什么是 CBRS 和专用 LTE?

哈拉尔-雷默特 Harald Remmert, CTO, Cellular Solutions , Digi International
September 16, 2023

As network technologies have advanced, CBRS — which stands for Citizens Broadband Radio Service — has become a trending topic in the telecommunications (telecom) space. Put simply, CBRS is a spectrum of radio frequencies that are suitable for deploying 4G LTE and 5G networks.

As a result, organizations that depend on high-speed wireless connectivity are particularly eager to take advantage of CBRS's previously restricted frequency band to build private LTE networks.

The industries and use cases that stand to benefit from the security and reliability of private networsk are broad, and include healthcare, manufacturing, 农业, educational facilities, smart cities, retail, warehousing and supply chain, and industrial operations.

In this post, we’ll explain more about how CBRS is enabling the development of private LTE networks today. We’ll also explore:

  • 企业为何投资建设专用 LTE 网络
  • 考虑专用 LTE 网络提供商时应注意的事项
  • 哪些行业已在实施专用 LTE 用例

什么是 CBRS?

CBRS 也称为 3.5 GHz 频段或 LTE 频段 48,代表 3.5 GHz 至 3.7 GHz 的无线电频率。过去,CBRS 只适用于美国联邦政府和固定卫星服务,但从 2019 年开始,"创新带"开始部分用于商业用途。



为保护关键任务用例,联邦通信委员会实施了一个 共享频谱模式 CBRS 使用。CBRS 频谱的使用由三组人管理:

  • 第 1 层- 保留给现有用户(主要是美国海军和卫星地面站)。
  • 第 2 级--适用于拥有优先访问许可证(PAL)的企业用户。
  • 第 3 级--免费向一般授权用户(GAA)开放。

行业观察家表示,"CBRS 将为企业带来巨大的无线网络能力"。借助专用 LTE 网络,企业将能够扩展--在某些情况下还能取代--公共 4G 和 5G 网络,因为这些网络缺乏当今最先进无线用例所需的性能和可靠性
 

什么是专用 LTE?

我们已经讨论过 CBRS 许可的影响,但什么是专用蜂窝网络,企业为什么要关心?

专用 LTE 网络使用 小牢房在概念上类似于 Wi-Fi 接入点,以建立一个专用的私人无线网络,可覆盖数万平方英尺的范围--公共蜂窝网络的缩小版。建立独立的 LTE 网络 与依靠现有的公共网络相比,该系统需要更多的时间和资源。

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专用 LTE 与公用 LTE

您可能会问,为什么要使用专用网络?毕竟,公共 LTE 和 Wi-Fi 网络已成为现代生活的必需品,甚至是一种期望。既然企业可以利用电信巨头已经建成的网络,为什么还要投资建设自己的网络呢?
专用网络如何连接公共网络
对于许多企业组织来说,无线已成为 "第四大公用事业"--一种与电力、水和互联网连接同等重要的资源。

当公共 LTE 和 Wi-Fi 网络因覆盖范围限制而无法使用,或因容量问题而无法正常工作时,数据驱动型业务和关键服务就会停滞不前。
为了克服这一挑战,美国的企业越来越多地选择基于 CBRS 的专用蜂窝网络来满足其业务连接需求。在以下三种常见情况下,公共 LTE 和 Wi-Fi 网络并不理想:

  • 有覆盖范围限制,且不延伸至相关地点。
  • 由于流量大,工作不正常或数据传输缓慢。
  • 不符合应用、用例或行业的适当安全要求。

专用 LTE 与 Wi-Fi

虽然 LTE 和 Wi-Fi 网络的基本概念和架构相似,但这两种无线技术的使用体验却大相径庭。让我们来讨论一下性能和安全性方面的主要差异。
员工搜索 Wi-Fi 连接

LTE 网络使用无线电波频率,可提供大面积的良好覆盖,信号可穿透相对密集的材料。虽然 Wi-Fi 网络也使用无线电波,但其 接入点 专为家庭或办公室常见的短距离覆盖而设计。

即使将 Wi-Fi 6 与专用 LTE 进行比较,后者在性能、可靠性和运营效益方面也更胜一筹。专用 LTE 传输速度更快、带宽更高、覆盖范围更广,是有需求的企业的最佳选择:

  • 可靠的高速连接,可传输来自IoT 设备的持续数据流。
  • 对漫游移动设备进行更多控制,在接入点无线电之间实现不间断切换。
  • 安全、可扩展的网络,即使在远离集中 IT 的地点,也能限制白名单设备的访问。

