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催生5G創新應用 各國專網政策制定如火如荼

2019-10-01
專網的設立有望提供垂直應用產業更彈性化的服務,催生更多5G創新應用落地,同時也更能呼應5G「由應用來主導通訊技術發展」的核心概念。因此,除了商用頻譜的釋出,英國、德國與日本等國也積極發布專網相關政策。

事實上,專網的概念很早就被提出了,也已經有採用行動通訊技術在限定區域內供企業的特定用途與用戶使用的企業專網應用案例。而為了促進5G創新應用的發展,近來各國對於專網的討論更是熱烈,英國、日本與德國等國家也如火如荼地展開專網的測試與申請流程。然而,當政府及垂直產業積極探索行動技術在專用網路中的應用可能性的同時,電信營運商也正在尋找新的5G電信收入來源,因此格外希望能爭取到提供企業專網服務的機會。

專網建置方式將影響產業生態

專網建置的方式相當多元,專網運行模式與頻譜授權方式也都可能影響到電信業與垂直產業的生態發展。工研院資通所技術副理方譽荃表示,專網可以依據負責建置者區分為兩大類型,一種是MVNO(Mobile Virtual Network Operator),是由電信營運商主導的專網型態,專網的核心網路及電信設備皆由電信營運商提供與建置;另外一種則是Stand-alone,由企業自行建置專網,通常會由系統整合商或網通業者協助企業完成布建(表1)。

表1 MVNO與Stand-alone專網型態比較

一般的情況下,MVNO頻譜會使用由電信營運商提供的公用頻譜,因此,其頻譜屬於營運商經營之公用網路(Public Network)的一部分。通常MVNO型態專網會由電信營運商提供頻譜與設備,可透過網路切片(Network Slicing)的方式提供專用網路給企業使用,同時也會擔負後續的網路維護工作。因為使用的是電信商的頻譜、基地台與核心網,所以資料流(Data Flow)也可能會經過電信商網路。不過,方譽荃表示,近幾年也有越來越多的企業主會自行選購電信設備,再請電信商提供頻譜並幫忙建置網路,也因此,在某些情況下MVNO的頻譜雖然是公用的,但無線接取和核心網路並不一定是公用或專用,會取決於不同案例的合作內容。

Stand-alone的頻譜通常是選用共享頻譜或各國規畫的企業專用授權頻譜,共享頻譜指的是某些國家(如美國的CBRS)由政府頒訂法令讓數個組織產業申請使用頻譜並進行使用管理;而專用頻譜則透過競標或申請發配的方式,讓企業直接取得該頻譜使用權,這個情況下專網也等於私網(Private Network)。Stand-alone的專網型態通常會由企業自己向監管機構申請或競標取得頻譜使用權,再自行選購設備(或與系統商合作,由系統商提供End-to-end的整包方案),因此無線接取和核心網路都會是企業私有、專用的,資料流也只會在企業內部流通,安全保障更高。

授權/免授權/共享頻段 取決法規政策

而專網運行的頻段可大略分為三種,包括授權頻段、共享頻段以及免授權頻段。授權頻譜又可細分為電信營運商所持有的商用頻譜,或者由企業直接向監管機構申請的專用頻譜,前者由企業與電信營運商合作,在特定區域預留特定的頻段供企業架設專網,或者透過網路切片的方式將公用網路切割出來作為企業專網,滿足特定需求;而後者則由各國監管單位規畫區域授權頻譜,透過拍賣或者申請分配的方式開放給企業使用。

談到電信商如何透過網路切片來提供專網服務,工研院資通所副所長周勝鄰解釋,5G必須滿足增強型行動寬頻通訊(eMBB)、超高可靠與低延遲通訊(URLLC)以及大規模機間通訊(mMTC)三大應用場域,不同的應用對於網路功能規格的需求都不一樣。而網路切片的概念就是要讓電信商得以在虛擬環境下,將網路依據不同功能進行切片,電信商只須建置一套硬體網路系統,即可透過不同的軟體配置去應對不同的功能需求。而將網路系統依據大容量、行動通訊以及高可靠低延遲通訊等不同的需求區分開來,也能提升整體的運作效率。因此,若企業對於專網功能的需求明確且單純(例如,工廠要透過URLLC進行遠端操控、智慧製造),電信商就能透過網路切片提供企業專網,不一定要另外建置硬體設備。

而共享頻段則是由政府規畫提供給所有公民(包括企業),可直接向監管機構申請使用權;免授權頻段則是運行在2.4GHz、5GHz及高頻段的60GHz等免授權頻段上,目前以Wi-Fi、Wi-Gig技術為主,少部份如MultiFire聯盟提出以LTE技術運作的規格,但目前終端設備的生態尚不完整。據了解,3GPP R16也將針對5G NR操作於免授權頻段納入標準內,意味著未來5G NR也可以操作於免授權頻段。不過,免授權頻段最大的挑戰就是干擾問題,在網路可靠度方面較為不足。

