如何使5G設(shè)備更適用于工業(yè)場(chǎng)景？在12月20日舉行的中國無線電大會(huì)上，中國工程院院士鄔賀銓從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中5G專網(wǎng)主要設(shè)備的改進(jìn)、頻率利用等多個(gè)方面，提出了自己的建議。

　　工業(yè)5G CPE：要指定專用頻段

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中5G的關(guān)鍵網(wǎng)元，包括5G CPE(客戶前端設(shè)備)、5G云化PLC(可編程邏輯控制器)、5G云化基站、5G UPF(核心網(wǎng)的用戶面功能)、5G邊緣計(jì)算等。由此形成5G局域網(wǎng)和5G核心網(wǎng)控制面。

　　鄔賀銓在演講中表示，5G CPE前端設(shè)備對(duì)許多人來說并不陌生，但這個(gè)設(shè)備在工業(yè)場(chǎng)景中與在消費(fèi)場(chǎng)景中會(huì)有一些不同。一是同樣是網(wǎng)絡(luò)終端，CPE并不像手機(jī)那樣要實(shí)現(xiàn)多頻多模，但很可能需要具備D2D（設(shè)備到設(shè)備）的能力，甚至?xí)�要求大帶寬，需要用到寬帶載波聚合的技術(shù)；二是CPE所用的芯片在工藝、功耗、成本上的要求沒有手機(jī)那么苛刻，但對(duì)環(huán)境的溫度、濕度等工作條件，控制能力、能夠連接的終端數(shù)量等比普通手機(jī)嚴(yán)格得多。從這些要求看，5G的CPE既是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)模組，也是5G的工業(yè)網(wǎng)關(guān)。

　　在鄔賀銓看來，5G CPE可以把基站的5G信號(hào)作為中繼接力進(jìn)行放大，可以連接多個(gè)生產(chǎn)裝備、儀器儀表。CPE可以把網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成工業(yè)以太網(wǎng)、WiFi以及5G局域網(wǎng)，還可以連接工廠的末端設(shè)備，對(duì)所連接的大量設(shè)備做路由管理、提供邊緣計(jì)算的功能，集成PLC等。CPE具有開放編程的能力，可以方便第三方的應(yīng)用。

　　目前5G工業(yè)CPE的發(fā)展也面臨一些難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。鄔賀銓建議，5G工業(yè)CPE指定專用的頻段，要避免終端的多頻多模情況，簡(jiǎn)化對(duì)CPE的要求，把5G CPE與WiFi結(jié)合，通過WiFi連接多個(gè)生產(chǎn)裝備、儀器儀表，再在5G CPE上復(fù)用，從而降低5G CPE的應(yīng)用成本。

　　5G UPF：與邊緣計(jì)算結(jié)合發(fā)揮更大作用

　　在5G工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，UPF（用戶功能面）是一個(gè)很重要的網(wǎng)元。得益于5G基于服務(wù)的核心網(wǎng)架構(gòu)體系（SBA），5G實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能的服務(wù)化。5G核心網(wǎng)將用戶面和控制面做了功能的分離，加強(qiáng)了用戶面的功能，這一功能單獨(dú)呈現(xiàn)為UPF網(wǎng)元。UPF處于無線接入網(wǎng)與數(shù)據(jù)網(wǎng)之間，可以實(shí)現(xiàn)用戶面數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆庋b和解封，且為數(shù)據(jù)的會(huì)話錨點(diǎn)提供移動(dòng)性支持。

　　鄔賀銓說，UPF可以分級(jí)建設(shè)，企業(yè)級(jí)的UPF可以下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，利用IPv6的多歸屬特性，UPF可以識(shí)別經(jīng)過它的數(shù)據(jù)包，知道一個(gè)數(shù)據(jù)包的目的地是在企業(yè)本地還是外網(wǎng)。利用這個(gè)功能，UPF可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不出企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、敏感數(shù)據(jù)不在外網(wǎng)落地。UPF的本地分流，可以實(shí)現(xiàn)駐地網(wǎng)的超低時(shí)延、超高帶寬和安全性需求。

　　UPF和邊緣計(jì)算（MEC）緊密相關(guān)，UPF也可以看作是邊緣計(jì)算的一個(gè)網(wǎng)元。邊緣計(jì)算本身承載了通信技術(shù)類業(yè)務(wù)和第三方信息技術(shù)類業(yè)務(wù)，可以與MEC分開建設(shè)，其作用是承載NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）電信云；邊緣計(jì)算相對(duì)應(yīng)的是提供第三方IT服務(wù)支撐的IT云。UPF和MEC也可以集成，將他們所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)云合在一起，這就意味著接入云會(huì)變得復(fù)雜：需要NFV電信云擴(kuò)展包括支持IT云的容器、編排、邊緣AI、GPU/FPGA視頻加速以及異構(gòu)計(jì)算處理等能力。

