介紹

許多行業(yè)將5G視為第四次工業(yè)革命的支柱。對于通信服務提供商（CSP）而言，這是千載難逢的機會，可通過推動各個行業(yè)的創(chuàng)新、效率和增長來創(chuàng)建和占領(lǐng)新的市場空間。

影響無線解決方案普及的一個關(guān)鍵因素是如何處理工業(yè)用途的頻譜問題，因為可靠的連接需要獲得許可的頻譜。一些國家提供專用于工業(yè)用途的頻譜，而其他國家則不提供。本文的目的不是討論此類頻譜策略的利弊，而是將重點放在具有本地無線電覆蓋需求的行業(yè)上。它試圖表明，無論是否為行業(yè)預留許可頻譜，CSP都處于領(lǐng)先地位，可以通過針對行業(yè)的強大5G網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務模型來最佳地滿足這些工業(yè)連接需求。

行業(yè)蜂窩解決方案-巨大的商業(yè)潛力

CSP通過基于3GPP的蜂窩技術(shù)有巨大的機會來滿足工業(yè)連接需求。機會涉及一系列行業(yè)，包括具有不同需求的不同領(lǐng)域，例如制造業(yè)，采礦業(yè)，港口，能源和公用事業(yè)，汽車和運輸，公共安全，媒體和娛樂，醫(yī)療保健和教育行業(yè)等。這些行業(yè)中的許多企業(yè)已經(jīng)是CSP客戶，根據(jù)2030年市場指南針報告，到2030年，這些行業(yè)在全球可尋址5G支持市場中的CSP總份額預計將達到7，000億美元左右。

本文的目標之一是針對那些在有限區(qū)域內(nèi)率先采用3GPP蜂窩技術(shù)的行業(yè)，尤其是制造業(yè)，采礦業(yè)和港口行業(yè)以及有機會使用的行業(yè)，解決有關(guān)頻譜訪問的問題蜂窩技術(shù)在其運營中，但尚未得到廣泛采用，例如機場，石油和天然氣，倉儲，醫(yī)院，教育和建筑行業(yè)。

以大約有100萬個工廠（擁有100多名員工）的制造為例，典型的業(yè)務案例圍繞控制生產(chǎn)過程，改善材料管理，提高安全性和引入新工具。典型的收入增長來自吞吐量和質(zhì)量的提高（2-3％），而典型的成本節(jié)省來自資本效率的提高（5％-10％）和制造成本的降低（4-8％）。此外，ABI研究表明，制造商可以期望蜂窩工業(yè)4.0解決方案的投資回報（ROI）增長10倍，而倉庫所有者可以期望ROI的驚人增長14倍。

再舉一個例子，當今世界上有超過2，300個活躍的采礦勘探地點。例如，在Boliden的露天Aitik礦山中，僅通過自動化鉆頭就可以使鉆孔生產(chǎn)率提高40％。設(shè)備使用量的增加帶來的額外節(jié)省還可以降低礦山（CapEx）的資本支出，并為其人員提供更好的安全和工作環(huán)境。

最后一個例子是世界上目前有835個活躍端口的潛力。一項針對中國青島港自動化的私有5G網(wǎng)絡(luò)試驗的案例研究表明，如果要完全實施5G自動化，可以節(jié)省70％的人工成本。我們自己在意大利里窩那港的研究工作表明，情況大致相同，有可能在港口和碼頭運營方面節(jié)省大量資金，并減少船只的停泊時間并縮短貨物放行時間。

行業(yè)挑戰(zhàn)性的連接需求

對于工業(yè)流程中的關(guān)鍵業(yè)務服務（例如與組裝線和其他生產(chǎn)方式有關(guān)的業(yè)務），無線連接越來越成為必需。對于生產(chǎn)高品質(zhì)和高價值產(chǎn)品的制造商（例如，車輛），高網(wǎng)絡(luò)可用性和可靠性至關(guān)重要?？紤]到一個汽車制造廠大約每60秒就會完成20，000至80，000美元的新產(chǎn)品的定購，即使裝配線停工數(shù)分鐘也可能意味著嚴重的收入損失。對于許多行業(yè)而言，服務級別協(xié)議（SLA）將滿足并規(guī)范此類需求，以確保網(wǎng)絡(luò)正常運行時間和質(zhì)量。然而，一些尋求使用專用許可頻譜的制造商認為這對他們的運營至關(guān)重要，并且是風險管理的重要組成部分，他們會斷言，如果沒有自己的本地許可頻譜，他們將需要對外部服務和頻譜提供商承擔法律約束力的責任。在最壞的情況下，他們將需要尋找跨越由于連接故障，數(shù)據(jù)失竊或人身傷害而導致的流水線停機時間的責任。在《通信服務提供商的成功關(guān)鍵要素》一章中討論了對服務提供商的建議。他們將需要尋求因連接故障，數(shù)據(jù)失竊或人身傷害而導致流水線停機的責任。在《通信服務提供商的成功關(guān)鍵要素》一章中討論了對服務提供商的建議。他們將需要尋求因連接故障，數(shù)據(jù)失竊或人身傷害而導致流水線停機的責任。在《通信服務提供商的成功關(guān)鍵要素》一章中討論了對服務提供商的建議。

