随着5G时代来临,许多国家与企业将拓展5G相关应用视为重要发展目标,积极规画措施与策略。5G专网的主要挑战是应用情境、商业模式和预期的投资报酬率等,如何克服将是成功的重要关键。

引领垂直市场新商机 全球5G专网应用大举布局

 

全球5G网路布建速度远比4G时代快速,根据GSA报告显示,截至2021年08月,全球已有176家营运商在72个国家和地区提供5G服务。 5G商用时代来临,虽然杀手级应用仍处于探索阶段,但伴随着3GPP标準Rel-16版本释出,将更完整支援如自动驾驶、工业网路、智慧物流和远距医疗等产业应用,垂直市场应用的新商机可望带来全新局面。

观察韩、美、中、日、德等全球5G发展领先国家,政府与营运商将拓展5G应用视为重要发展目标,积极规画相关监管措施与发展策略,加速5G应用落地。根据日本电子资讯技术产业协会(JEITA)预估,全球5G专网市场规模在2030年达991亿美元,而全球製造业利用5G进行数位化脚步相较于其他产业更显积极,除参与产业应用5G标準制定外,已于多个工厂建置5G专网进行智慧工厂应用验证。然而,5G专网垂直应用发展前景看似一片美好,但仍有许多挑战尚待克服。

全球积极拓展5G应用

2020年新冠肺炎(COVID-19)疫情打乱全球5G发展节奏,造成经济衝击,导致产业、供应链与终端市场的不确定性。可是也因此带动无接触经济、远距办公(Remote Working)等新型态应用发展,加速产业数位化的脚步。韩国、美国、中国、欧洲、日本等国家和区域仍积极推动5G建设,鼓励展开5G融合应用。

韩国:优先发展多样5G个人应用,同步探索企业应用

韩国叁大营运商结合在地文化、娱乐和体育上的优势,针对VR/AR、影音直播、云游戏、串流媒体推出丰富的5G内容和应用服务,比如VR/AR电竞直播、虚拟社交、串流媒体和云游戏等服务。并积极探索工业互联网、医疗健康、智慧交通、城市公共安全等领域的5G应用,例如SK电讯与韩国水电和核电公司合作建设5G智慧发电厂,KT和现代重工集团合作开发基于5G网路的智慧工厂服务,实现远端监控和故障检测等融合应用。

日本:营运商重视垂直应用布局早,政府鼓励本地5G专网应用

日本营运商NTT DoCoMo于2018年便进行开放合作伙伴计画(5G Open Partner Program),与产业合作探索5G垂直应用,于2020年开台随即提供脸部辨识、远程医疗、智慧农业等超过20项5G企业应用。另外,日本政府释出专网频谱,鼓励运营商以外的企业,实体建设本地5G专网、发展特色5G应用。目前,富士通、叁菱电机等公司相继部署本地5G专网,验证5G智慧安全防护、远程操作和维护支援等应用。

中国:加速5G网路建设,中央到地方政策推动应用落地

中国政策性推动5G发展,加快5G网路建设与相关垂直产业融合应用。至2020年底已建置超过70万个5G基地台,在地方政策的大力支持下,聚焦工业互联网、智慧製造、超高解析视讯、智慧医疗等领域试点示範应用,各地5G与垂直产业的融合应用已经逐步由探索阶段进入落地实施阶段。营运商则大力拓展企业端垂直应用业务,与垂直领域相关企业展开合作,推动5G融合应用示範,全国已有超过1,100个5G+工业互联网项目。

德国:率先开放5G专频支持垂直应用,巩固工业领域优势

回应企业探索5G新应用发展专频专网需求,2019年11月,德国联邦网路管理局(BNetzA)率先启动本地5G频率(3,700~3,800MHz频段)的申请,截至2020年12月,德国联邦网路管理局已发放了70多份专网频谱许可证,其中包括奥迪、宾士、宝马、博世、大众、巴斯夫和德国汉莎航空等大型公司。同时,为进一步引导中小企业发展本地5G网路,德国联邦经济事务和能源部(BMWi)2020年4月底针对中小型企业发布「5G园区网路指南」,提供工厂、交通、物流、医疗、校园、港口等案例,描述应用场景与5G效能的需求。

美国:5G个人服务发展慢,CBRS加速产业应用

相较全球主要以中频3.5GHz建设5G网路,美国受限于毫米波5G网路部署成本高、建设缓慢及终端选择少,5G个人服务拓展缓慢。在产业应用方面,2020年1月美国联邦通讯委员会(FCC)开放3.5GHz CBRS共享频段全面商用,及CBRS Alliance大力推广OnGo技术规範、应用与商业机会,也促进产业应用的发展。因此,也看到各领域如购物中心、农场、校园、地区已使用CBRS频段部署专用网路,进行5G应用场景验证。

5G垂直应用製造业先行

在3GPP R16版本开始制定垂直行业相关技术规範,满足关键MTC案例的基本要求,即低延迟、高可靠(URLLC)的案例,并且通过TSN(时效性网路)的方式,对即时应用的功能进行标準化。还描述了非公共5G网路(NPN)的端到端解决方案。未来在R17、R18版本将进一步扩展并增强用于5G工业物联网、TSN、车联网应用的网路功能。