是否規畫專頻 電信商/企業各持己見

儘管可以透過建置者與使用的頻譜將專網進行簡單的分類,但其運作模式仍可能會因個案而有所不同。畢竟專網的主要訴求就是「客製化的彈性服務」,因此,運作的模式也會因為不同的政策、產業需求、電信商/系統廠與企業合作的內容而有所差異。不過,政府在規畫專網相關法規與頻段授權方式時,最常面臨到的意見分歧即是:企業專網所使用的頻譜是否要由電信營運商經手?針對此議題,電信商與垂直產業常有不同的聲音。因此,如何建立一套公平、有利於行動通訊與垂直產業發展的政策,也成為政府在推動專網時必須審慎考量的議題。

5G頻寬更大、應用場域更多元且技術更複雜,因此基礎建設所需的成本也將大幅提升。而電信營運商皆冀望能透過垂直市場開拓個人用戶以外的商業機會與營收,因此以電信營運商的角度而言,較不樂見政府直接設立專用頻段,並開放企業直接申請(或競標)頻譜使用許可。因為這麼一來勢必會影響到電信營運商在5G市場的營收。此外,也有電信營運商指出,企業內部不一定有通訊領域的人才,也不見得有建置網路與電信設備的經驗,因此若由企業自行興建專網恐怕會耗費更多精力、時間與成本,導致專網發展延宕。

然而,以企業的角度而言,若專網的架設由電信營運商主導,並使用既有的頻譜與電信設備來布建專網,資料流就必須經過電信商的基地台、核網,並儲存在其雲端伺服器,企業無法完全掌控這些資料流,會衍生出資訊安全的疑慮。因此許多企業認為,規畫共享頻譜或企業專用(區域授權)頻譜,讓企業自行採購硬體設備布建專網,更能實現其對於「私網」的期待,即更有保障的本地安全性(資料的處理與儲存皆在企業內部)。

而從網通生態系統發展的角度來看,設立專頻以供企業自行架設專網將為產業鏈帶來更多的發展機會。本土系統廠、網通設備以及小基地台供應商,可以合作推出從核網到終端的專網End-to-end解決方案,協助企業完成專網建置,打破電信設備大廠壟斷的市場態勢。因此,也有部分產業人士認為,若規畫專頻或共享頻譜,將有助於帶動台灣網通設備、小型基地台的供應鏈發展。

由於台灣目前尚未釋出專網相關政策,各界對於究竟要設立專頻或共享頻譜,並由垂直產業企業主直接向監管機構提出申請(不經手電信商);還是要依循4G時代的頻譜規畫方式,由電信營運商向NCC競標頻譜,再透過網路切片或者頻譜租賃的方式,提供企業用戶專網服務,一直都有不同的聲音。而在此情況下,各國在專網頻譜的規畫也成為產業關注的重點。目前包括美國、德國、日本與英國等國,也陸續釋出相關的頻譜政策。

各國專網規畫/發展

隨著5G頻譜的釋出,這幾年各國產業對於專網的討論也越來越熱絡。目前也已經有部分國家提出明確的政策方向,並陸續訂定垂直應用專網之頻譜申請方式與使用規範。

日本釋出區域授權頻譜

隨著5G在汽車、醫療、建築業、工業機械、智慧電表等各種業務領域的推進,各界對新業務的創造等期望越來越高。除了電信營運商的全國性行動服務之外,本地(Local)5G預計作為一種新的網路系統,各種實體可以根據區域需求和工業部門需求靈活地建置與使用。因應此趨勢,日本總務省在2019年4月公布本地5G頻段應用第一階段相關規定,規畫4.6~4.8GHz(200MHz)以及28.2~29.1GHz(900MHz)供作Local 5G網路使用。

在測試與開放進度方面,目前28.2~28.3GHz的頻段已在2018年7月完成干擾研究,計畫在2019年下半年開放申請。未來也將進行4.6~4.8GHz以及28.3~29.1GHz頻段的技術條件研究。而在申請條件上,日本規定申請企業必須是欲使用區域的土地持有人或承租者;此外,並不開放全國性行動網路營運商(MNO)申請垂直產業專用頻段,但企業可授權營運商或系統整合商申請架設5G基地台。目前,日本NEC和Panasonic已對5G與工業/農業應用進行探索試驗。

英國垂直應用頻譜許可費低 可望帶動產業應用

談到英國的垂直應用頻譜發展,經濟部5G辦公室技術經理蘇志文指出,針對是否保留垂直場域頻段以促進區域應用與當地應用之發展,英國通訊管理局(Ofcom)向超過100家企業收集相關意見,而因為該頻段目前由衛星服務使用,無法實現全國範圍的覆蓋,所以有90%公司表示贊同,電信業者也未強烈反對。

