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私有5G网络(private 5G networks)已是2022年最热门的技术名词之一，但究竟有多少实际“具生产力”的5G私有网络存在？“事实上，人们很难去判断有多少个‘真正的’(proper) 5G 网络已经被部署了，这也得看人们是如何定义的......”
随着独立5G以及CBRS频谱共享广获采用，全球5G私有网络市场也加速发展。预期2022年将会有更多大企业部署这项技术，展开更多的测试。
私有5G网络(private 5G networks)已是2022年最热门的技术名词之一，但究竟有多少实际“具生产力”的5G私有网络存在？ESMC姊妹媒体《EE Times》曾于2021年1月检视私有5G网络的进展，发现多数已建置的网络仍在试营运阶段，而根据市场研究机构Disruptive Analyasis创办人、分析师Dean Bubley的说法，2022年有很大程度仍是同样的状况。
“很难去判断有多少个‘真正的’(proper) 5G 网络已经被部署了，这也得看人们是如何定义的；”Bubley接受《EE Times》采访时表示，许多私有5G部署已经出现，像是学术或测试平台网络。但他也质疑，这些已被部署的私有网络是否也包括非独立(non-standalone，NSA)版本，也就是“利用4G网络核心，或是以‘真正的’5G搭配一个独立核心。”
5G的特性决定了发展5G专网是重要的方向，基于运营商授权频谱的5G专网和基于5G专网频段垂直行业自建的5G专网将是是互为补充融合发展。
5G与云计算、AI等技术融合，可以大幅度降低5G专网的部署难度和成本，大幅度缩减漫长的网络规划设计、系统集成，以及较大的投资，轻松构建和升级扩展5G专网。爱立信的Ericsson Private 5G（EP5G）、诺基亚的 Digital Automation Cloud (DAC) 和Modular Private Wireless (MPW)、亚马逊的AWS Private 5G已经在工业、电力等众多行业开展应用。
国内的5G行业专网事实上处于落后地位。4G时代的1785-1805的专网频谱带宽有限、部署复杂、成本高是制约专网发展的重要因素。5G通信技术与云计算、AI等IT技术融合，将实现极简安装部署和运维管理，将实现IT、CT、OT的工业化融合。这也是5G通信技术我们阶段领先后必须要扩展应用，实现技术迭代的关键。国内庞大的市场容量和用户需求的不同也决定运营商授权频谱的5G专网和基于5G专网频段垂直行业自建的5G专网两种模式一定会互为补充融合发展。期待国内5G专网频谱释放，期待国产新型5G2B架构。
5G/6G具有一体化融合的特性，与北斗的融合将是大势所趋。将加速重塑时空数据流通。将卫星通信、近距通信等通信网络纳入进来，能够支撑平台和人员在更广阔的空间内互联互通。提高通信能力。
IT和CT双向融合开始之后，IT业和CT业的壁垒越来越不明显，形成了ICT，而随着工业革命的发展，越来越多的ICT技术被引入到OT技术之中，IT、TT、OT将在未来紧密的融合在一起，成为一个整体。
“整体而言，我将会说这是‘具生产力’企业用5G的早期发展阶段；” Bubley指出，“如果实际上有超过50个使用中的网络(可能包括一些供应商自己的设施)，我会很惊讶，但可能有几百个不同规模的试营运与半商用项目。”
Bubley指出，“在中国大陆可能也有相当多的数量，但是我对该地的了解较少；”至于在世界其他区域如德国、英国，日本、芬兰、台湾等地，5G网络的部署状态则是包含各种型态。像是在美国已经推出4G LTE与民用无线电服务(Citizens Band Radio Service，CBR)私有网络，还有一些5G私有网络正在试营运；他预期今年这类网络将扮演更重要角色。
4G技术是私有网络主流
