到目前為止，智慧手機用戶似乎對5G並不十分感興趣。但另一方面，一些工廠、辦公大樓、遠端辦公室等，卻高度關注該技術的現(xiàn)況與應用發(fā)展。

第五代移動通信系統(tǒng)，也就是通常所說的5G。日本市場從2020年3月開始，由軟銀、NTT DoCoMo、KDDI等電信運營商，在全國範圍內提供服務和基礎建設。 5G的主要特點是，可高速傳送和接收大量資料，例如實現(xiàn)高解析視訊直播和線上醫(yī)療領域。

此外，由於通信延遲可以減少到4G的1/10左右，因此，也預計會被應用在農(nóng)業(yè)機械和工業(yè)機器人等，需要即時通信的遠距控制應用。再加上基地臺到終端設備的通信機制比4G簡單，更允許同時連接大量終端的特性，相信可以物聯(lián)網(wǎng)上被大量導入。

到目前為止，智慧手機用戶似乎對5G並不十分感興趣。但另一方面，一些工廠、辦公大樓、遠端辦公室等，卻高度關注該技術的現(xiàn)況與應用發(fā)展。

在德國巴伐利亞的Bosch Rexroth工廠中，被設計有輪子的機器人，不斷地在製造設備和機器人手臂之間來回移動，而這些新一代的具有移動能力的機器人，都內建了5G數(shù)據(jù)機(MODEM)。在這先進的製造設備部門，已經(jīng)將5G視為未來的主要趨勢，根據(jù)Bosch的資料顯示，在工廠內的數(shù)據(jù)傳輸量，與傳輸速度已經(jīng)超越了普通應用時遊戲和電影的下載量。因此Bosch Rexroth開發(fā)了一條基於5G的通訊網(wǎng)路的模組化生產(chǎn)線，將工廠內製造設備的所有零件、和其他高精度電動工具、機器人等連接起來(圖1)。

圖1 : Bosch Rexroth的機器人，都內建了5G數(shù)據(jù)機。(Source：Bosch)

延伸到工業(yè)應用的Private 5G與Local 5G

這樣的變化是有充分的背景演變。首先，5G的下載速度高達10 Gbps，這比目前的網(wǎng)路快上20倍，雖然號稱可在智慧電話等的行動設備上，實現(xiàn)虛擬實境（VR）等等的巨量數(shù)據(jù)傳輸，但是5G的超高速傳輸能力，僅能在某些特殊規(guī)格的基地臺上運轉，這使得全球各大電信運營商，需要花費相當長的一段時間來建立網(wǎng)路。

換句話說，在基地臺建設這個階段內，雖然眾多的消費者都使用相同5G智慧手機，但是會因為所在的區(qū)域差異而出現(xiàn)速率有所不同的現(xiàn)象。

5G通訊的應用與普及在面對這樣瓶頸下，就有研發(fā)人員設想，小區(qū)域範圍的工廠或倉庫中，如果可以使用5G通訊技術，建立起專用無線網(wǎng)路，提高接收和傳輸能力，將通訊的延遲時間從目前50毫秒，獲得大幅度的改善，最短可達到的1毫秒，此外，因為高度的可靠性，能夠同時連接成千上萬的設備，維持設備的正常運轉。藉此不僅成為智慧工廠推動的最大助力，更有機會讓5G通訊應用普及，不必受到因為基礎建設因素而推遲。在這樣背景之下，Private 5G與Local 5G的技術觀念就被提出。

目前大多的企業(yè)都是透過Wi-Fi技術在有限的區(qū)域內建設通訊網(wǎng)路，但是在速度與安全性上都有相當大的瓶頸與漏洞。

而Private 5G與Local 5G則是採用了一種名為訊息交遞(Handover)的技術，在大範圍的區(qū)域內，達到可以比Wi-Fi更快速、強大、高安全性與穩(wěn)定的通訊能力。

日前日本各大通訊業(yè)者正積極開發(fā)「私有5G(Private 5G)」，基本上這是一種5G技術的應用，私有5G是透過網(wǎng)路切片(Network Slicing)技術，為每個公司和地方政府分別構建獨立性的私人網(wǎng)路系統(tǒng)。

網(wǎng)路切片是一種用於虛擬分割（Slice）網(wǎng)路，以提供更有效滿足用戶要求的網(wǎng)路環(huán)境的技術。例如，具有更高的通信速度和容量的超高速、大容量切片，和具有通信延遲到極限的「超低延遲切片」等。

