如何让5G设备更适合工业场景？在12月20日举行的中国无线电大会上，中国工程院院士吴从工业互联网中5G专网的主设备改进、频率利用等多个方面提出了自己的建议。
工业5G CPE:应指定专用频段。
互联网中5G的关键网元包括5G CPE、5G云PLC(可编程逻辑控制器)、5G云基站、5G UPF(核心网用户接口功能)、5G边缘计算等。从而形成5G局域网和5G核心网的控制平面。
何泉在演讲中表示，5G CPE前端设备对于很多人来说并不陌生，但是这个设备在工业场景和消费场景会有些不同。首先，它也是一个网络终端。CPE不希望像手机一样实现多频多模，但很可能需要D2D能力，甚至需要大带宽，需要宽带载波聚合的技术。其次，CPE使用的芯片在工艺、功耗、成本等方面的要求没有手机严格，但在环境温湿度、控制能力、可连接的终端数量等工作条件方面，却比普通手机严格很多。从这些需求来看，5G CPE不仅是物联网模块，还是5G的工业网关。
在邬贺铨看来，5G CPE可以作为中继放大基站的5G信号，可以连接多个生产设备和仪器。CPE可以将网络转换为工业以太网、WiFi、5G局域网，还可以连接工厂的终端设备，管理大量连接设备的路由，提供边缘计算功能，集成PLC等。CPE具有开放编程的能力，可以方便第三方的应用。
目前，5G产业的CPE发展也面临一些困难和挑战。何伟建议，5G工业CPE应指定专用频段，避免终端多频多模的情况，简化对CPE的要求，将5G CPE与WiFi结合，通过WiFi连接多个生产设备和仪器，在5G CPE上复用，从而降低5G CPE的应用成本。
5G UPF:结合边缘计算发挥更大作用
UPF是5G工业互联网中非常重要的网元。得益于5G基于服务的核心网架构(SBA)，5G实现了网络功能的服务化。5G核心网分离了用户面和控制面的功能，强化了用户面的功能，作为UPF网元单独呈现。UPF位于无线接入网和数据网之间，可以实现用户面数据传输的封装和解封装，为数据的会话锚提供移动性支持。
何泉表示，UPF可以分层次打造，企业级UPF可以下沉到网络边缘。利用IPv6的多宿主功能，UPF可以识别通过它的数据包，并知道数据包的目的地是企业的本地网络还是外部网络。通过该功能，UPF可以帮助企业实现数据不离开企业网络，敏感数据不登陆外部网络。UPF本地分流可以满足驻地网超低时延、超高带宽和安全性的要求。
UPF与边缘计算密切相关，UPF也可视为边缘计算的网络元素。边缘计算本身承载通信技术服务和第三方信息技术服务，可以从MEC单独搭建，作用是承载NFV(网络功能虚拟化)电信云；边缘计算对应的是提供第三方IT服务支持的IT云。UPF和MEC也可以整合，合并他们对应的两个云，这意味着对云的访问将变得复杂:NFV电信云需要扩展，以支持IT云容器、编排、edge AI、GPU/FPGA视频加速和异构计算处理。
5G基站:进一步加强云能力
工业上使用的5G基站不同于消费网络和公共通信网络中使用的基站，更强调云化的能力。事实上，5G基站系统本身就是一个基于云的系统。使用5G，BBU和AAU(有源天线单元)可以分离，多个BBU可以基于云进入BBU池。行业使用的5G基站可以下沉到企业内部，通过进一步加强云能力，实现5G网络资源的灵活利用。
何伟表示，加强云化包括三个方面。第一，5G基站本身云化。除了AUU单元，其他硬件设备可以成为通用服务器和相应的软件来实现NFV能力；第二，基站可以整合5G核心网的部分功能，包括UPF的功能，实现扁平化，降低时延；三个5G基站可以整合基于云的PLC，同时管理多个PLC，以内生的工业控制能力解决行业定制化和规模化的矛盾，提高部署效率。5G云基站的性能要求也不同于公共通信基站。比如要提高设备上传数据到基站的能力，甚至达到Gbps级别的传输；再比如大连接，可以支持百万传感器组网；另一个例子是低延迟。在企业网络应用中，需要端到端的低延迟来实现网络扁平化和支持D2D直接通信。
在工业场景下，5G云基站也可以提供精确定位。当企业网络中只有单个基站时，需要通过AP点和定位参考信号来实现更加准确快速的定位。在可靠性方面，还要考虑企业网络中可能只有一个5G基站的场景，对信令信道和重要数据信道采用多信道冗余或预定载频，提高5G基站的性能。
频谱管理:划分工业互联网专用频段。
5G授权频段在企业网的使用模式中，一种是中小企业以网络切片的方式使用公共通信网络，向运营商租用基站，下沉到企业的UPF。在这种模式下，核心网络的控制平面仍然在运营商处。与5G TDD模式下行容量高于消费级市场上行容量不同，部分企业应用的需求正好相反，要求上行容量高于下行容量。而在运营商提供的同一网络载波上，如果采用不同的上下行配置，信道之间会产生干扰，需要更多的技术措施来应对。
何泉建议，对于工业互联网的应用，无线管理部门应挂出专门的授权频段，避免对公众通信业务造成干扰。5G工业互联网应用不再需要多频多模配置来降低成本。近日，工信部向COMAC发放了全国首张5G专网频率牌照，设定5925~6125MHz和24.75~25.15GHz为工业无线专用频段。
何泉表示，5G还可以使用非授权频率:授权辅助接入模式，通过载波聚合，实现授权和非授权频段的共同使用。授权频段传输控制信号，以便做更可靠的移动性管理，非授权频段承载载频和数据。运营商可以采用授权辅助接入模式，解决当前5G系统中授权频段资源不足的问题。另一种模式是在工业互联网场景下，上行使用授权频谱，下行使用非授权频谱。第三种模式是独立免授权，上下行信令和数据在免授权频段。这种模式由于传输功率有限，不适合大面积组网，只适合垂直行业的企业园区和专网，尤其是干扰较小的室内网络。
“实际上，在5GHz和6GHz的免授权频段，5G免授权频率的使用模式与WiFi6/WiFi7形成竞争关系，存在诸多干扰限制。”何泉表示，“与WiFi6和WiFi7相比，5G在免执照和免执照频段采用基于蜂窝结构的5G NR技术，具有端到端的QoS措施，支持网络切片，信号定位准确等。，也面临一些挑战。比如满足免执照频谱的发射功率要求；满足最大信道占用时间、信道占用带宽和信道监控机制的要求。”对于5G来说，在无牌照和无牌照频段，要遵守相应的机制，这也会限制5G能力的发挥。
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