2019年7月，美国咨询机构Heavy Reading携手高通公司发布《5G专网在工业互联网中的应用》白皮书，赛迪智库信息化与软件产业研究所对该白皮书进行了编译。

白皮书系统描述了5G专网的特点，讨论了5G专网的关键问题，提出了5G专网的部署模式，重点分析了5G专网的频谱分配方式，以期为5G在方兴未艾的工业互联网建设与应用分享技术资讯和部署资源。

5G在工业互联网中的应用

5G专网的推动因素

企业设计和部署专网的目的是优化或执行商业流程。总的来说，有三个因素推动企业部署专网：

① 确保覆盖范围：通常部署在射频（RF）或公共网络覆盖范围有限/不存在的地方（如偏远地区）。

② 实现网络控制：5G专网能够实现公共网络难以实现的网络控制。

③ 获得配置文件：企业需要能够支持要求严苛的应用程序的配置文件。

5G性能适用于多种工业应用

具体来说，5G专用局域网络可支持以下具有严苛性能要求的工业应用：自动导引运输车（AGV）、智能眼镜、超高清摄像机和机器视觉、配电网、混合物联网、工业设备遥控。

5G专网部署模式

5G专网有两种基本形式。Heavy reading预计市场将采用这两种方案：

① 不依赖获许可的公共运营商或广域网的独立专网。可以选择是否与公共网络整合。

② 与公共网络一起使用的专网。可进行各种级别的整合。

专网对于关键工业设施运营技术（OT）尤其重要，因为停机、服务降级或安全漏洞等事故可能对企业经营和安全造成灾难性后果。

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与公共网络更紧密整合的5G专网模式。原则上，在公共网络和专网切换时，这种安排更易于策略维护和用户配置文件维护。

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总之，Heavy Reading预计，对于智能制造而言，由于延迟、控制和安全性要求，部署在本地的专网最为普遍；在物流和运输等领域，广域网覆盖更为重要，他们对共享公共网络中的专用服务有很大需求。

工业互联网中的5G创新

工业互联网5G系统的部分主要功能，可为工业用户提供5G专网。

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第一版5G标准（3GPP R-15 版本）虽然基础功能已经具备，但第一代商用5G网络只被部署到移动宽带中， 并不支持工业通信网络所需的所有高级功能。

为了应对上述问题，下一版5G标准，即R-16版正在紧锣密鼓的开发过程中。其计划于2020年3月进行功能固定，并于2020年6月进行ASN.1固定（即协议固定）。

3GPP支持工业互联网的举措

主要包含第一层增强、5G NR技术，以及更高层的应用程序编程接口（API）等。这些API可使第三方应用程序（如由OT企业开发的应用）在5G专网上实现运行。

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采用5G多点协作技术，实现高可靠性

根据TS22.104描述，某些工业应用需要99.9999％的可靠性和亚毫秒无线延迟，而使用传统无线技术很难满足这些要求。

为此，相关人员提出了一种解决方案，即利用空间分集和多点协作（CoMP）增强5G无线连接的可靠性。

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时间敏感网络可满足低时延性

5G定义了用于与时间敏感网络设备和系统交互工作的适配器。这些适配器可将时间敏感网络的配置映射到5G服务质量框架中，从而通过报头压缩实现以太网帧的高效传输。

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5G新无线电技术实现精确定位

5G新无线电（NR）技术的许多特性都有助于实现精确定位，包括使用多输入多输出天线阵列和宽带宽等。

根据网络配置，5G网络可将精确度从几米降低到3GPP设定的20厘米的目标。

5G专网频谱

工业互联网的频谱可选方案

有4个可选项的主要频谱，这些频谱都向希望部署5G专网的工业公司开放。

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用于5G专用的免授权频谱（NR-U）

3GPP正在通过制定R-16版标准，努力规范5G新无线电在免授权频谱中的运行（即NR-U），这有望使专网迅速扩展。免授权5G共有两种主要方案：

① 配置授权锚点的5G NR技术；

② 仅部署在免授权频谱中的5G NR技术。

在免授权情况下，5G共有两种主要的频谱共享模式：异步共享频谱，同步共享频谱。

共享频谱的协调使用

根据定义，免授权频谱是共享频谱。功率限制（通常为低功率）和基于竞争的“先听后说”机制可控制其他用户干扰。

当频谱的竞争用户有限时，基于竞争的系统效果最佳；但当用户很多时，终端用户性能和频谱效率都会受到影响。

其中一种拟议解决方案：以互利方式同步访问网络通话时间。与空间共享（多点协作）相结合，该方案还可增加容量并使服务质量可预测。

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企业专用频谱

随着更多国家进行评估、确定授权条款，并创建申请流程，该清单将不断得到补充完善。越来越多的国家采取监管活动，也显示出这一模式的应用正在逐步得到推广。

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结 论

工业用户的需求和工业应用的性能要求是开发5G系统的核心内容。

5G系统融合了无数创新，以支持部署在本地的专网，许多创新旨在满足工业应用的要求。

拥有频谱是开辟专网市场的关键之一。

然而，专用和免授权频谱市场也需要运营商。

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