观看我们的预录网络研讨会 "专用网络彻底改变制造业

了解为什么越来越多的制造企业将专用无线网络作为一种解决方案。

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专用 LTE 的优势


在各行各业,企业越来越多地考虑如何利用专用蜂窝网络来解决不可靠连接带来的问题。开发专用网络可在不拥挤的频谱中提供专属的 LTE 网络,专用设备可提高设备和数据容量。

采用这种方法还具有公共网络无法实现的内置控制优势。与公共 LTE 或 Wi-Fi 网络相比,专用 LTE 网络还具有更好的优势:

  • 隐私:在专用 LTE 网络中,数据永远不会离开客户的网络。这对于医疗保健或金融等监管严格的行业尤为重要。
  • 安全性:SIM 卡的安全性可确保设备在网络上具有唯一的标识符,并经过适当的验证,从而确保对允许进入网络的设备进行严格控制。
  • 灵活性:专用 LTE 网络可进行定制,以满足企业独特的应用需求。
  • 容量:专用 LTE 网络使用专用频谱或共享频谱,允许企业根据自身需求定制基础设施密度。
  • 服务质量(QoS):与 Wi-Fi 相比,蜂窝技术可提供更好的服务质量和数据流量优先级,从而使业务和任务关键型应用在其他网络超负荷的情况下也能正常运行。
  • 延迟:专用 LTE 支持确定性延迟,即为数据传输设置固定时间长度的能力,这对于要求设备紧密同步的用例非常重要。
  • 弹性:利用专用 LTE,企业客户可以部署额外的小基站,以提高恢复能力和正常运行时间。如果需要,还可以使用相同的蜂窝设备回退到公共 LTE。
  • 移动性:与 Wi-Fi 相比,专用 LTE 移动性(专用 LTE 小基站之间的切换)是无缝的,可与公共 LTE 相媲美。
  • 成本:虽然单个小基站的成本高于企业级接入点,但要提供与许多 Wi-Fi 接入点相同的覆盖范围,所需的小基站数量较少。使用专用 LTE 基础设施,运行电缆、供电和维护更多节点的成本要低得多。因此,与公共网络相比,大多数人都认为专用蜂窝网络可以节省成本。

构建专用 LTE 网络

在计划构建和部署 私有网络因此,企业在选择前进道路之前,需要考虑多种方案。每个组织都需要根据其具体业务需求权衡相关成本。

私人网络会议
 

构建专用 LTE 网络的成本

如果不清楚了解贵公司的预期用例和网络要求,专用 LTE 网络成本可能会迅速增加。根据不同的方法,LTE 网络成本可能包括

  • 底层基础设施(包括私人 LTE 基站)的建筑材料和劳动力
  • 购买和安装小基站无线电台
  • LTE 服务的月费取决于所使用的频谱

The total cost to deploy a mobile private network depends on a variety of factors, but the biggest difference comes from the spectrum your organization chooses.

专用 LTE 网络提供商

企业可以租赁专用频率--这是目前最昂贵的选择。它们还可以从拥有 PAL 的公司租赁 Tier-2 CBRS 连接。提供上述选项之一的私营 LTE 供应商包括

  • 美国电话电报公司
  • 威瑞森
  • 三星
  • 诺基亚
  • 摩托罗拉解决方案公司
  • 谷歌云
  • 亚马逊网络服务(AWS)

虽然付费购买专用或二级 CBRS 网络服务有一定的好处,但企业也可以选择利用免费的三级 CBRS 频率。
 

如何建立私人网络

实施专用 LTE 部署需要三个关键步骤。
 

首先,确定您的连接需求

整个过程从选择网络使用的频谱开始。

  • 授权频谱。要建立高度可靠的专用 LTE 网络,企业可以选择租用 AT&T 或 Verizon 等移动网络运营商拥有的部分专用频谱。每个国家都有独特的法律规定如何使用许可频谱内的频段。
  • 共享频谱。创建专用 LTE 网络的另一种方法是通过 CBRS 的共享频谱,更具体地说就是使用 2 层和 3 层。虽然专用频段可以提供更好的性能,但共享频谱为获得专用 LTE 的优势提供了一种更经济实惠的方式。
  • 非授权频谱。私人 LTE 网络可以建立在 UNII-3 等未授权频段上,该频段也用于 Wi-Fi 网络。虽然这种方式的成本低于其他方式,但由于流量较大,非授权频谱的性能并不理想。

建立核心网络

Next, you’ll need to design and set up the core network architecture, which includes the LTE Evolved Packet Core (LTE EPC). The core network is made up of multiple nodes and designed with your organization’s mobility, security, authentication and traffic management needs in mind.

The EPC connects to both external networks and on-site base stations (called evolved NodeBs or eNBs), which serve as the central source of the private LTE signal.

