5G工業(yè)模組產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及前景展望

2019年6月，5G商用牌照正式發(fā)放，標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入5G商用元年。與此同時(shí)，工業(yè)制造也加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型，產(chǎn)業(yè)界推進(jìn)5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合的積極性不斷提升，截至2023年11月全國(guó)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”項(xiàng)目已達(dá)到8000個(gè)。隨著5G技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，目前我國(guó)“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)深度融合的重要發(fā)展階段。 近日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《推動(dòng)大規(guī)模設(shè)備更新和消費(fèi)品以舊換新行動(dòng)方案》，提出要推廣應(yīng)用智能制造設(shè)備和軟件，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和普及應(yīng)用，培育數(shù)字經(jīng)濟(jì)賦智賦能新模式。這將推動(dòng)工業(yè)企業(yè)加快設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化、智能化改造，加速“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”融合創(chuàng)新和規(guī)模應(yīng)用。在全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的時(shí)代，如何把握5G與工業(yè)融合的市場(chǎng)需求，持續(xù)夯實(shí)5G技術(shù)積累，探索工業(yè)5G終端設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步加快我國(guó)工業(yè)5G終端設(shè)備和5G工業(yè)模組“降本”落地，是當(dāng)前推進(jìn)5G工業(yè)應(yīng)用的核心命題。 ?

01

工業(yè)5G終端設(shè)備的技術(shù)

5G通信模組

5G通信模組處于感知層與網(wǎng)絡(luò)層之間，是將多種芯片器件進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)并嵌入多種通信協(xié)議，能夠快速為終端設(shè)備提供5G通信能力的核心電子元器件。5G通信模組主要由電源管理芯片、傳送接收器、射頻前端、多制層封裝芯片、5G基帶五部分組成，如圖1所示?，F(xiàn)有通用模組基本無(wú)法兼顧安全性、穩(wěn)定性和特殊功能需求等指標(biāo)，因而難以滿足不同行業(yè)對(duì)5G的差異化需求。

5G定制功能模組在提供標(biāo)準(zhǔn)通信功能的基礎(chǔ)上，通過(guò)開發(fā)不同的軟硬件滿足行業(yè)用戶的特殊需求，如5G LAN（局域網(wǎng)）、5G精準(zhǔn)授時(shí)、5G網(wǎng)絡(luò)切片等?；?G芯片的5G工業(yè)模組，目前已成為工業(yè)領(lǐng)域5G網(wǎng)絡(luò)的核心組件。與5G通信模組相比，5G工業(yè)模組的應(yīng)用場(chǎng)景更復(fù)雜、可靠性要求更高、使用條件更嚴(yán)苛，不僅要求制作模組的材料具有可靠性，還要求組件支持二次開發(fā)以及定制等功能。

圖1 5G通信模組（通用）架構(gòu)

工業(yè)5G終端設(shè)備

工業(yè)5G終端設(shè)備是指內(nèi)嵌5G通信芯片/模組、具備直接接入5G網(wǎng)絡(luò)能力的工業(yè)設(shè)備，例如具備5G通信能力的無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、攝像頭、天車、無(wú)人礦卡等設(shè)備。從5G通信模組與工業(yè)設(shè)備的連接方式維度出發(fā)，工業(yè)5G終端設(shè)備可分為集成式工業(yè)5G終端設(shè)備和外掛式工業(yè)5G終端設(shè)備兩大類。集成式工業(yè)5G終端設(shè)備包括集成了5G芯片、5G模組、5G通信板卡的行業(yè)應(yīng)用設(shè)備，例如用于多個(gè)工業(yè)場(chǎng)景的本安防爆型5G手機(jī)、5G智能安全帽、5G AGV（自動(dòng)引向車）等工業(yè)設(shè)備。外掛式工業(yè)5G終端設(shè)備以5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)、CPE、路由器等通信類設(shè)備為主，其中內(nèi)嵌5G模組的5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用較廣，支持Modus、西門子系列、歐姆龍系列等工業(yè)協(xié)議，可替代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的工業(yè)網(wǎng)關(guān)，使現(xiàn)有設(shè)備無(wú)需進(jìn)行改造即可接入5G網(wǎng)絡(luò)。 ?