　　5G基站：進(jìn)一步強(qiáng)化云能力

　　5G用于工業(yè)的基站與面向消費(fèi)網(wǎng)、公眾通信網(wǎng)上的基站有所不同，更強(qiáng)調(diào)云化的能力。其實(shí)5G基站體系本身就是云化的體系，利用5G可以把BBU（基帶處理單元）和AAU（有源天線單元）分離，多個(gè)BBU可以云化為BBU池。用于工業(yè)的5G基站可以下沉到企業(yè)中，通過進(jìn)一步加強(qiáng)云化的能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)資源的靈活利用。

　　鄔賀銓表示，加強(qiáng)云化包括三個(gè)方面，一是5G基站本身的云化，除了AUU單元，其他的硬件設(shè)備可以變成通用的服務(wù)器和相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)NFV能力；二是基站可以集成5G核心網(wǎng)的部分功能，包括UPF的功能，實(shí)現(xiàn)扁平化和時(shí)延降低；三是5G基站可以集成云化的PLC，同時(shí)管理多個(gè)PLC，以內(nèi)生的工控能力解決行業(yè)定制化和規(guī)�；�之間的矛盾，提升部署效率。5G云化基站在性能需求上也有別于公眾通信的基站。例如要提升從設(shè)備向基站上傳數(shù)據(jù)的能力，甚至達(dá)到Gbps級(jí)別的傳輸；又如大連接，可以支持上百萬個(gè)傳感器聯(lián)網(wǎng)；再如低時(shí)延，在企業(yè)網(wǎng)應(yīng)用中需要端到端的低時(shí)延，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)扁平化，支持D2D（設(shè)備到設(shè)備）的直接通信。

　　在工業(yè)場(chǎng)景中，5G云化基站還能夠提供精準(zhǔn)的定位。在企業(yè)網(wǎng)只有單基站的情況下，需要通過AP點(diǎn)和定位參考信號(hào)等技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、快速的定位。在可靠性上，也要考慮到企業(yè)網(wǎng)中可能只有一個(gè)5G基站的場(chǎng)景，采用多信道冗余或者對(duì)信令信道、重要的數(shù)據(jù)信道采用預(yù)定的載頻等各種方式，提升5G基站的性能。

　　頻譜管理：為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)劃分專用頻段

　　5G授權(quán)頻段在企業(yè)網(wǎng)的使用模式中，有一種是中小企業(yè)用網(wǎng)絡(luò)切片的方式使用公眾通信網(wǎng)，并向運(yùn)營商租用基站和下沉到企業(yè)的UPF。該模式下，核心網(wǎng)控制面還在運(yùn)營商那里。與消費(fèi)市場(chǎng)中5G TDD模式下行容量高于上行容量不同，部分企業(yè)應(yīng)用的需求正相反，要求上行容量高于下行容量。而在運(yùn)營商提供的同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)載體上，如果采用不同的上下行配置，信道之間會(huì)發(fā)生干擾，需要采用更多技術(shù)手段來應(yīng)對(duì)。

　　鄔賀銓建議，針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，無線管理部門應(yīng)該掛出專用的授權(quán)頻段，從而避免跟公眾通信業(yè)務(wù)間的干擾。5G的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不必再按多頻多模進(jìn)行配置，以降低成本。最近，工信部已給中國上海商飛發(fā)放了第一張企業(yè)5G專網(wǎng)的頻率許可，將5925~6125MHz和24.75~25.15GHz設(shè)為工業(yè)無線專用的頻段。

　　鄔賀銓表示，5G還可以使用免授權(quán)的頻率：授權(quán)輔助接入模式，通過載波聚合，將授權(quán)與非授權(quán)的頻段合起來用。授權(quán)的頻段傳送控制信號(hào)，做可靠性更高的移動(dòng)性管理，免授權(quán)的頻段承載載頻、數(shù)據(jù)，運(yùn)營商可以采用授權(quán)輔助接入模式解決目前5G系統(tǒng)授權(quán)頻段資源不足的問題。另一種模式是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景中，對(duì)上行鏈路使用授權(quán)的頻譜，下行鏈路使用免授權(quán)的頻譜。第三種模式是獨(dú)立的免授權(quán)，上下行信令、數(shù)據(jù)都在免授權(quán)頻段上，這種模式由于發(fā)射功率受限，不適用于大區(qū)組網(wǎng)，只適用于垂直行業(yè)的企業(yè)園區(qū)、專網(wǎng)，尤其適合干擾較少的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。

　　“實(shí)際上在5GHz和6GHz的免授權(quán)頻段，5G免授權(quán)頻率的使用模式與WiFi6/WiFi7形成了競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，有比較多的干擾限制�！编w賀銓說，“與WiFi6、WiFi7相比，5G采用非授權(quán)、免授權(quán)頻段采用了基于蜂窩結(jié)構(gòu)的5G NR技術(shù)，有端到端的QoS措施，支持網(wǎng)絡(luò)切片、信號(hào)精確定位等，也面臨一些挑戰(zhàn)。例如要滿足免授權(quán)頻譜對(duì)發(fā)射功率的要求；滿足最大信道占用時(shí)間、信道占用帶寬、信道監(jiān)測(cè)機(jī)制的要求�！睂�(duì)5G來說，在非授權(quán)、免授權(quán)頻段，要遵守相應(yīng)的機(jī)制，這同時(shí)也會(huì)限制5G能力的發(fā)揮。