另一個要求是長期主張。生產(chǎn)設(shè)施通常需要15到20年的生命周期投資，制造商可能會在此期間尋求連接的可用性和可靠性?？紤]到企業(yè)在選擇供應商時傾向于選擇自由，因此要求可能是要保證15至20年的服務不間斷，同時還要保持供應商規(guī)模的靈活性。制造商在這種情況下可能會考慮的另一點是，如何在如此長的時間內(nèi)處理設(shè)備的商業(yè)協(xié)議。因此，一項建議是，CSP應探索新的業(yè)務模型來支持行業(yè)對長期服務的需求。

隨著行業(yè)數(shù)字化的發(fā)展，它們對連通性的依賴性增加，并且對可用性和可靠性提出了毫不妥協(xié)的要求。毫不奇怪，所需的連接類型有不同的需求。例如，一家電子零件廠實際上可能需要以節(jié)能的方式為數(shù)千個簡單傳感器供電，而同時又需要低延遲，基于云的機械臂操縱。這里的連接解決方案將需要同時滿足各種網(wǎng)絡(luò)需求，并以經(jīng)濟高效的方式滿足苛刻的用例和服務（通常是公用網(wǎng)絡(luò)的一部分），例如語音服務，Internet訪問以及跟蹤服務。

但是，給定制造站點上可用的連接性可能不足以滿足行業(yè)的全部要求。因此，為了在售后市場中進行經(jīng)濟高效的升級并改善客戶體驗（例如），制造商可能希望具有在現(xiàn)場升級和跟蹤產(chǎn)品的能力-僅憑本地連接性是不夠的。

最后，不同的行業(yè)和公司對于哪些業(yè)務是其業(yè)務的核心，應將其保留在內(nèi)部（而不是作為服務購買的那些），可以有不同的策略。這很可能會在他們解決連通性的方式中得到體現(xiàn)。因此，需要迎合那些希望自己擁有和操作設(shè)備以及相反傾向的行業(yè)，這些行業(yè)的服務可以通過自己的私有網(wǎng)絡(luò)或從共享的公共網(wǎng)絡(luò)外包和提供。

頻譜協(xié)調(diào)–挑戰(zhàn)

協(xié)調(diào)跨地區(qū)的頻譜使用對于實現(xiàn)大眾市場條件至關(guān)重要，這反過來又可以實現(xiàn)具有成本效益和競爭力的工業(yè)設(shè)備。許多國家/地區(qū)已經(jīng)開始為5G廣域蜂窩網(wǎng)絡(luò)分配頻譜，事實證明，快速的法規(guī)行動和決策對所有生態(tài)系統(tǒng)各方都非常積極，這使服務提供商和設(shè)備制造商能夠進行技術(shù)投資以及使消費者受益有可能更早地享受新一代技術(shù)。一些國家也開始考慮將許可頻譜作為工業(yè)數(shù)字化和工業(yè)應用的一部分。例如，德國已在2019年將3700–3800 MHz頻段范圍內(nèi)的本地許可頻譜分配給各行業(yè)，供其應用，日本同樣宣布了28 GHz頻段的分配。法國和意大利等其他國家/地區(qū)則主要考慮將頻譜分配給CSP，然后CSP需要確保工業(yè)頻譜的可用性*。監(jiān)管機構(gòu)之間采取的方法差異很大，分配的頻段在許多情況下與現(xiàn)有企業(yè)共享。

*注：法國和意大利主要致力于通過分配給國家服務提供商來確保工業(yè)應用的頻譜。

關(guān)于主管部門考慮的本地許可頻譜，這些不同的分配給構(gòu)建用于工業(yè)應用的設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)帶來了挑戰(zhàn)。設(shè)備芯片組不僅需要由傳統(tǒng)移動寬帶（MBB）設(shè)備的生態(tài)系統(tǒng)來支持，而且還需要包括在不同頻譜上具有不同復雜性的工業(yè)設(shè)備的生態(tài)系統(tǒng)來支持。但是，這些生態(tài)系統(tǒng)仍在形成中。在附錄A1中，可以在本文撰寫之時（2020年5月）找到有關(guān)工業(yè)應用專用頻譜分配的頻譜分配和監(jiān)管討論的快照。