02

工業(yè)5G終端設(shè)備發(fā)展情況

5G工業(yè)模組產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

5G通信模組的產(chǎn)業(yè)進(jìn)展支撐著工業(yè)5G終端設(shè)備的發(fā)展，體現(xiàn)著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與5G技術(shù)生態(tài)融合的狀況。中國(guó)模組廠家生產(chǎn)的5G模組型號(hào)數(shù)量持續(xù)占據(jù)全球領(lǐng)先地位，近4年在全球5G模組型號(hào)數(shù)量占比超80%，如圖2所示。國(guó)內(nèi)5G工業(yè)模組廠家主要有移遠(yuǎn)通信、日海智能、廣和通、美格智能、有方科技、高新興等，Counterpoint數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)模組廠家持續(xù)占據(jù)全球5G等蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組出貨量的領(lǐng)先地位。根據(jù)2024年3月GSA（全球移動(dòng)供應(yīng)商協(xié)會(huì)）全球5G模組型號(hào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，5G模組型號(hào)數(shù)量排名前4的均為中國(guó)廠家，分別是移遠(yuǎn)通信、廣和通、美格智能和日海智能。

在產(chǎn)品方面，隨著5G標(biāo)準(zhǔn)不斷演進(jìn)，5G工業(yè)模組產(chǎn)品持續(xù)推陳出新。模組廠家已研發(fā)出多款支持5G LAN、uRLLC（高可靠且低時(shí)延）特性、SUL（上下行解耦）上行能力增強(qiáng)等5G R16特性的5G工業(yè)模組產(chǎn)品，例如移遠(yuǎn)通信的RG500U、RG200U、RM500U，廣和通的FM650-CN等。2022年6月3GPP 5G R17標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后，高通于2023年2月發(fā)布了X35 5G NR-Light（RedCap）以及X75、X72 5G調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)芯片。此后新一代 R17 5G工業(yè)模組不斷問(wèn)世：基于高通X35芯片，模組廠家發(fā)布了多款輕量化5G RedCap模組，例如移遠(yuǎn)通信的Rx255C系列、芯訊通的SIM8230系列、廣和通的FG131和FG132系列、美格智能的SRM813Q系列；基于高通X75和X72，模組廠家發(fā)布了在數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)容量、功耗、時(shí)延和可靠性上進(jìn)一步升級(jí)的5G NR工業(yè)模組，例如移遠(yuǎn)通信的RG650E和RG650V系列、芯訊通的SIM8290和SIM8270系列、廣和通的Fx190和Fx180系列、美格智能的SRM817和SRM817WE系列。

在標(biāo)準(zhǔn)方面，通用類和定制化5G工業(yè)模組標(biāo)準(zhǔn)同步推進(jìn)。通用模組標(biāo)準(zhǔn)方面，YD/T 3988-2021《5G通用模組技術(shù)要求（第一階段）》已發(fā)布，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)正在推進(jìn)《5G通用模組技術(shù)要求（第二階段）》和《5G輕量化通用模組技術(shù)要求（第一階段）》等通用模組的標(biāo)準(zhǔn)研制。定制化模組標(biāo)準(zhǔn)方面，T/CEC 642-2022 《電力5G通信模組通用技術(shù)要求》、《5G視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)模組技術(shù)要求》已發(fā)布，《面向安防監(jiān)控的5G模組技術(shù)要求》《面向石化行業(yè)的5G輕型化模組技術(shù)要求》等標(biāo)準(zhǔn)正在研制中。

