来源：电子工程网
2023-05-25 18:29:56
作者：安富利
十年磨一剑，厚积薄发，迎来了5G公共网络的逐渐普及。而在现实世界中，5G专网的实施和部署还处于起步阶段。拥有5G专网意味着，无需等待即可解锁专属的5G网络性能。
(资料图片仅供参考)
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围绕许多新技术，人们的兴奋和炒作往往大于现实。尽管6G网络标准尚未制定，但在网上搜索 "6G网络"，会出现近1亿个结果。5G网络的优势已经被宣传了大约十年，直到今天，一种或多种类型的5G技术才在全球推广开来。
5G专网由企业出资建造，并供其专门使用。5G专网是相对较新的发展成果。虽然其通用的应用场景已经被广泛地描述和讨论，但在现实世界中这些应用场景的落地还处于起步阶段。本文会就其中一些用例进行探讨，首先了解一些背景资料。
5G与4G的差别
就像以前的蜂窝网络升级一样，从4G向5G演进可以提供更大的带宽、更快的传输速度和更低的时延。如果把4G比作一条乡间小路，那么5G就相当于一条20车道的高速公路。
然而，5G与之前的技术有着本质上的区别，其中两个主要原因包括：
• 多个频段，可延伸和覆盖到毫米波频段： 5G可在三个不同的频段上运行，分为低频段（低于1GHz），中频段（1GHz至6GHz）和高频段（24GHz至52.6GHz）。 5G高频段通常被称为毫米波频段，将扩展到71GHz（又被称为FR2.2频段）。4G使用的最高频率为2.6GHz。与4G相比，在任何指定频段上运行5G技术都能够有效提高数据传输速率和降低时延，随着工作频率的增加，二者的差异会越来越大。
缺点是，毫米波信号特别容易受到从雨滴到坚固的墙壁以及介于这两者之间的一切物体的干扰，造成衰减。为了克服信号衰减的问题，5G毫米波采用了波束成形技术和Massive MIMO（大规模多输入多输出）天线。这些技术能够将信号牢牢地集中在单个用户设备上。
本文详细地介绍了这些技术。从本质上讲，5G毫米波波束成形技术通过调节各个天线的相位，对信号进行聚焦，以形成一个很窄的、可转向的波束，从而增加5G发射器的有效辐射功率，提高基站接收信号的信噪比。窄波束还能最大限度地减少信号干扰。
• 软件支持的灵活性：当然，前几代蜂窝网络中也用到了很多软件，但5G网络将软件的应用提升到了另一个层次。如果没有软件定义无线电架构，5G网络是不可能实现的。由软件驱动的网络可以通过即时调整来优化网络本身的性能，从而改善与之连接的应用和服务。5G采用的网络切片技术发挥了不可或缺的作用，它能够让多个虚拟网络在同一个硬件基础设施上运行，并且每个虚拟网络都针对具体用例进行了优化。
5G NR（新空口）网络的优势
5G NR（新空口）网络可在毫米波频段上运行，时延可以低于1毫秒，相比于4G网络来说提升了几个数量级。5G的数据吞吐量比4G提高了20倍，特定区域的连接密度提升了500倍，可靠性也得到了更高保障。消费者仅可能在有限的情况下注意到5G NR和4G之间的性能差异。手机端的使用体验基本相同，尽管大文件的下载速度（如操作系统更新和视频加载）会快得多，但各种应用程序的用户体验不会有明显的变化，或许游戏玩家除外。下图总结了5G网络典型的关键性能参数。
在智慧城市、智能楼宇、智能工厂、智慧农业、智能交通、智慧医疗健康等智能化应用领域，5G NR网络的优势才会崭露头角。换句话说，机器会首先感知到变化，因为目前有数百亿台联网设备已经连接到了数据网络。快速、可靠的物联网传感器网络将与云端的人工智能应用相融合，提供实时数据分析，从而催生新的应用。5G NR网络客户将受益于更高的工作效率，获得新的创收机会。公共网络运营商的收益也会变得更多。
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根据ITU-R选定的5G关键性能指标如上所示
(资料来源： "5G互联产业和自动化"白皮书第二版，5G产业自动化联盟，2018年11月)
为何要构建5G专网而不是使用公共网络？
• 时间维度：传统网络运营商注重的是盈利能力。他们把网络建设在能够产生最多收益的区域，这意味着大部分投资将流向人口密集地区。举例来说，美国中西部的农民可能要等很久才有便捷的5G NR网络可以使用，特别是每隔几百米就需要设一个基站的毫米波无线接入网络。
• 安全维度： 那些负责工厂运营技术（OT）的专业人员对向外界开放网络以获得物联网所带来的裨益及由此产生的网络安全问题持谨慎态度，这种担忧是正确的。由于担心黑客利用WiFi网络攻击，很多企业仍在使用以太网布线。尽管根据所选择的网络架构不同，核心网络可能仍然掌握在传统网络运营商手中，但是拥有一个5G专网有助于获得真实、可感知的安全优势。高度集中的毫米波短距离传输也能够在一些用例中提供更高的安全性。在某些情况下，独立5G专网的带宽保证也可能是一个考虑量因素。
• 成本维度： 建设5G NR网络的成本一直在下降。企业甚至可能不需要为他们使用的频段付费，因为有些是非授权的频段。此外，开放式无线接入网（RAN）是推动硬件成本下降的一个潜在的重要因素。这是一种开放式的接口架构，能够将5G NR网络的各个部分分解为不同的元素，每个元素都是可互操作的。开放式RAN正在进入市场，以便每个网络元素的供应商在创新和价格方面都能展开竞争。而在构建独立5G NR网络方面也存在着良性竞争，硬件公司一直在与网络运营商合作提供这种服务。一些公司将为客户搭建专用网络，然后通过收取管理服务费来收回成本。
独立5G NR网络的倡导者指出，与WiFi网络相比，独立5G NR网络的成本和复杂性有所降低。同时，运行功率的降低也意味着成本的节约和环境效益的增加。
如果企业正计划创建一个5G专网，或者希望与工程师讨论其中涉及的技术细节，安富利可以提供支持和帮助。作为全球领先的技术分销商和解决方案提供商，安富利拥有自己的先进应用开发团队，该团队正在开发的毫米波设备能够助力客户的5G工程团队更快地将新产品推向市场。
