5G技术作为行业数字化转型的重要驱动力，通过eMBB、URLLC和mMTC三大应用场景促进信息技术与运营技术整合，提高行业生产力和运营效率。5G专网既可以利用5G技术满足工业领域的性能要求，又可通过自建网络保障安全并控制数据，因此成为各国关注的重要领域。近期一些国家和地区正在采取各项举措加快引入5G专网，培育5G专网产业生态，提升产业和服务竞争力。本文分析全球5G专网发展态势，总结主要国家5G专网推进政策、产业生态发展现状，对5G专网发展提出思考和建议。
5G专网发展情况
5G专网仍处于广泛探索的发展阶段
2018年以来采用5G技术的专网数量不断增长。根据GSA数据显示，2022年新增5G专网181个，占新增专网数量的56%。制造、采矿、港口、物流、医疗保健、公用事业等多个领域的企业已开始部署5G专网应用。尽管数量增长较快，但仍处于广泛探索的阶段，在众多案例中，测试床和实验室即服务类（Device Testing&Lab as a service）案例占到11%，为测试、验证和加速5G专网设备、技术成熟提供试验基础设施。制造业是最活跃的专网应用行业，应用案例占比达26%（122个），其中离散制造业应用案例达到96个。详情如图1所示。从终端设备来看，5G专网终端设备生态发展相对缓慢，工业级5G终端仍缺乏，特别是面向特定行业的5G终端设备，如AGV、机器人、嵌入式设备等。
图1 5G专网应用行业分布（数据来源：GSA、中国信息通信研究院）
5G专网供应商呈现多元化态势
5G专网建设和运维需要深厚的专业技术背景，在这种情况下，终端用户中少数有能力的大型行业企业用户自行建设和运维5G专网，绝大多数行业企业用户采用托管方式，由专网提供商进行专网规划、部署和运维。在5G专网发展初期，移动运营商凭借网络部署和运营经验，以及与设备商的议价能力，在一定程度上主导专网市场，全球主要国家的移动运营商均推出了面向行业用户的5G专网解决方案，针对不同规模的企业灵活定制；设备商的专业能力受到行业企业的信任，其一体化解决方案吸引了大量的用户。随着技术和市场发展，5G专网的发展前景吸引了各类市场主体进入，系统集成商、云提供商、有线电视公司、新兴设备商等纷纷进入到5G专网市场，推出5G专网解决方案和产品，从需求确定、供应商及设备选择、申请许可证、部署到运维，提供全流程服务支持。新兴5G设备供应商也在逐渐增多，全球为5G专网提供设备的厂商已经超过50家，5G专网生态逐渐形成。
多个国家和地区推出5G专网频谱政策
为满足行业用户对5G网络技术、建设、管理等方面的个性化需求，一些国家和地区制定了与5G专网相关的频谱政策。截至目前，全球已有32个国家和地区出台或计划出台本地5G频谱政策（其中17个国家和地区已开放申请许可）。在行业呼吁和政策引导下，欧洲是出台专用频谱政策国家最多的区域，占比达到63%，德国、英国在2019年率先开放专用频率的许可，法国则将中频和高频段专网试验频谱分配给需求企业。亚太地区的日本、韩国也快速跟进。美洲地区，美国3.5GHz CBRS频段共享频谱之前已用于4G专网，2020年拓展至5G；巴西于2022年中批准3.7-3.8GHz专网频段低功率地面站的技术要求，11月发放了第一份5G专网许可。从具体频段来看，56.3%的国家和地区采取中频段（FR1，<6GHz）、高频段（FR2，毫米波）相结合的方式提供专网频谱，总体而言中频段频谱略多于高频段。
各国产业界积极申请5G专网频率许可，主体多样化特征明显，涵盖电信运营商等行业企业、IT服务提供商/集成商、科研机构、大学、政府机构等，其充分发挥各自在CT、IT、OT领域的优势，探索专网服务模式和应用创新。
主要国家5G专网进展
01 德国
1、5G专网推动政策
随着德国工业4.0的发展，5G作为工业互联网的关键网络技术受到多个大型工业企业的关注。2019年德国汽车、机械设备制造及电工器材等工业协会要求德国主管部门联邦网络管理局（BNetzA）规划5G专网频谱用于建设企业专网。BNetzA认为随着5G技术发展，未来将出现一些新的商业模式，引发在局部区域自建无线网络的需求。基于以上需求，BNetzA在拍卖5G频率前即预留了本地5G网络频谱，并分阶段开放中频段（3.7—3.8GHz）和毫米波频段5G专网许可申请。截至2023年3月，德国监管机构已发放304份中频段频谱许可、17份高频段频谱许可，持证者中IT服务/咨询/系统集成商、科研院所、工业企业居多，工业企业中的汽车制造商尤为活跃，德国大型车企都申请了本地5G许可证。2022年9月至今，新增专网频谱申请者中IT系统集成商明显增多，占比近三成。