相较之下，在世界各地有更多4G LTE私有网络的部署，其中有许多是做为室内电话链接、IoT任务、关键通信和其他功能。这并不令人惊讶，因为当前4G私有网络的基础是从2013年就开始建立；Bubley表示：“有1,000~2,000个‘真正的’4G私有网络应用于企业、政府/军事、海事，与临时用途。很难去估计准确的数字，因为很多用户不会公开谈论。”
像是石油、采矿等工业领域很快就掌握私有网络的优势，将之用以提供蜂窝网络接取、帮助紧急联机和简化日常营运。Bubley 指出，这些经济领域是很“特别”的，将会频繁与当地的营运商进行无线电频谱授权交易，以取得它们所需的带宽。
接取是关键
对企业或任何其他组织而言，不受限制地接取频谱至关重要，他们会想要建构自己的蜂窝网络空间。在美国，最近释出的CBRS频谱(3,550 MHz~3,700 MHz)，让个别企业以及透过提供优化架构私有网络快速配置、专门服务企业客户的供应商，都能更容易取得带宽。
如Amazon就透过旗下的AWS，在2021年底开始为企业客户提供“一站式”(turnkey)私有网络建置方案，包括在4G LTE、CBRS和5G上架构私有网络──在Amazon官网的常见问题(FAQ)中指出，“AWS Private 5G”在美国可透过CBRS提供服务。
美国有线电视业者Comcast则刚宣布投入私有网络业务，在2022年的第一季为位于美国宾州费城的多功能体育场馆Wells Fargo Center部署一个私有CBRS系统。Comcast花费了4.95亿美元取得跨越全美的830张优先接取执照(Priority Access Licenses，PAL)。
还有另一个美国PAL CBRS拍卖的大赢家，是以卫星广播服务业起家的Dish Network (EETT编按：该公司于2015年进军移动通信市场，目前由子公司Dish Wireless负责相关业务)，正计划针对企业推出私有网络服务；该公司已经在美国推出5G网络服务。
这家营运商不同于其他许多已经进入5G私有网络市场的业者，因为该公司打算跨越美国各州，部署全新开发的独立5G网络。Dish打算在2022年第一季于拉斯维加斯推出第一个5G网络；显然在他们能赢得更多企业客户之前，会需要部署更多大型城域网。Dish表示该公司已经吸引到一些企业客户；而几乎所有美国主要移动通信业者，都在2022年忙着推出5G私有网络业务。
全球关注5G“私有”
除了美国，欧洲也会在2022年重点发展5G私有网络。例如法国和德国刚刚宣布，他们承诺投入1,770万欧元(约2,000万美元)进行4个利用5G技术的合作计划。
跨国矿业集团Rio Tinto在旗下多个矿场设置4G网络。
还有汽车大厂大众(Volkswagen)正与Nokia合作，在该公司位在德国Wolfsburg的庞大总部，部署一个独立5G网络。通信业者Vodafone也正在为另一家车厂Porsche同样位于德国的Weissach研发中心，部署类似的5G私有网络。
而日本电信营运商NTT不久前进行一项调查，访问了216位科技业主管，询问他们在未来部署5G私有网络的相关计划；该调查结果发现，有半数的受访者表示打算在6到24个月内部署5G私有网络。
未来发展
显然，随着独立5G以及CBRS频谱共享广获采用，全球5G私有网络市场也加速发展。预期2022年将会有更多大企业部署这项技术，展开更多的测试。尽管该市场仍有很大一部份是炒作、仍在初期发展阶段，Amazon、Cmcast、Dish等公司都是值得观察的该领域“新手”。
同时Disruptive Analyasis的Bubley也预测，该市场在接下来几年将进一步演化，分成至少三个需求各异的应用领域──室内移动电话设备、关键通信，以及和云端/IT/IoT网络。
他预期这些应用领域能够在未来18个月左右的时间会开始有更多的重迭。随着关键通信支持越来越多IT相关的应用，“部份企业的私有蜂窝网络，将检视是否添加中立主机(neutral-host)和境内漫游(inbound roaming)，或是与公有移动通信网络业者(MNOs)之间的互连。
