行100Kbps；上行：100~150Kbps；高可靠性：普遍要求网络和设备冗余，保障业务的连续性)；场景2：上行大容量（CCTV&视频监控类）场景，主要特点：上行带宽要求高、低时延、抗干扰和高可靠性（低时延：150ms，上行大带宽：单用户上行带宽典型10+Mbps，支持3~10路视频的回传和监控；抗干扰和高可靠性：优于WiFi的抗干扰的连接，需要考虑网络备份和冗余）。

　　网络整体自上而下分为三层：最上层是业务应用层，中间是有eCore核心网和基站Airnode按星型组网组成的网络层，最下层是终端接入层，业务应用层和网络层之间通过IP有线连接按照开放的API互通，网络层和终端接入层之间通过无线空口连接。

　　在5.8GHz免授权频谱上使用LTE宽带技术，支持高速数据宽带网络接入，支持数据回传和视频监控，行业终端设备可以通过网线连接到eLTE-U的终端CPE，也可以集成MiniPCIe卡，在网络覆盖区内，提供稳定、可靠数据通信服务。

　　IRC(Interference Rejection Combining 干扰抑制合并)是一种分集合并技术，能够消除干扰。与采用了MRC的分集式天线相比，采用IRC的分集式天线能够消除干扰信号，只选择“好的”信号进行接收(如下图示意)。在干扰受限的区域，与MRC相比，IRC能产生将更大的增益。这一增益能够带来网络质量的提高和更好的室内覆盖。IRC接收机信号接收示意图如下。

　　IRC增益：IRC接收机旨在提高接收信号中的发送信号成分与噪声成分的功率比，获得分集增益和阵列增益，从而提高系统性能。除此以外，IRC接收机还可以提供额外的干扰消除增益，达到进一步提高系统性能的目的。IRC利用干扰的空间有色特性抑制同频干扰，增强覆盖。IRC要求有多个接收天线，单天线接收是无法获得IRC增益的。

　　DL Power Boosting是一种增强LTE下行覆盖的一种调度方式，当UE处于小区边缘并且低速率业务要求时，通过power boosting调整每个被调度下行资源块组（RBG）的发射功率，使得RBG组的功率集中在一个PRB发射，提升单个PRB的功率谱密度，可有效提升小区边缘低速率业务用户的解调性能，增强下行覆盖。

　　DL TTI Bundling是指在N个连续的TTI上传输同一个数据块，N个绑定的TTI作为同一个资源进行处理，不同的TTI传输同一个数据块的不同 HARQ冗余版本。对小区边缘的下行SINR较低，位于小区边缘的终端可以通过TTI Bundling特性在连续子帧中发送相同的数据块，减少重传，降低RTT传输所需要的时间，充分利用HARQ合并的增益，提高LTE下行覆盖。

　　MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线和多通道。根据收发两端天线数量，MIMO还可以包括SIMO（Single-Input Multi-ple-Output）系统和MISO（Multiple-Input Single-Output）系统。本质上来讲，如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的，这样就产生多个并行的子信道。在发射端，传输信息流经过空时编码形成N个信息子流。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机根据各数据流的空间特性，利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流。这样在这些并行的子信道上传输不同的信息流，使得同样的频率带宽下，传输速率倍增。示意图如图6。

　　上行64QAM是QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）和16QAM的一个补充调制方案。UL 64QAM旨在增加好信道条件下UE的比特率。使用QPSK时，每符号承载两信息比特；使用16QAM时，每符号承载四信息比特。使用64QAM时，每符号可以进行六信息比特调制。因此，64QAM可以极大提高上行的系统容量。

　　根据无线环境的质量，eNodeB可以选择不同阶次的QAM调制方案。如果UE离eNodeB非常近或是处在一个好的无线环境下，那么eNodeB能够选择最高阶QAM调制（64QAM方式）和较大的传输块进行上行传输，从而实现更高的数据速率。

　　• 冗余设计：硬件广泛采用主备用、负荷分担、冗余配置等可靠性设计方法，确保了硬件系统的可靠性；关键部件均采用多处理机冗余技术，采用主备进程运行方式。在正常情况下，主用处理机控制模块的运行，备用处理机则实时与主用处理机保持同步；一旦主用处理机故障，备用处理机将立即投入运行接替主用处理机控制模块，从而保证系统的业务不中断。业务模块与接口模块采用负荷分担的设计方式，两块或多块模块在正常工作时，均承担相同的处理功能，而当其中一个模块出现故障时，在保证一定性能指标（如呼损）的前提下，由其它模块完成故障模块的处理任务，不影响系统正常工作。IP接口支持物理备份，确保与IP承载网之间的IP路由的可靠性。

　　eLTE-U基于蜂窝通信系统设计，有完善的切换机制，切换时延可以控制在50ms以内，不丢包。而且，eLTE-U支持自动频率校正AFC技术，能够消除快速移动引起的频率偏移，eLTE-U的功率控制和信号检测更加精细，适应快速移动时信号的快速变化，尤其适用于地铁车地通信等高速移动的场景，可以支持160公里/小时的移动速度。

　　为了满足不同业务类型和用户等级对不同传输性能（例如带宽，优先级，时延和吞吐量）的要求，eLTE解决方案为用户提供端到端QoS保证机制，确保服务质量合理利用网络资源。 eLTE-U QoS保证机制可以根据用户最大速度，最小速度，传输延迟，丢包率和一系列QoS指标的服务要求，确定用户特定的QoS等级。通过高级访问控制，无线资源管理，传输资源管理算法确保系统性能，并保证差异化服务和用户的信号传输质量。

　　由华为eLTE-U工业级蜂窝无线网络、海康智能仓储机器人、机器人调度系统（RCS）和智能仓储管理系统（iWMS）四大核心模块组成的智能仓储解决方案，以机器换人为核心理念，工人只需在工作台操作终端进行必要的操作，就实现了仓库“货到人”的先进技术，提升了仓库整体运作效率。

　　eLTE-U商用组网的另一个典型案例是上海洋山港四期自动化码头项目。上海洋山港是我国最大的集装箱深水港，洋山港四期项目中，华为公司联合振华重工集团建设了覆盖洋山四期全码头的eLTE-U无线专网，将港口TOS业务系统、集装箱水平运输系统和安全监控系统等无缝融合，引入大型AGV集装箱自动化搬运技术，实现集装箱搬运“无人化”作业，集装箱在码头的搬运全部靠无人驾驶的大型AGV车完成。洋山四期码头自2017年12月10日商用开港以来，没有发生过一次因为网络问题而导致的业务停摆，可靠性得到充分检验和验证，助力洋四码头以全球最大的全自动化集装箱码头贯彻国家“一带一路”战略，并通过经验分享，模式复制，引领全球全自动化码头建设。