安装接入点

最后,您需要安装和连接 LTE 接入点,为您的站点和使用案例提供足够的覆盖范围。与 WiFI 接入点相比,LTE 和 5G 路由器的覆盖范围更广,因此非常适合许多工业和商业用例。在选择和安装路由器时,请注意以下选项:

  • 可简化大规模部署和管理的功能。
  • 完全集成的蜂窝解决方案,提供智能备份连接。
  • 强大的设备安全和安全边缘计算能力。

使用 CBRS 频谱的企业还需要实施频谱接入系统 (SAS),为 CBRS 接入点分配频率信道。
 

采用专用 LTE 的行业


随着越来越多的网络连接设备被用于客户互动和工业运营,各行各业正在掀起一场IoT 革命。专用网络非常适合各种用例:

  • 医院
  • 办公楼
  • 零售店
  • 购物中心
  • 建筑工地
  • 仓库
  • 工业用地
  • 耕作活动

专用 LTE 网络可以处理这些网络部署中的设备产生的所有数据。未来,随着机器学习和人工智能的普及,专用 LTE 网络将提供这些数据密集型程序所需的带宽。

专用 LTE 设置可以在一个网络上连接IoT 传感器、摄像头、自主设备和无人机,不受公共网络的限制,因此在制造、能源和运输领域很受欢迎。

专用 LTE在采矿业也越来越受欢迎。LTE 网络可以覆盖广阔的区域,因此适用于面积达数英里的采矿作业。最重要的是,专用网络是面向未来的,因为它是为处理大型采矿车队的高数据要求而设计的。

同样的优势也适用于全球港口。拥有专用 LTE 网络的港口可以确保近乎完美的正常运行时间和稳定的数据传输速度。从停靠的船只到卸货的起重机,专用网络可以覆盖 Wi-Fi 无法覆盖的区域,确保每个人都能保持连接。例如,在鹿特丹港口实施的专用 LTE 网络能够提供 99.99% 的正常运行时间。
 

专用 LTE 部署和用例

当公司或组织需要建立本地化网络,而又无法使用 Wi-Fi 时,部署专用 LTE 可能是完美的解决方案。随着IoT 继续呈上升趋势,LTE 可以支持不可避免的大流量负载,处理来自数以万计IoT 设备的传入数据。

LTE 网络还具有出色的穿透性,可穿透建筑物和其他可能阻挡 Wi-Fi 信号的障碍物。这些功能对于企业利用专用 LTE 实现的许多数据密集型用例来说,都是极其重要的。




无论企业是选择使用许可的 LTE 网络,还是在共享频段(如公民宽带无线服务(CBRS))上建立自己的网络,都有望比公共网络节省成本并提高可靠性。专用 LTE 网络将越来越多地应用于商业和消费领域的各种连接需求。

环境监测

Environmental monitoring is an incredibly valuable use case for industrial organizations, which often have mission-critical equipment deployed in remote locations with variable conditions. With remote management via a private LTE network, IoT devices can transmit millions of data points, that can then be analyzed and used to protect on-site staff, prevent unsafe conditions and sustain operations.

实时安全与合规性监控

In addition to environmental monitoring, organizations that operate remote sites can also benefit from IoT-enabled security and compliance monitoring. Real-time applications can leverage artificial intelligence and machine learning (AI/ML) analytics to intelligently assess risks and react to minimize vulnerabilities, making private LTE especially valuable in industries with strict data security requirements.

智能自动化和预测性维护

Using private LTE can allow enterprises to more feasibly implement predictive maintenance, especially at remote industrial sites where public networks are less likely to offer the needed coverage and bandwidth. With private LTE, IoT devices deployed at manufacturing facilities, agricultural sites and energy plants can use AI/ML applications to intelligently automate equipment usage, distribution and logistics, as well as identify safety or performance issues before a problem arises.

其他用例

数据密集型用例在零售、医疗保健、制造甚至城市规划领域正变得越来越重要。通过提供更高的性能、可靠性和安全性,专用 LTE 网络可实现先进的用例,从而改变我们周围世界的运行方式:

  • 增强现实和虚拟现实
  • 智能视觉检测
  • 防止盗窃
  • 病人实时监控
  • 个性化购物体验

与 Digi 合作部署基于 CBRS 的专用 LTE

专用网络应用图
无论企业是选择使用许可的 LTE 网络,还是在共享频段上建立自己的网络,都有望比公共网络节省成本并提高可靠性。专用 LTE 网络将越来越多地满足商业和消费领域的各种连接需求。

在您探索如何构建自己的专用 LTE 网络时,Digi International 拥有简化您的旅程的解决方案和专业知识。无论您需要高度安全、可靠 4G 和 5G 蜂窝路由器 或迁移到 5G 的路径,我们的团队可以根据您的业务需求帮助您浏览所有选项,并确定最合适的方案。

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