还有其他的“半私有”模式，例如可将流量“批发”给MNO的户外中立主机网络也可能出现；随着混合形式5G私有网络以及衍生企业持续增加，该市场的发展潜力无穷。
数字化可能不再是新鲜的流行词了，但在现实中，数字化是真实发生的现象，其重要性正逐步显现。它迫使企业不断发展以保持在市场上的重要地位。5G园区网络可以帮助企业提高运营的灵活性、效率和数字化水平。
5G园区网络并不对大众开放，因而具备极高的数据安全水平
5G园区网络是受地理位置限制的局部5G网络，普通公众无法访问。它们在工业应用方面备受青睐，因为5G技术精准地提供了网络化生产运作所需的功能——高可靠性、大范围、低延迟、高带宽和高能效。这些功能特性需要使用较高的频率范围，与先前蜂窝标准使用的2.2 GHz频率不同，5G园区网络依靠使用3.7 - 3.8 GHz频段。5G技术使用的是n78频段。
5G园区网络因何如此特别？
5G网络技术实现了人员、机器、传感器和其它终端设备之间的无线实时通信。凭借增强移动宽带(eMBB)、大规模机器类通信(mMTC)，以及超可靠低延迟通信(URLLC)功能，5G网络技术击败了其4G前身。
通过使用URLLC，延迟数值从4G下的大约15到80毫秒，降低到5G下的低于1毫秒。这样可以在没有明显迟滞的情况下控制机器设备、机器人和自动交通运输系统。
通过使用eMBB，5G数据传输速率可以达到10 Gbit/s，而容量达到每平方公里10 Tbit/s。相比之下，4G技术的传输极限仅为1 Gbit/s。因此5G的传输速率大约是4G的10倍，从而能够以极高分辨率实时传输视频内容。在新冠病毒大流行时期，这项优势可让海外开发人员查看最微小的产品细节，并给出意见。
特别具有吸引力的是，mMTC能够实现每平方公里最高100万台终端设备的极高连接密度，同时最大限度地减少能源消耗，其能耗仅为LTE系统能耗的10%左右。相比之下，4G技术的连接密度仅为每平方公里大约100台终端设备。mMTC特别适用于大型仓库、停车场管理系统，以及体育场馆大型活动。
直接对比图，清楚显示 4G和5G之天壤之别
不仅如此，得益于智能化“网络切片(network slicing)”技术，多个虚拟网络可以在同一物理网络基础设施上同时运行。这样允许每种应用程序类型(eMBB、mMTC和URLLC)的数据通过其自有的虚拟蜂窝网络进行传输，而虚拟蜂窝网络则可以针对每项应用程序进行单独优化。园区网络在可靠性和可用性方面也优于公共网络，因为它们的运作并不依赖于蜂窝服务供应商。
5G因何优于Wi-Fi 6?
园区网络本身并不是什么新鲜事。现在，大多数园区网都是基于Wi-Fi技术。而Wi-Fi 6，也被称为Wi-Fi AX，是最新一代Wi-Fi技术，它几乎与5G技术同时发布。与5G技术相似，Wi-Fi 6也带来了许多改进，其中包括每个数据流具有更大带宽、更低延迟和高达6 Gbit/s数据速率。这是通过新的调制方法来实现的，例如OFDMA(正交频分多址)和1024-QAM(正交振幅调制)。由于Wi-Fi - 6是向后兼容的，用户无需更换硬件——这尤其是办公大楼私有网络的一项重要优势。
随着联网的机器、系统，以及机器人和自动运输系统等移动应用的数量不断增加，对于私有网络的需求也在增加。许多工业和生产设施还需要一个能够同时覆盖室内和室外区域的园区网络，例如，可以覆盖整个生产设施区域的运输系统。由于5G技术具有介于3.7至3.8 GHz之间的较低频率(与Wi-Fi的5 GHz频率相比)，5G拥有更大的覆盖范围，并仍然提供可与Wi-Fi媲美的数据传输速率。在Wi-Fi甚至Wi-Fi漫游的情况下，自动传输系统在更换基站时可能不得不暂停片刻，只有在与新基站或网关连接时才能重新开始移动。这对于任何依赖于连续数据流的移动应用程序来说尤为突出。而在5G条件下，蜂窝传输范围更大，延迟时间更短，而且蜂窝之间可以实现无缝过渡。因此，当涉及到工业系统和生产设施自动化方面使用的移动系统和应用时，5G技术拥有重大的优势。
企业如何获取5G园区网络?