根據目前的頻譜規畫,英國擬釋出3.8~4.2GHz(400MHz)以及1.8和2.3GHz幾個頻段作為共享頻譜,供垂直場域網路使用。而在頻譜發配方面,擬透過申請制的方式釋出,每家垂直應用業者最少可以取得10MHz頻寬。而為了避免頻譜資源浪費,取得頻段使用權的業者必須在3年內投入使用,否則就將撤銷使用權。而在費率方面,計畫會採類似公用事業收費的方式,依Ofcom的管理成本而定。

而相關資料指出,英國垂直場域專用網路的年度許可費每10MHz是80英鎊(約新台幣3,084元)。對此,不少國內產業人士皆指出,若台灣專網的頻譜許可費能和英國一樣低,勢必會提高垂直應用業者投入專網建置的意願。

德國規畫區域授權頻譜帶動工業4.0/農林業發展

德國聯邦網路局在2017年提出草案,希望能將3.7~3.8GHz規畫為區域涵蓋頻段,提供垂直應用領域,目前也已在2019年3月正式公告相關規範。這些頻段主要提供工業自動化、農業和林業用途。頻譜採申請制無須進行拍賣競標,將以技術中立、服務中立的原則進行分配,預計會在2019下半年開始開放申請。申請人必須為該土地範圍或建物之不動產所有權人或承租人。不過,德國並未排除全國性電信營運商取得此頻段頻譜,在該頻段無其他業者申請的情況下,全國性營運商仍可以暫時性地申請使用3.7~3.8GHz頻段。

而頻譜使用上秉持「Use-it-or-lose-it」原則,申請人在取得頻率後一年內若未開始使用,或者未依據分配目的使用該頻段,將被撤銷使用權。據了解,目前汽車大廠福斯(Volkswagen)計畫2020年於122個工廠建置自己的5G網路,將專網與智慧製造做結合,實現汽車製造的自動化。此外,BMW和Daimler也似乎都有意願爭取專網頻段。

對此,蘇志文進一步指出,目前已有15家公司表示希望能建置自己的5G專網,包括Daimelr、Volkswagen、Siemens、Bosh、ABB、Sennheiser以及Hirschmann等公司皆希望其製造業務能運行在自己的5G網路上,因此正在向聯邦網路局申請本地或區域授權的頻譜許可。主要原因是,全國性營運商在其廠區無法提供足夠的覆蓋。

美國將5G熱門頻段劃為CBRS共享頻譜

美國公民寬頻無線電服務(CBRS)設立的原意並不是要給企業作為專網使用,因此嚴格來說並不會被視為企業專屬頻段,但企業仍可取得CBRS頻譜使用權限,並藉以設立專網。談到美國規畫CBRS共享頻譜的背景,周勝鄰指出,美國的3.5GHz頻段原本是規畫給海巡隊等公家單位使用,但只使用了一部分(即沿海區域)的頻譜資源。而為了減少閒置資源的浪費,美國聯邦通信委員會(FCC)在2015年決議將該頻段作為技術中立的CBRS釋出,並藉由ASA共享機制將使用者依權限分為三級。

第一層的最高優先權保留給原政府使用者,第二層的優先權則須透過拍賣取得優先接取執照(PAL),第三層則為免付費的一般權限(GAA)使用者,可使用未被既有用戶或PAL用戶使用之頻段。而為鼓勵創新發展,PAL的區域劃分以人口普查之最小區域進行切割,且同一業者在單一地理區域內最多只能取得7張PAL許可證,以利小業者取得執照。

由上述可知,不論是電信營運商、企業還是個人都可以申請取得CBRS頻譜使用權限,因此企業也可以申請頻譜作為專網建置用,但必須要遵守頻譜使用管理與權限規範。值得一提的是美國規畫的CBRS頻段也剛好是熱門的5G頻段,因此有望剌激美國專網需求,並帶動行動專網發展。而目前跨國無線通訊網路設計和製造商Redline Communications提出的Private LTE Solution,即是結合HLS用於採礦業遠程控制,運用LTE網路運行在CBRS共享頻譜上,以支援採礦工作的遠程控制。

盼專網發展能促進5G創新發展

除了上述提到的案例以外,法國與瑞典等國也陸續發表區域授權頻段相關規畫,希望能推動國家創新頻譜政策,並進一步驅動5G產業創新(表2)。

表2 主要國家的共享頻譜或區域授權頻譜政策
資料來源:各國政府網站、經濟部5G辦公室;新通訊整理

總結來說,5G專網的型態相當多元,包括頻譜授權方式、網路架構以及設備提供者都可能有所不同,而各國對於企業專網的頻譜政策也可能會影響到整個5G生態系。但無疑的是,如何透過企業專網的設立加速傳統產業的數位化轉型,催生更多5G創新應用模式,將會是下世代行動通訊發展的一大重點。

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