2019年7月，美國(guó)咨詢(xún)機(jī)構(gòu)Heavy Reading攜手高通公司發(fā)布《5G專(zhuān)網(wǎng)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用》白皮書(shū)，賽迪智庫(kù)信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所對(duì)該白皮書(shū)進(jìn)行了編譯。

白皮書(shū)系統(tǒng)描述了5G專(zhuān)網(wǎng)的特點(diǎn)，討論了5G專(zhuān)網(wǎng)的關(guān)鍵問(wèn)題，提出了5G專(zhuān)網(wǎng)的部署模式，重點(diǎn)分析了5G專(zhuān)網(wǎng)的頻譜分配方式，以期為5G在方興未艾的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與應(yīng)用分享技術(shù)資訊和部署資源。

5G在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

5G專(zhuān)網(wǎng)的推動(dòng)因素

企業(yè)設(shè)計(jì)和部署專(zhuān)網(wǎng)的目的是優(yōu)化或執(zhí)行商業(yè)流程。總的來(lái)說(shuō)，有三個(gè)因素推動(dòng)企業(yè)部署專(zhuān)網(wǎng)：

① 確保覆蓋范圍：通常部署在射頻（RF）或公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限/不存在的地方（如偏遠(yuǎn)地區(qū)）。

② 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制：5G專(zhuān)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)公共網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)控制。 

③ 獲得配置文件：企業(yè)需要能夠支持要求嚴(yán)苛的應(yīng)用程序的配置文件。

5G性能適用于多種工業(yè)應(yīng)用 

具體來(lái)說(shuō)，5G專(zhuān)用局域網(wǎng)絡(luò)可支持以下具有嚴(yán)苛性能要求的工業(yè)應(yīng)用：自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車(chē)（AGV）、智能眼鏡、超高清攝像機(jī)和機(jī)器視覺(jué)、配電網(wǎng)、混合物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)設(shè)備遙控。

5G專(zhuān)網(wǎng)部署模式

5G專(zhuān)網(wǎng)有兩種基本形式。Heavy reading預(yù)計(jì)市場(chǎng)將采用這兩種方案： 

① 不依賴(lài)獲許可的公共運(yùn)營(yíng)商或廣域網(wǎng)的獨(dú)立專(zhuān)網(wǎng)。可以選擇是否與公共網(wǎng)絡(luò)整合。 

② 與公共網(wǎng)絡(luò)一起使用的專(zhuān)網(wǎng)?？蛇M(jìn)行各種級(jí)別的整合。

專(zhuān)網(wǎng)對(duì)于關(guān)鍵工業(yè)設(shè)施運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）尤其重要，因?yàn)橥C(jī)、服務(wù)降級(jí)或安全漏洞等事故可能對(duì)企業(yè)經(jīng)營(yíng)和安全造成災(zāi)難性后果。

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與公共網(wǎng)絡(luò)更緊密整合的5G專(zhuān)網(wǎng)模式。原則上，在公共網(wǎng)絡(luò)和專(zhuān)網(wǎng)切換時(shí)，這種安排更易于策略維護(hù)和用戶(hù)配置文件維護(hù)。

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總之，Heavy Reading預(yù)計(jì)，對(duì)于智能制造而言，由于延遲、控制和安全性要求，部署在本地的專(zhuān)網(wǎng)最為普遍；在物流和運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，廣域網(wǎng)覆蓋更為重要，他們對(duì)共享公共網(wǎng)絡(luò)中的專(zhuān)用服務(wù)有很大需求。 

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的5G創(chuàng)新

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)5G系統(tǒng)的部分主要功能，可為工業(yè)用戶(hù)提供5G專(zhuān)網(wǎng)。

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第一版5G標(biāo)準(zhǔn)（3GPP R-15 版本）雖然基礎(chǔ)功能已經(jīng)具備，但第一代商用5G網(wǎng)絡(luò)只被部署到移動(dòng)寬帶中， 并不支持工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)所需的所有高級(jí)功能。

為了應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題，下一版5G標(biāo)準(zhǔn)，即R-16版正在緊鑼密鼓的開(kāi)發(fā)過(guò)程中。其計(jì)劃于2020年3月進(jìn)行功能固定，并于2020年6月進(jìn)行ASN.1固定（即協(xié)議固定）。 