對本地許可頻譜的監(jiān)管原則的要求

監(jiān)管者和決策者面臨著一系列不同的挑戰(zhàn)。在已經(jīng)決定（或計劃決定）本地許可的行業(yè)范圍的國家中，監(jiān)管機構(gòu)和政策制定者必須找到易于理解且具有成本效益的監(jiān)管模式。如果出于行業(yè)目的實施本地許可頻譜，則他們必須確保其利用效率。此外，重要的是要注意，在國家內(nèi)部管理許可頻譜的方式也會影響3GPP路徑的吸引力。當為了滿足行業(yè)需求而在本地提供許可頻譜時，應滿足一些基本要求。

這些要求包括：

頻譜訪問必須長期可預測，以支持不間斷的運行以及對生命周期通常為15至20年的生產(chǎn)過程和工業(yè)設(shè)施的重大投資。

應該避免授予過多的先發(fā)優(yōu)勢的計劃，以免行業(yè)或其他參與者通過頻譜ho積來阻止頻譜。

盡管仍具有足夠的安全余量以確保現(xiàn)有的本地網(wǎng)絡(luò)不會受到干擾，但仍應保留尚未獲得行業(yè)許可的本地頻譜，以提高頻譜許可證持有人（例如CSP）的頻譜利用率。

應該注意的是，除非將設(shè)備和生態(tài)系統(tǒng)的可用性納入本地許可頻譜專用頻率的決策中，否則無線電網(wǎng)絡(luò)提供商和設(shè)備制造商可能會面臨開發(fā)獨特頻段解決方案的挑戰(zhàn)。

CSP成功的關(guān)鍵因素

CSP在MBB市場上長期以來一直很成功，并且能夠利用蜂窩解決方案，3GPP能力，靈活的頻譜資產(chǎn)，公共網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及開發(fā)新的創(chuàng)新業(yè)務模型，在新興的行業(yè)連接市場中贏得價值。

與MBB不同，行業(yè)的連接需求極為多樣化。因此，為了以系統(tǒng)的方式實現(xiàn)所有行業(yè)的蜂窩連接，愛立信定義了四個IoT連接段，這些段可以有效地共存于單個5G網(wǎng)絡(luò)中。這些包括：

大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，其連接目標是大量低成本，窄帶寬設(shè)備，具有極高的覆蓋范圍和較長的電池壽命功能。大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）和LTE類別M（Cat-M）接入，到2020年將有數(shù)千萬的商業(yè)用戶在FDD頻段運行。常見的用例包括各種類型的低成本傳感器，儀表，執(zhí)行器，跟蹤器和可穿戴設(shè)備。

寬帶物聯(lián)網(wǎng)，與大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)相比，連通性可提供比大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)更高的數(shù)據(jù)速率和更低的延遲，同時可延長設(shè)備電池壽命并覆蓋帶寬比大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備寬得多的設(shè)備?；陬l分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）頻段中的各種LTE設(shè)備類別（LTE Cat-1及以上），寬帶物聯(lián)網(wǎng)在全球擁有超過5億用戶。當前，寬帶物聯(lián)網(wǎng)的使用主要由車輛，可穿戴設(shè)備，小工具，相機，傳感器，執(zhí)行器和跟蹤器組成。

關(guān)鍵的IoT連接性，在特定的延遲目標內(nèi)以所需的保證級別為數(shù)據(jù)傳輸提供時間緊迫的通信。關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)將與所有5G NR的時間緊迫的高級通信功能一起引入所有5G頻段，并將通過5G核心（5GC）進一步增強。它包括5G最強大，最可靠和/或超低延遲的功能。典型的時間緊迫的用例包括基于云的AR / VR，云機器人技術(shù)，自動駕駛汽車，實時故障預防，觸覺反饋，實時控制以及機器和流程的協(xié)調(diào)。

工業(yè)自動化物聯(lián)網(wǎng)，支持將蜂窩連接無縫集成到用于實時高級自動化的有線工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施中。它包括將5G系統(tǒng)與實時以太網(wǎng)和時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）集成的功能。這些功能要求5G NR和5GC。

物聯(lián)網(wǎng)連接細分市場具有成本效益，順暢且面向未來的發(fā)展，旨在加速在生態(tài)系統(tǒng)中的采用并最大程度地降低總擁有成本（TCO）。