多措并举推动5G专网发展。德国联邦经济事务部发布了针对中小型企业的5G园区网络指南（涵盖建立和运行5G园区网络的程序、应用领域以及商业运营模式），联邦运输和数字基础设施部资助欧洲5G工业园区项目，加速5G技术向中小企业推广普及。2022年德国启动了为期3年的5G园区网络项目，面向工业、医疗和物流行业实现园区网络模块化组件和工具包，并与法国合作资助5G专网项目，打造开放接口的5G专网技术和应用生态系统。
2、5G专网产业进展
经过4年的推进，德国5G专网市场已形成移动运营商、系统集成商、传统设备供应商“三足鼎立”的态势。移动运营商利用公网频谱资源，可以提供多种方式的组网服务；设备供应商通过完备的核心网、无线接入设备及基于云的管理平台，为终端用户提供一站式服务；系统集成商则优先使用中小型核心网和基站设备，为制造商产品推出“交钥匙”方案，降低专网部署难度和成本。具体如表1所示。
表1 5G专网提供商专网解决方案
一些大型工业企业选择与设备商合作的方式自行建设5G专网，利用专网特定频率，实现与运营商网络物理隔离。如博世位于雷特林根的半导体工厂的5G专网由博世自己建设和运营，博世位于斯图加特的工厂5G专网则由博世和设备商共同建设运营，工业机器人制造商库卡在奥斯堡的生产中心由设备商支持建设5G专网。从应用情况看，德国大型工业企业积极开发5G新产品。西门子、博世、施耐德、奔驰等工业巨头已经开展了AGV、工业机械的远程访问、装配线产品实时定位等多类应用，应用场景逐渐从外围向核心深入，渗透到研发设计、生产制造、仓储物流等各个环节。
02 日本
1、5G专网推动政策
以物联网为代表的无线通信需求日趋多样化，在部分行业应用场景中，大多数业务集中在局部区域。考虑到移动通信运营商的全国5G服务无法完全满足局部区域内碎片化、个性化的行业应用需求，日本总务省（MIC）引入基于5G技术的本地网络，相关实体可以在铁路、工厂、机场、医院、港口、农业、建筑、物流等领域灵活部署使用本地5G系统。从2019年底MIC开始正式接受5G专网服务频谱牌照（local 5G）申请，允许地方政府和企业建设自己的网络。截至2022年11月，日本共有126家机构获得149张许可证，其中中频段108张，高频段31张，申请主体包括制造企业、有线电视公司、政府机构、教育科研机构、系统集成商、设备商等。截至2023年3月，MIC已批准中频段本地5G无线电台牌照数量为1072个，毫米波牌照数量134个。
日本政府通过项目遴选、资助的方式，支持开发可复制的本地5G应用示范模型，以降低其他地区使用成本，加速5G在各行各业的落地应用。2020—2022年，MIC遴选出70余项专网应用示范，为解决人口减少和高龄化等社会问题，MIC主导的示范项目重点支持农业、林业、工厂、发电站、交通等领域，包括紧急医疗、灾害预防、农用机械远程控制、远程医疗、工厂机器视觉、自动驾驶等场景应用。
2、5G专网产业进展
从供给侧来看，日本本土设备厂商众多，可自主研发本土5G设备，并以低价供应日本市场；从需求侧来看，为解决人力短缺问题、提高生产力，日本企业特别是制造业企业大都在进行生产自动化和数字化转型。
5G专网的推广普及面临部署和运营成本高、技术难度大等问题，日本多家系统集成商和本土设备商进入到5G专网市场，推出一体化本地5G解决方案，创新运营服务模式，打开中小企业市场。如NEC、富士通、三菱等设备供应商提供从规划到设计、部署的端到端服务，对接入网和核心网设备进行轻量级打包和低成本促销，推出购买设备或订购服务的方式，降低专网建设和运维成本；爱媛CATV、秋田CATV等多家有线电视公司合作，统一采购本地5G设备，降低单价，并建设共享5G核心网，推出订阅式本地5G服务。