私有5G與Local 5G一樣，都是在企業(yè)在廠區(qū)內建設符合需求的私人5G網(wǎng)路。但不同的是私有5G不需要取得無線電臺許可。

Local 5G的技術優(yōu)勢與頻段使用權

Local 5G是透過企業(yè)內專網(wǎng)中使用高品質的5G，目前已經(jīng)開始陸續(xù)被導入企業(yè)和地方政府。除了能將工廠具備高速無線通訊能力外，並通過網(wǎng)路連結機器人和生產(chǎn)設備、中央控制系統(tǒng)，使傳統(tǒng)生產(chǎn)線提升成更加高效率的智慧工廠。不僅製造業(yè)，Local 5G的應用也可延伸到體育場館的視訊傳送、建築工地的遠距施工等。

傳統(tǒng)上公用5G是電信業(yè)者所提供給法人或個人用戶所使用的開放性通信系統(tǒng)，需要在城市等地區(qū)分階段進行通訊設備的建設，所以在使用的區(qū)域上還是有限制性的。而Local 5G並非是電信業(yè)者在某一區(qū)域所建設5G私人網(wǎng)路，而是一般企業(yè)就可以自行規(guī)劃建設，所以即使在沒有公共5G的地區(qū)，也可以也可以透過這個技術達到5G通信的速度與傳輸能力(圖2)。

圖2 : Local 5G並非是電信業(yè)者在某一區(qū)域所建設5G私人網(wǎng)路，而是一般企業(yè)就可以自行規(guī)劃建設。(source：NEC；智動化整理)

另外，與公共區(qū)域所使用公共5G系統(tǒng)不同的是，Local 5G不太會受到其他區(qū)域通信問題或網(wǎng)路擁堵的影響，更進一步的，由於資料可以與外部網(wǎng)路隔絕，因此在資料的發(fā)送和接收安全性相當高。因此Local 5G已經(jīng)是被認為是智慧工廠的理想選擇通訊技術，企業(yè)在廠區(qū)內建設私人網(wǎng)路絡，實現(xiàn)機器人的自動操作和遠距操控。

就技術規(guī)格來看，5G比起現(xiàn)有的無線解決方案更為可靠。例如，在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時，可以快速尋找遺失的封包；或避免網(wǎng)路瓶頸和發(fā)送數(shù)據(jù)的方法。目前的市場上有一些針對工廠應用，所開發(fā)的無線通訊解決方案，但是大多數(shù)都是透過Wi-Fi進行連接，這在可靠度方面還是不足夠。在辦公室或家庭的應用，丟失某些數(shù)據(jù)封包可能不是太大問題，但是對於機器人或生長設備來說，可能會丟失操作指令，甚至突然停止，在最壞的情況下，甚至可能導致生產(chǎn)暫停的損失。

所以日本針對工廠和小區(qū)域工業(yè)應用的Local 5G概念（特定區(qū)域的第五代移動通信系統(tǒng)）和法規(guī)就被提出來討論。

頻段被定義在28.2-28.3GHz的Local 5G，提供通訊設備製造商、通訊業(yè)者、機關單位、大學等單位申請許可，並於2020年2月發(fā)出了第一張Local 5G執(zhí)照。雖然這個頻段的傳輸速度較快，但穿透障礙物能力較低，因此在傳輸距離方面也相對較短。對於這個問題，日本總務省計畫新增28.3GHz-29.1GHz、4.6GHz-4.8GHz（室內）、4.8-4.9GHz（室內/室外）的頻段。

此外，Local 5G具有強大的安全性，不必共用頻寬，以及進行加密，來對發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)進行嚴格的控制，所以製造業(yè)者可以透過購買頻率使用權的方式，建設獨立於無線通訊業(yè)者之外的工廠內部自有網(wǎng)路。

全球各大企業(yè)陸續(xù)展開Local 5G先導性實驗

富士通利用Local 5G開發(fā)私有無線雲(yún)端服務

富士通發(fā)表了連接到4.7GHz頻段獨立5G基站的Local 5G計畫。這個計畫，將服務將分為兩類：一類是「私有無線託管服務」，提供概念驗證（PoC）和無線電牌照申請、無線電波測量、設計、建設、運維等服務；另一類是「私有無線雲(yún)端服務」，提供自管無線系統(tǒng)（基站、核心網(wǎng)、SIM）的通信功能及其管理，服務費為每月40萬日元起（需要100萬日元的初始費用）。並透過IA伺服器來降低成本，讓使用戶可以較低的成本享受到5G通信大容量、高密度和低延遲的優(yōu)點(圖3)。

圖3 : 富士通對客戶的數(shù)位化轉換提供私有無線通訊服務。(source：富士通；智動化整理)

同時，富士通已在其COLMINA平臺上，利用Azure IoT Edge進行了整合視覺化的驗證，並確認了其有效性。計畫內容是利用Azure IoT Edge分析人的運動資料、無人車的高解析影像，以及實驗室中攝影鏡頭、行動終端和伺服器的資料，在富士通的上集中視覺化。未來還將在大山工廠進行驗證，並推進到商業(yè)化。包括日本微軟在內的10多家公司已經(jīng)簽署了富士通的Local 5G合作計畫(圖4)。