圖2 近4年全球5G模組型號(hào)數(shù)量及占比

當(dāng)前，5G工業(yè)模組的價(jià)格仍處于高位。在通用模組方面，雖然通過(guò)硬件和功能裁剪、采用國(guó)產(chǎn)化芯片和元器件替代等方式，商用5G工業(yè)通用模組的最低價(jià)已低于400元，然而由于工業(yè)細(xì)分行業(yè)多、需求差異性大，5G工業(yè)通用模組與行業(yè)適配度不足。目前市場(chǎng)上的5G工業(yè)模組以R15、R16版本的通用型為主，側(cè)重高速率場(chǎng)景，大部分行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景屬于中高或中低速率，因此目前商用的5G工業(yè)模組針對(duì)這些應(yīng)用場(chǎng)景提供的性能過(guò)剩，造成功能成本上的浪費(fèi)。5G RedCap模組專門針對(duì)中高速率場(chǎng)景，目前處于預(yù)商用階段，商用初期價(jià)格將在200元左右，可成為高速率5G模組的有力補(bǔ)充。 在定制化模組方面，行業(yè)定制的5G工業(yè)模組開發(fā)成本居高不下，一方面，5G模組的成本主要來(lái)自上游的基帶、射頻等芯片采購(gòu)和外圍電路開發(fā)，目前5G芯片廠家較少，模組廠家的議價(jià)空間有限，而外圍電路開發(fā)涉及二次開發(fā)和集成，研發(fā)成本高、利潤(rùn)率相對(duì)較低；另一方面，工業(yè)領(lǐng)域不同行業(yè)和場(chǎng)景對(duì)5G模組的需求差異較大，對(duì)時(shí)延、授時(shí)精度、定位能力、尺寸、功耗等要求不盡相同，例如AGV對(duì)定位能力要求高，電力行業(yè)的配電差動(dòng)保護(hù)要求高精度授時(shí)，采礦行業(yè)需要本安防爆等，短期內(nèi)尚難實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用以攤薄成本。在“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的實(shí)踐中，通用型5G工業(yè)模組和行業(yè)定制化5G工業(yè)模組應(yīng)同步發(fā)展。

目前，行業(yè)定制化5G工業(yè)模組處在發(fā)展初期，受限于需求碎片化、研發(fā)周期較長(zhǎng)、開發(fā)成本較高等因素，只有少數(shù)企業(yè)開展研發(fā)探索。例如，中國(guó)移動(dòng)通過(guò)自主研發(fā)突破防爆設(shè)計(jì)、上行增強(qiáng)等關(guān)鍵技術(shù)，自研適用于礦業(yè)的5G模組。深圳供電局、南網(wǎng)科研院攜手廣和通共同預(yù)研專用于電力行業(yè)的5G模組，通過(guò)最優(yōu)方式匹配終端設(shè)備通信能力，推動(dòng)設(shè)備快速升級(jí)現(xiàn)有通信解決方案，并驗(yàn)證了多切片、高精度授時(shí)等多項(xiàng)R16特性在虛擬電廠的應(yīng)用。

工業(yè)5G終端設(shè)備產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

得益于“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”示范項(xiàng)目的應(yīng)用與探索，工業(yè)5G終端設(shè)備百花齊放，包括5G工業(yè)CPE（網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備）、5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)、5G DTU（無(wú)線終端設(shè)備）、5G攝像機(jī)、5G工控機(jī)、5G PLC、5G AGV、5G無(wú)人機(jī)、5G機(jī)器人、5G無(wú)人礦卡、5G天車、工業(yè)AR/VR等。目前商用落地最多的是5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)、5G工業(yè)CPE及路由器等外掛式通信設(shè)備，其次為5G攝像機(jī)、5G無(wú)人機(jī)、5G AGV等可用于多個(gè)工業(yè)場(chǎng)景的集成式工業(yè)5G終端設(shè)備。

國(guó)內(nèi)外掛式工業(yè)5G終端設(shè)備發(fā)展迅速，工業(yè)級(jí)5G CPE/路由器/網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品型號(hào)數(shù)量占到全球43%（共計(jì)71款），占比領(lǐng)先歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，廠家包括華為、中興通訊、鼎橋、宏電、中微普業(yè)、四信等。集成式工業(yè)5G終端設(shè)備加速涌現(xiàn)，如杭州靈伴科技5G工業(yè)智能AR頭盔、中興通訊5G工業(yè)自然導(dǎo)航AGV載重平臺(tái)、?？低?/u>礦用本安5G攝像機(jī)、上海勃傲自動(dòng)化的5G閥島等產(chǎn)品。