日本政府着力推动、产业界积极响应，营造了一个相对活跃的日本5G专网产业，但整体来看，日本5G专网仍处于广泛探索阶段，投入商用有限，据总务省统计，截至2023年1月底，日本用于本地5G网络的基站仅565个。
03 韩国
1、5G专网推动政策
韩国将5G专网视为推动“5G+产业生态系统”发展的利器，一方面可以带动设备、零部件等产业支撑的创新发展，另一方面也可以激活各种5G融合服务。在促进3家运营商基于公网的5G企业专网应用的同时，韩国大力推动使用专网频谱的5G专网应用发展，于2021年10月发布了5G专网频率分配公告，截至2023年3月，已向10余个申请者发放了专网频率许可，申请者在多个场所利用专网频谱建网并开展应用，已建基站307个，其中84个用于试验验证。
2、5G专网产业进展
韩国使用专网频谱的5G专网应用尚处于试点示范中，为推动融合应用发展，从2022年6月开始韩国政府相继启动了11个示范项目，项目承担者既有自建自用的企业，也有电信业务经营者.5G设备和解决方案供应商多数为三星电子和本土系统集成商，爱立信和诺基亚也获得一些份额。除推动应用示范外，韩国还在大力推动专网设备的研发生产，2023年2月，韩国第一款毫米波5G专网终端设备通过电波认证，截至目前共有35个5G专网终端设备（模块、调制解调器）获得认证，大多数为韩国本地企业产品。韩国5G专网示范项目见表2。
表2 韩国5G专网示范项目
04
美国
美国FCC于2015年通过了民用宽带无线服务（CBRS）3550—3700MHz频段共享商业使用的规则，希望通过引入小型蜂窝和频谱共享技术来提升该频段使用率，并创建了一个三层访问和授权框架，以适应该频段海军雷达和商业用户等共享使用。2020年8月完成优先接入（PAL）牌照拍卖，228个申请者获得20625个PAL牌照。获得PAL许可证的主体类型除电信运营商、有线电视运营商、系统集成商外，行业企业用户众多，覆盖石油天然气、电力、制造、医疗、教育等行业。
从产业发展来看，美国大多数行业企业用户利用共享频段部署的专用移动网络都是基于4G，5G专网多处于测试阶段，一旦5G专网生态系统成熟，这些网络可以升级到5G。Verizon、AT&T等移动通信运营商利用CBRS频谱向制造、金融等领域企业提供专网服务。如AT&T与微软合作，基于微软Aure云结合其5G MEC解决方案，为福特电动汽车生产基地部署5G专网，利用AR改善检测等工作效率、提高机器人等自动化设备的安全性等。美国云巨头企业不仅与本国运营商合作提供专网服务，也推出了一揽子解决方案，基于云提供核心网功能和应用服务，在企业内安装MEC，处理核心网部分功能（用户数据处理等）和无线接入网功能。云巨头的5G专网服务借助云基础设施，可以迅速在全球扩大市场，2023年3月，AWS发布最新5G专网解决方案，与德国电信、KDDI、Orange等国际运营商合作，基于运营商频谱、利用云基础设施和5G网络运营管理工具，可快速、经济地提供灵活的专用5G网络，目标市场从本土中小企业用户转向全球大型园区、工业企业、港口和智慧城市等。
关于5G专网发展的思考与启示
总体来看，5G专网发展仍处于早期阶段，主要国家大多数企业保持务实态度，适度部署、谨慎推进，概念验证和试验类项目居多。从供需两侧分析其原因如下。一是对需求企业来说，将5G设备集成到现有设备中较为困难，特别是在设备更换周期较长的工业领域更具挑战性；且部署5G专网设备成本高、网络运维复杂，对投资5G专网成本效益的考虑在一定程度上影响了企业广泛采用5G专网的意愿。二是从供给侧来看，垂直行业需求存在差异化、碎片化的特点，一方面对5G行业终端的多样性和能力提出很高的要求，终端设备市场尚未形成规模化价值，这样一定程度上影响了技术产品研发和制造，导致终端设备种类少、价格高；另一方面，对专网提供商来说很难将现有项目规模复制，盈利难以确保。
面对专网发展的障碍和问题，可考虑从激活产业生态入手：一是着力开发终端设备，以便于现有设施、网络与5G无缝集成；二是减轻企业5G网络运营负担，包括开发推广轻量级、低成本设备，以及推出专网托管服务等；三是建立供需对接平台，总结最佳实践、分析专网经济性等。
*本文刊载于《通信世界》
总第920期 2023年5月25日 第10期
原文标题：《国际5G专网应用发展态势》