每個IoT細分市場都滿足了跨不同行業(yè)垂直領(lǐng)域的一組獨特的連通性要求，從而最大程度地提高了CSP的投資回報率（ROI）。

CSP靈活的頻譜資產(chǎn)使他們能夠以最佳的方式滿足行業(yè)需求，即使在擁有本地許可的行業(yè)頻譜的國家中也是如此。不同的頻段具有互補的特性，低頻段是覆蓋范圍和可用性的理想選擇，并且具有最多樣化的設(shè)備支持（盡管帶寬通常比中頻段要?。?，中頻段可以顯著提高容量，并具有良好的覆蓋范圍，高頻段提供重大的容量提升（盡管覆蓋范圍有限）。

對于TDD頻段，要在容量，延遲和覆蓋范圍之間進行權(quán)衡，這取決于TDD傳輸模式的選擇。另外，當使用TDD頻帶時，重要的方面是關(guān)于相同或相鄰頻譜上的網(wǎng)絡(luò)的同步TDD模式。由于無線電波的傳播特性，毫米波頻段具有低于6 GHz的隔離度，因此具有相對寬松的TDD共存約束。

利用CSP的靈活頻譜資產(chǎn)在性能，多樣化用例，系統(tǒng)容量以及室內(nèi)/室外覆蓋范圍內(nèi)（無論是否具有本地頻譜）提供最佳結(jié)果的好處。在大多數(shù)地區(qū)，本地許可的頻譜位于mmWave頻段，低于6GHz的TDD頻段，或mmWave和低于6GHz的TDD頻段。利用具有互補特性的CSP頻譜資產(chǎn)可以提供主要好處，包括改善覆蓋范圍和可用性，Cat-M / NB-IoT訪問和低延遲。對于低于6GHz TDD頻段范圍的本地頻譜，CSP mmWave頻段還可以潛在地提高容量并減少延遲。另一個好處是，CSP可以利用其公共頻譜資產(chǎn)為行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的MBB和語音服務。就其本身而言，

根據(jù)有關(guān)什么業(yè)務是其業(yè)務的核心并保留在內(nèi)部（而不是作為服務購買的業(yè)務）的行業(yè)策略，通信服務提供商可以通過各種方式部署蜂窩網(wǎng)絡(luò)。廣義上講，有兩種主要的網(wǎng)絡(luò)部署概念可滿足工業(yè)連接需求：

非公共網(wǎng)絡(luò)（NPN）與公共網(wǎng)絡(luò)（PN）結(jié)合使用，其中公共和非公共用戶之間共享網(wǎng)絡(luò)資源

其中將獨立的獨立網(wǎng)絡(luò)部署為非公共用途與公共網(wǎng)絡(luò)一起部署非公共網(wǎng)絡(luò)可以重用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，有效利用頻譜并實現(xiàn)無縫移動。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以部分或全部部署在企業(yè)內(nèi)部或外部，并且可以在公共和非公共用戶之間共享。有三種實現(xiàn)方法：

共享RAN，其中RAN在公共和非公共用戶之間共享，而其余網(wǎng)絡(luò)組件則保持隔離（所有非公共數(shù)據(jù)和控制流量都在企業(yè)的邏輯前提內(nèi)）

共享無線電訪問和控制平面，其中核心網(wǎng)絡(luò)控制平面除共享RAN外還托管在公共網(wǎng)絡(luò)中（非公共用戶數(shù)據(jù)保留在本地，而控制流量則離開企業(yè)辦公場所，允許非公共用戶無縫漫游）

由公共網(wǎng)絡(luò)托管的非公共網(wǎng)絡(luò)，其中非公共用戶數(shù)據(jù)離開企業(yè)辦公場所，同時仍允許企業(yè)從CSP的基礎(chǔ)架構(gòu)中獲取專用資源（例如，通過跨無線電，傳輸，服務級別協(xié)議（在這種情況下，CSP還可以出于無線電覆蓋和性能原因而在企業(yè)房屋內(nèi)部署無線電接入節(jié)點）

在此，顯示了網(wǎng)絡(luò)不同組件之間的邏輯連接。

CSP在設(shè)計，構(gòu)建，管理和維護蜂窩網(wǎng)絡(luò)方面的技能和經(jīng)驗可對行業(yè)的成功發(fā)揮作用，并確保其專用網(wǎng)絡(luò)與相鄰的公共網(wǎng)絡(luò)完美地互操作。

考慮到這一點，建議CSP開發(fā)新的業(yè)務模型，以解決行業(yè)的長期投資前景以及對質(zhì)量和運營獨立性的需求。這些新的業(yè)務模型還必須確保在生產(chǎn)設(shè)施的整個生命周期內(nèi)均具有頻譜可用性，并確保在合理的時間間隔內(nèi)更改服務提供商的自由。滿足這些要求，CSP可能會消除考慮選擇3GPP許可技術(shù)路徑的行業(yè)的主要問題之一。