产业端也积极探索结合5G带来效益,5G工业联网自动化联盟(5G-ACIA)推动5G导入製造产业,从需求釐清、技术评估、场域实证逐步促使智慧工厂应用落地,除发布白皮书并参与3GPP 5G产业应用的技术标準制定,以协助釐清智慧製造场域之通讯需求,建立适合工业生态之5G标準,联盟成员也已启动多个智慧工厂应用试炼。在3GPP TS 22.104规範中,已定义工厂自动化(Factory Automation)、程序自动化(Process Automation)、人机与生产资讯化(HMI and Production IT)、物流与仓储(Logistics and Warehousing)、监控与维护(Monitor and Maintenace)等未来工厂的5大应用领域,以及如扩增实境(Augmented Reality, AR)、移动机器人(Mobile Robot)、巨量无线感测网路(Massive Wireless Sensor Network)等可应用的10项使用情境。

IDC也预测2025年将有5成臺湾企业建置5G专网,其中製造业最快採用。2020年12月,日月光和中华电信、高通合作,启用全世界首座5G超高频毫米波(mmWave)企业专网的智慧工厂,未来将扩展至日月光其他25座智慧工厂。此波全球由製造业先行的5G垂直应用风潮,将开启企业5G数位化转型的新竞赛。

5G专网应用案例

.汉莎技术公司飞机维修专网

2020年2月德国汉莎航空的汉莎技术公司(Lufthansa Technik)与Vodafone Business开启叁个月的联合5G研究计画,在汉堡机场占地8,500平方公尺的汉莎航空基地启用5G专网,探讨AR/VR等技术于发动机远程监测以及3D机舱协同设计等应用。汉莎技术公司申请德国5G企业专频,并由Vodafone和诺基亚分别在汉堡基地建立5G SA专用网路,覆盖汉堡基地两个引擎工厂与整个飞机机库,以测试不同的应用情境,如图1所示。

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图1  德国汉莎技术公司5G专用网路
资料来源:Vodafone Business(12/2020)

应用情境一:3D机舱协同设计,使用扩增实境(AR)虚拟显示机舱内部的3D设计,现场技术人员可以随时检查所有计画组件当前位置,并透过同步影音传送功能与开发人员协调任何必要的更改,如图2所示。

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图2  德国汉莎技术公司3D机舱协同设计
资料来源:Vodafone Business(12/2020)

应用情境二:发动机远程监测,提供机械师和工程师即时的高解析度影像,对拆下的零件进行虚拟(VR)检查,以对故障零件做出适当的订购决定,如图3所示。

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图3  德国汉莎技术公司发动机远程监测
资料来源:Vodafone Business(12/2020)

.华晨BMW渖阳5G智慧工厂

华晨BMW渖阳生产基地是BMW全球规模最大的生产基地,将5G技术应用于汽车生产与研发领域,建立全球首个5G汽车生产基地。由中国联通和中国移动共同提供5G专网,进行5G智慧工厂应用试验。

应用情境一:车辆数据的即时高速、低延迟回传。利用5G提供车辆远程数据更新以及远程诊断等业务能更快速的处理,提升数据收集及分析的效率。

应用情境二:机器视觉检测。透过工业摄影机和机器人之间的低延迟、高可靠性的无线数据传输,机器人可以在视觉功能的引导下,将工件自主、準确地放置到指定的位置,协助工人分担生产线上日益繁重的工作。

根据试验结果,车辆远距数据更新利用5G节省上传时间达85%,并大幅缩短下载时间并可满足未来10倍数据的成长,整体效率提升超过20%。无人搬运车(AGV)则摆脱了有线的束缚,移动更加灵活。相较于有线方式,在生产线网路部署方面,5G更具灵活性、大幅减少复杂性和部署时间,提升生产效率,如图4所示。

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图4  5G试验结果
资料来源:Gartner(1/2021)

5G专网主要挑战

3G、4G时代应用市场主要是个人用户,而5G结合AI、VR/AR、大数据等ICT技术,提供更多创新的应用方式,赋予企业用户进行数位转型的能力。企业应用也被视为5G主要的应用市场,带来的相关经济产值庞大,包括企业建置5G专网带动的供应链商机、企业数位转型带来的产业效益与社会经济成长。因此,可看到全球企业与电信营运商积极投入发展5G企业专网,进行5G垂直应用试验,其中尤以製造业最为积极。

然而5G专网发展仍有许多问题待解决,例如5G标準持续发展中,相关大规模机器型通讯(mMTC)规範的R17标準于2022年才会制定完成,设备终端上市至广泛应用尚须一段时间;另外导入5G到各个垂直行业,依据不同行业应用场景,需要网路服务供应商与产业客户充分沟通共同探索。正如2020年11月举行的5G World活动中,专网生态系针对5G专网市场所传达出的看法,5G专网的主要挑战不是技术,而是关于应用情境、商业模式和预期的投资报酬率等,如何克服这些问题将是5G专网成功的关键。