介紹

許多行業將5G視為第四次工業革命的支柱。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的創新、效率和增長來創建和占領新的市場空間。

影響無線解決方案普及的一個關鍵因素是如何處理工業用途的頻譜問題，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上。它試圖表明，無論是否為行業預留許可頻譜，CSP都處于領先地位，可以通過針對行業的強大5G網絡和業務模型來最佳地滿足這些工業連接需求。

行業蜂窩解決方案-巨大的商業潛力

CSP通過基于3GPP的蜂窩技術有巨大的機會來滿足工業連接需求。機會涉及一系列行業，包括具有不同需求的不同領域，例如制造業，采礦業，港口，能源和公用事業，汽車和運輸，公共安全，媒體和娛樂，醫療保健和教育行業等。這些行業中的許多企業已經是CSP客戶，根據2030年市場指南針報告，到2030年，這些行業在全球可尋址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域內率先采用3GPP蜂窩技術的行業，尤其是制造業，采礦業和港口行業以及有機會使用的行業，解決有關頻譜訪問的問題蜂窩技術在其運營中，但尚未得到廣泛采用，例如機場，石油和天然氣，倉儲，醫院，教育和建筑行業。

以大約有100萬個工廠（擁有100多名員工）的制造為例，典型的業務案例圍繞控制生產過程，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量的提高（2-3％），而典型的成本節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率提高40％。設備使用量的增加帶來的額外節省還可以降低礦山（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網絡試驗的案例研究表明，如果要完全實施5G自動化，可以節省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。

行業挑戰性的連接需求

對于工業流程中的關鍵業務服務（例如與組裝線和其他生產方式有關的業務），無線連接越來越成為必需。對于生產高品質和高價值產品的制造商（例如，車輛），高網絡可用性和可靠性至關重要。考慮到一個汽車制造廠大約每60秒就會完成20，000至80，000美元的新產品的定購，即使裝配線停工數分鐘也可能意味著嚴重的收入損失。對于許多行業而言，服務級別協議（SLA）將滿足并規范此類需求，以確保網絡正常運行時間和質量。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，數據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，數據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，數據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。生產設施通常需要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。考慮到企業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處理設備的商業協議。因此，一項建議是，CSP應探索新的業務模型來支持行業對長期服務的需求。

隨著行業數字化的發展，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能的方式為數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絡需求，并以經濟高效的方式滿足苛刻的用例和服務（通常是公用網絡的一部分），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的全部要求。因此，為了在售后市場中進行經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場升級和跟蹤產品的能力-僅憑本地連接性是不夠的。

最后，不同的行業和公司對于哪些業務是其業務的核心，應將其保留在內部（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。因此，需要迎合那些希望自己擁有和操作設備以及相反傾向的行業，這些行業的服務可以通過自己的私有網絡或從共享的公共網絡外包和提供。

頻譜協調–挑戰

協調跨地區的頻譜使用對于實現大眾市場條件至關重要，這反過來又可以實現具有成本效益和競爭力的工業設備。許多國家/地區已經開始為5G廣域蜂窩網絡分配頻譜，事實證明，快速的法規行動和決策對所有生態系統各方都非常積極，這使服務提供商和設備制造商能夠進行技術投資以及使消費者受益有可能更早地享受新一代技術。一些國家也開始考慮將許可頻譜作為工業數字化和工業應用的一部分。例如，德國已在2019年將3700–3800 MHz頻段范圍內的本地許可頻譜分配給各行業，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/地區則主要考慮將頻譜分配給CSP，然后CSP需要確保工業頻譜的可用性*。監管機構之間采取的方法差異很大，分配的頻段在許多情況下與現有企業共享。

*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應用的頻譜。

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

對本地許可頻譜的監管原則的要求

監管者和決策者面臨著一系列不同的挑戰。在已經決定（或計劃決定）本地許可的行業范圍的國家中，監管機構和政策制定者必須找到易于理解且具有成本效益的監管模式。如果出于行業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年的生產過程和工業設施的重大投資。

應該避免授予過多的先發優勢的計劃，以免行業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有的本地網絡不會受到干擾，但仍應保留尚未獲得行業許可的本地頻譜，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，除非將設備和生態系統的可用性納入本地許可頻譜專用頻率的決策中，否則無線電網絡提供商和設備制造商可能會面臨開發獨特頻段解決方案的挑戰。

CSP成功的關鍵因素

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，公共網絡基礎結構以及開發新的創新業務模型，在新興的行業連接市場中贏得價值。

與MBB不同，行業的連接需求極為多樣化。因此，為了以系統的方式實現所有行業的蜂窩連接，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網絡中。這些包括：

大規模物聯網，其連接目標是大量低成本，窄帶寬設備，具有極高的覆蓋范圍和較長的電池壽命功能。大規模的物聯網生態系統基于窄帶物聯網（NB-IoT）和LTE類別M（Cat-M）接入，到2020年將有數千萬的商業用戶在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，執行器，跟蹤器和可穿戴設備。