在德国，企业可以向电力、天然气、电信、邮政和铁路方面的联邦网络局提交申请，以获得5G频段许可证。为此，联邦网络局已批准在3.7 至3.8 GHz频率范围内为本地网络应用提供100 MHz频段。频率块可以赋予一项或多项属性。
许可费用基于所要求的带宽(B)，以MHz为单位（必须细化到从10到100 MHz之间的10MHz增量），许可期限以年为单位(t)，蜂窝网络覆盖面积以平方公里计。拟覆盖的区域可分为“建筑环境和交通运输”(a1)或“其他”(a2)。工业和商业区域则划分为a1，计算公式为:
以欧元(€)计算的费用 = 1.000 + B x t x 5 x (6 x a1 + a2)
对于有效面积为0.2 km²的生产设施，合同期限为10年，全带宽为100 MHz用例，许可证费用为6000欧元，相当于600欧元年费。
需要哪些硬件
必要的硬件包括：5G卡、调制解调器，以及天线、服务器和电源单元。一个示例是来自Telit的FN980-5G-M.2卡，这是市场上首批5G产品之一，它支持全球范围使用的LTE和5G /6GHz以下频段(也就是n78频段，覆盖3.3 - 3.8 GHz频率范围)，这是在欧洲建立园区网络所需要的5G卡产品，其外形尺寸为30 mm × 50 mm，工作温度范围为-40 到+85°C, 5G-M.2卡适用于工业应用领域，它基于高通的骁龙X55 5G芯片组。FN980配有专有的Telit软件，可以使用AT命令进行配置。FN980m型款也支持新的mmWave频段。
研华科技(Advantech)现在也提供AIW-355DQ系列5G-M.2卡，与Telit的产品类似，它也基于骁龙X55 5G芯片组。然而，与Telit有所不同的是，研华正在针对欧洲、北美和日本市场推出 AIW-355DQ 系列的特定地区型款。研华产品尺寸为52 mm × 30 mm，工作温度范围为-10到+55°C，其温度范围没有Telit公司5G卡产品那么宽广。
来自Telit和研华科技的两款5G-M.2卡都具有多个5G和GNSS天线插座。儒卓力可以提供来自制造商2J, AVX和Pulse公司的合适天线产品。
这些产品组合的亮点之一是来自2J公司的2JW1683 Katana天线产品。作为最小型5G单极天线之一，该天线支持6 GHz以下频段园区网络，并向后兼容支持4G、3G和2G频段。得益于采用铰接插头，天线位置能够达到45°至90°角度。2JW1683 Katana具有10 mm × 80mm超紧凑尺寸，从而可以实现极小型设备，并且仍然可以经穿透建筑物和高楼林立的城市地区来传输数据，因而完美适合覆盖生产设施的应用。
对于5G聚合物粘接天线，制造商2J提供了2F0283P、2JF0383P、2JF0483P和2JF0583P型款，这些产品型款之间的差异仅在于接地板的尺寸。它们使用全向传输模式在整个6 GHz以下范围优化信号强度和信号质量。这些天线不仅支持5G频段，还支持传统4G、3G和2G频段。