圖4 : 對客戶的數(shù)位化轉換提供私有無線通訊服務。(source：富士通；智動化整理)

新日鐵開始驗證Local 5G的應用

另一家日本大型製造業(yè)者「新日鐵」也計畫導入Local 5G。新日鐵是透過旗下的日鐵Solutions，來為新日鐵的室蘭工廠布建Local 5G/私有LTE的自營無線網(wǎng)路服務，並取得自營及其他BWA（Broadband Wireless Access）相關許可證。

日鐵Solutions的計畫是，在第一階段是利用4G進行驗證。包括無線區(qū)域的設計、牌照申請的支援、系統(tǒng)建設、運營維護，並採用芬蘭的諾基亞作為無線設備。

圖5 : 新日鐵透過自建的Local 5G無線網(wǎng)路，來確保廠區(qū)列車的遠端駕駛與安全機制。(source：新日鐵；智動化整理)

透過自建的無線網(wǎng)路，能夠在規(guī)範的區(qū)域達到高速無線通訊，實現(xiàn)無限的資料量傳輸，並且獨立於外部通信網(wǎng)路，來確保安全。

這個應用驗證計畫被稱為「安全守護者」平臺，日鐵Solutions在村蘭工廠中的柴油電車上安裝了高解析4K攝影機，並設置以4G技術為基礎的自控BWA基地臺，將4K攝影機所拍攝到的高解析影像進行無線傳輸和分析。以此作業(yè)來確認遠端操作的技術要求，和4G的應用技術。此外，也將高精度定位（RTK定位）應用於柴油電車來完成位置視覺化系統(tǒng)，進一步的提高車輛顯示位置的準確性，達到確保區(qū)域內工作人員的安全。

未來，將更進一步的建立各種資訊綜合平臺，並加強對接近工人的報警等附加功能。同時對整個區(qū)域進行無線電波傳播分析，來解無線電波的傳播方式，和鋼鐵工廠特有的傳送速率，做為未來應用於多個無線網(wǎng)路在生產(chǎn)現(xiàn)場應用的準備。

第二階段，就正式利用Local 5G建立遠距操作的傳輸技術，推動工廠的數(shù)位化雙胞胎和智慧工廠，達到在生產(chǎn)現(xiàn)場利用5G網(wǎng)路實現(xiàn)數(shù)位化轉型。

最後將室蘭事業(yè)所取得成果的基礎上，推廣到其他鋼鐵廠和新日鐵集團各公司的生產(chǎn)基地。

KONICA MINOLTA將開發(fā)影像物聯(lián)網(wǎng)和5G整合應用

KONICA MINOLTA與KDDI、NEC在位大阪高槻的KONICA MINOLTA 「創(chuàng)新園OSAKA中心」建立了「Hybrid的5G」基地臺實驗室，來進行Local 5G的相關服務開發(fā)。

這座實驗室將配備日本少見的5G和Local 5G的混合開發(fā)環(huán)境，並模擬一般辦公環(huán)境、工廠等製造現(xiàn)場、室內外支援作業(yè)等，來開發(fā)5G服務相關的技術和應用，並將研究結果提供業(yè)界企業(yè)、大學和其他研究機構。

KONICA MINOLTA將透過這座實驗室開發(fā)「高解析影像的高速AI處理」，來結合影像物聯(lián)網(wǎng)和5G，在辦公、製造現(xiàn)場、醫(yī)養(yǎng)、農(nóng)業(yè)、娛樂等多個領域提供高價值性服務。而NEC則將建立一個可以實際體驗和驗證Local 5G的環(huán)境，更進一步的支援KONICA MINOLTA及其客戶業(yè)務的DX(數(shù)位化轉型)。

日本以外，如德國的BMW、VolksWagen和Lufthansa等現(xiàn)階段已經(jīng)開始進行Local 5G的測試。以及瑞典的Sandvik 集團也積極佈建利用5G技術來進行遠端設備的控制

結語

但並非所有的產(chǎn)業(yè)都對Local 5G技術有高度的興趣。最大的考量點是，是否值得需要支出額外的費用來使用Local 5G通訊，無論是在頻譜可用性，還是在服務成本方面。例如DHL正展開可行性的研究，來瞭解5G在其設備中的好處，不僅要確定5G技術與4G和LTE相比的優(yōu)勢性，還要確定建設成本，及採用該技術所需的費用。

數(shù)位化轉型(DX)是企業(yè)在數(shù)位時代生存的必要條件，而5G在促進DX方面發(fā)揮了重要作用。預計5G將大量擴及應用在遠程生產(chǎn)，使企業(yè)運營更順暢、效率更高，加速在次世代的工業(yè)領用，使得遠距操控、自動化等技術的需求會越來越大，而工作人員在現(xiàn)場作業(yè)的需要性也愈來愈少。