寬帶物聯網，與大規模物聯網相比，連通性可提供比大規模物聯網更高的數據速率和更低的延遲，同時可延長設備電池壽命并覆蓋帶寬比大規模物聯網設備寬得多的設備。基于頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）頻段中的各種LTE設備類別（LTE Cat-1及以上），寬帶物聯網在全球擁有超過5億用戶。當前，寬帶物聯網的使用主要由車輛，可穿戴設備，小工具，相機，傳感器，執行器和跟蹤器組成。

關鍵的IoT連接性，在特定的延遲目標內以所需的保證級別為數據傳輸提供時間緊迫的通信。關鍵物聯網將與所有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，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調。

工業自動化物聯網，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基礎設施中。它包括將5G系統與實時以太網和時間敏感網絡（TSN）集成的功能。這些功能要求5G NR和5GC。

物聯網連接細分市場具有成本效益，順暢且面向未來的發展，旨在加速在生態系統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垂直領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靈活的頻譜資產使他們能夠以最佳的方式滿足行業需求，即使在擁有本地許可的行業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備支持（盡管帶寬通常比中頻段要小），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，重要的方面是關于相同或相鄰頻譜上的網絡的同步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的靈活頻譜資產在性能，多樣化用例，系統容量以及室內/室外覆蓋范圍內（無論是否具有本地頻譜）提供最佳結果的好處。在大多數地區，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為行業提供優質的MBB和語音服務。就其本身而言，

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

非公共網絡（NPN）與公共網絡（PN）結合使用，其中公共和非公共用戶之間共享網絡資源

其中將獨立的獨立網絡部署為非公共用途與公共網絡一起部署非公共網絡可以重用網絡基礎結構，有效利用頻譜并實現無縫移動。網絡基礎結構可以部分或全部部署在企業內部或外部，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，而其余網絡組件則保持隔離（所有非公共數據和控制流量都在企業的邏輯前提內）

共享無線電訪問和控制平面，其中核心網絡控制平面除共享RAN外還托管在公共網絡中（非公共用戶數據保留在本地，而控制流量則離開企業辦公場所，允許非公共用戶無縫漫游）

由公共網絡托管的非公共網絡，其中非公共用戶數據離開企業辦公場所，同時仍允許企業從CSP的基礎架構中獲取專用資源（例如，通過跨無線電，傳輸，服務級別協議（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房屋內部署無線電接入節點）

在此，顯示了網絡不同組件之間的邏輯連接。

CSP在設計，構建，管理和維護蜂窩網絡方面的技能和經驗可對行業的成功發揮作用，并確保其專用網絡與相鄰的公共網絡完美地互操作。

考慮到這一點，建議CSP開發新的業務模型，以解決行業的長期投資前景以及對質量和運營獨立性的需求。這些新的業務模型還必須確保在生產設施的整個生命周期內均具有頻譜可用性，并確保在合理的時間間隔內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許可技術路徑的行業的主要問題之一。

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造的競爭性服務，已證明將許可頻譜用于有限數量的CSP的廣域服務成功且具有成本效益，其中3GPP網絡覆蓋范圍覆蓋了全球95％的人口。工業領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上進行的，而通常是在室內進行的，因此無法自然地確保競爭性室內產品的可用性。

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先權與房地產所有權（或租戶，取決于國家先決條件）聯系起來。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。房地產原則提供了隨著時間的推移可預測的頻譜訪問權限，以及后期進入者獲得本地頻譜的持續可能性，并且仍然使未使用的頻譜可供第三方短期或中期使用。

與不動產所有權原則相關的收益的其他一些示例包括：在大多數（如果不是全部）國家/地區中，圍繞不動產的法律原則得到了確立，明確定義和理解，并被數字化。為了能夠在擁有的財產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。

在房地產所有權模型中，CSP應該有可能使用預留頻譜為房地產行業提供服務。大多數行業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）已優化了服務在他們的服務產品中，讓房地產所有者特別自然的是，允許CSP在通常有三個左右的公共網絡和一個邏輯IoT網絡（例如在機場或醫院）。CSP在這里可以輕松地將本地IoT網絡作為組合網絡進行處理，

另一個主要優點是，遵循此原則，房地產許可證的管理非常簡單，因為房地產所有者必須簡單地承擔滿足使用條件的責任，并（大概）為當地人支付初始費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管決定，行業便可以開始計劃和部署設備。為了使這種模式成功，將需要頻譜管理系統來自動管理大量的本地許可證以及法規條件。

房地產所有者尚未聲明的頻譜也可以在有限的時間內提供給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有的本地許可證不會受到干擾。

結論

CSP是行業定位良好的合作伙伴，具有多種獨特優勢，可獨立于所采用的頻譜原則贏得行業業務。為了獲得成功，必須根據相關行業的需求量身定制產品，包括長期產品，高質量和運營獨立性。

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