本地許可的頻譜成功原則

通過良好運行的市場和為消費者創(chuàng)造的競爭性服務，已證明將許可頻譜用于有限數(shù)量的CSP的廣域服務成功且具有成本效益，其中3GPP網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍覆蓋了全球95％的人口。工業(yè)領(lǐng)域的廣譜將導致頻譜的未充分利用和碎片化，從而降低其效率。至于本地許可頻譜，情況則有所不同，因為部署通常是在私有財產(chǎn)上進行的，而通常是在室內(nèi)進行的，因此無法自然地確保競爭性室內(nèi)產(chǎn)品的可用性。

本文建議，如果各國決定專用于本地許可的頻譜，則定義為“房地產(chǎn)原則”的想法應是在這樣做時適用的首選原則。簡而言之，這是指將獲得本地許可的優(yōu)先權(quán)與房地產(chǎn)所有權(quán)（或租戶，取決于國家先決條件）聯(lián)系起來。這個簡單的原理滿足了前面提到的三個要求：可預測的頻譜訪問，避免對先行者進行獎勵以及確保未使用的本地頻譜的可用性。房地產(chǎn)原則提供了隨著時間的推移可預測的頻譜訪問權(quán)限，以及后期進入者獲得本地頻譜的持續(xù)可能性，并且仍然使未使用的頻譜可供第三方短期或中期使用。

與不動產(chǎn)所有權(quán)原則相關(guān)的收益的其他一些示例包括：在大多數(shù)（如果不是全部）國家/地區(qū)中，圍繞不動產(chǎn)的法律原則得到了確立，明確定義和理解，并被數(shù)字化。為了能夠在擁有的財產(chǎn)上處置頻譜而需要的邏輯連接也很容易理解，并且適合本地高性能系統(tǒng)的需求。應該允許租賃本地許可的頻譜，以確保在所有情況下都可以使用頻譜。

在房地產(chǎn)所有權(quán)模型中，CSP應該有可能使用預留頻譜為房地產(chǎn)行業(yè)提供服務。大多數(shù)行業(yè)將希望由第三方來處理該操作，并且由于CSP提供的某些有吸引力的服務（例如漫游，廣域移動性，語音/ IMS等）已優(yōu)化了服務在他們的服務產(chǎn)品中，讓房地產(chǎn)所有者特別自然的是，允許CSP在通常有三個左右的公共網(wǎng)絡(luò)和一個邏輯IoT網(wǎng)絡(luò)（例如在機場或醫(yī)院）。CSP在這里可以輕松地將本地IoT網(wǎng)絡(luò)作為組合網(wǎng)絡(luò)進行處理，

另一個主要優(yōu)點是，遵循此原則，房地產(chǎn)許可證的管理非常簡單，因為房地產(chǎn)所有者必須簡單地承擔滿足使用條件的責任，并（大概）為當?shù)厝酥Ц冻跏假M用和年費許可頻譜的一部分，從而避免了復雜且耗時的拍賣程序。一旦確定了子頻段并做出了監(jiān)管決定，行業(yè)便可以開始計劃和部署設(shè)備。為了使這種模式成功，將需要頻譜管理系統(tǒng)來自動管理大量的本地許可證以及法規(guī)條件。

房地產(chǎn)所有者尚未聲明的頻譜也可以在有限的時間內(nèi)提供給CSP和第三方（例如，用于體育活動或音樂會，需要臨時增加覆蓋范圍或容量），但前提是要有足夠的安全裕度保持充分保證現(xiàn)有的本地許可證不會受到干擾。

結(jié)論

CSP是行業(yè)定位良好的合作伙伴，具有多種獨特優(yōu)勢，可獨立于所采用的頻譜原則贏得行業(yè)業(yè)務。為了獲得成功，必須根據(jù)相關(guān)行業(yè)的需求量身定制產(chǎn)品，包括長期產(chǎn)品，高質(zhì)量和運營獨立性。

對于那些出于工業(yè)目的選擇本地許可頻譜路徑的國家，本文提出了有關(guān)如何以簡單和結(jié)構(gòu)化的方式完成此工作的建議。我們將其稱為“房地產(chǎn)所有者原則”，其中，房地產(chǎn)所有者應擁有基于所有者的工業(yè)頻譜優(yōu)先權(quán)，同時還有權(quán)利用本地CSP提供的公共服務授權(quán)頻譜。
責任編輯:tzh