3GPP支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的舉措

主要包含第一層增強(qiáng)、5G NR技術(shù)，以及更高層的應(yīng)用程序編程接口（API）等。這些API可使第三方應(yīng)用程序（如由OT企業(yè)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用）在5G專(zhuān)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。

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采用5G多點(diǎn)協(xié)作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高可靠性

根據(jù)TS22.104描述，某些工業(yè)應(yīng)用需要99.9999％的可靠性和亞毫秒無(wú)線(xiàn)延遲，而使用傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)很難滿(mǎn)足這些要求。

為此，相關(guān)人員提出了一種解決方案，即利用空間分集和多點(diǎn)協(xié)作（CoMP）增強(qiáng)5G無(wú)線(xiàn)連接的可靠性。 

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時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)可滿(mǎn)足低時(shí)延性 

5G定義了用于與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)交互工作的適配器。這些適配器可將時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的配置映射到5G服務(wù)質(zhì)量框架中，從而通過(guò)報(bào)頭壓縮實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)幀的高效傳輸。

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5G新無(wú)線(xiàn)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確定位

5G新無(wú)線(xiàn)電（NR）技術(shù)的許多特性都有助于實(shí)現(xiàn)精確定位，包括使用多輸入多輸出天線(xiàn)陣列和寬帶寬等。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置，5G網(wǎng)絡(luò)可將精確度從幾米降低到3GPP設(shè)定的20厘米的目標(biāo)。

5G專(zhuān)網(wǎng)頻譜

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的頻譜可選方案

有4個(gè)可選項(xiàng)的主要頻譜，這些頻譜都向希望部署5G專(zhuān)網(wǎng)的工業(yè)公司開(kāi)放。

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用于5G專(zhuān)用的免授權(quán)頻譜（NR-U）

3GPP正在通過(guò)制定R-16版標(biāo)準(zhǔn)，努力規(guī)范5G新無(wú)線(xiàn)電在免授權(quán)頻譜中的運(yùn)行（即NR-U），這有望使專(zhuān)網(wǎng)迅速擴(kuò)展。免授權(quán)5G共有兩種主要方案： 

① 配置授權(quán)錨點(diǎn)的5G NR技術(shù)；

② 僅部署在免授權(quán)頻譜中的5G NR技術(shù)。

在免授權(quán)情況下，5G共有兩種主要的頻譜共享模式：異步共享頻譜，同步共享頻譜。

共享頻譜的協(xié)調(diào)使用 

根據(jù)定義，免授權(quán)頻譜是共享頻譜。功率限制（通常為低功率）和基于競(jìng)爭(zhēng)的“先聽(tīng)后說(shuō)”機(jī)制可控制其他用戶(hù)干擾。

當(dāng)頻譜的競(jìng)爭(zhēng)用戶(hù)有限時(shí)，基于競(jìng)爭(zhēng)的系統(tǒng)效果最佳；但當(dāng)用戶(hù)很多時(shí)，終端用戶(hù)性能和頻譜效率都會(huì)受到影響。

其中一種擬議解決方案：以互利方式同步訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)通話(huà)時(shí)間。與空間共享（多點(diǎn)協(xié)作）相結(jié)合，該方案還可增加容量并使服務(wù)質(zhì)量可預(yù)測(cè)。

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企業(yè)專(zhuān)用頻譜

隨著更多國(guó)家進(jìn)行評(píng)估、確定授權(quán)條款，并創(chuàng)建申請(qǐng)流程，該清單將不斷得到補(bǔ)充完善。越來(lái)越多的國(guó)家采取監(jiān)管活動(dòng)，也顯示出這一模式的應(yīng)用正在逐步得到推廣。

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結(jié) 論

工業(yè)用戶(hù)的需求和工業(yè)應(yīng)用的性能要求是開(kāi)發(fā)5G系統(tǒng)的核心內(nèi)容。

5G系統(tǒng)融合了無(wú)數(shù)創(chuàng)新，以支持部署在本地的專(zhuān)網(wǎng)，許多創(chuàng)新旨在滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的要求。

擁有頻譜是開(kāi)辟專(zhuān)網(wǎng)市場(chǎng)的關(guān)鍵之一。

然而，專(zhuān)用和免授權(quán)頻譜市場(chǎng)也需要運(yùn)營(yíng)商。

譯自：Private 5G Mobile Networks for Industrial IoT, July 2019 by Heavy Reading & Qualcomm