从5G基站建设的角度探讨智慧杆的尺度化？施工照明资质

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从5G基站建设的角度探讨智慧杆的尺度化

2022-11-13    

   作者：田宗奇/齐飞（上海华为手艺有限公司）、刘保玉（华为手艺有限公司）  

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　　第五代移动通讯手艺(5G)已最先启动建设，是工业4.0的基础支持。随着5G手艺应用的加速推进，5G站点的数目将成倍增进，而智慧杆是笼罩普遍、漫衍平均的理想的站址资源。同时，作为智慧都会建设的主要载体，智慧杆的应用越来越多，应该从杆上的硬件堆叠走向尺度化、系统化，来知足解耦、互通、降低成本的需求。本文剖析了移动通讯、“多杆合一”、 智慧都会对智慧杆的需求，并从移动通讯基站建设的角度，探讨了5G建设的基础能力需求，给出了智慧杆尺度化的建议。

　　弁言

　　在5G商用时代到来之际，全球信息通讯手艺(ICT)领先国家都在起劲设计指导5G与公共设施的融合，直接推动了智慧杆的生长。

　　德国联邦政府《5G Strategy for Germany》[1]明确，都会现有的承载设施，如灯杆、交通杆将会是5G的主要组成部门。

　　韩国科技和信息通讯手艺部(Ministry of Science and ICT)指出，韩国17个行政区的相关部门必须做好(供电、传输等)准备，使得5G装备可以安装在灯杆和交通杆上[2]。

　　美国联邦通讯委员会(FCC)在《The FCC's 5G FAST Plan》指出，FCC会削减5G小型化基站在公共设施上部署的审批程序。

　　中国越来越多的地方政府意识到智慧杆的主要作用，并在政策层面起劲推进智慧杆产业的康健有序生长[3,4]。

　　在宏观商业层面，智慧杆改变了传统灯杆模式，其应用涉及多个政府部门和跨行业主体，其投资、运营、治理机制和多方商业模式仍在探索中，缺乏统一的智慧杆基础设施运营方已成为制约智慧杆规模建设生长的主要因素。

　　同时在手艺尺度层面，当前智慧杆缺乏统一有用的设计，造成重复建设和资源虚耗，如都会多杆林立、蹊径重复开挖等征象就是例证。智慧杆项目缺乏统一的手艺规范参考，导致一些功效演进方面的约束和各营业组件方面互联互通、数据共享的难题。

　　为此，加速确立智慧杆统一尺度规范，建设具有一定规模的智慧杆样板树模，通过市场磨练商业模式和跨部门跨行业实现增值，将是下一阶段智慧杆产业生长的重点。

　　智慧杆的需求剖析

　　从路灯到智慧杆，不是简朴的功效叠加。现阶段，推动智慧灯杆建设的偏向主要有以下三个，三个偏向对智慧杆的关注点略有差异。

　　1、5G站址的需求

　　作为第五代通讯手艺，5G被以为是万物互联的最先，更高网速(eMBB)，可靠的低延时(uRLLC)和海量的物联网(mMTC)所引发的商业潜力伟大。然则由于速率及频段的提高，在相同设置、相同环境下，5G信号的传输距离相较4G信号有所降低。

　　移动通讯行业必须通过多种手段提升5G的笼罩能力，包罗多天线手艺、上下行频段解耦，以及增添小型化站点。在麋集城区，移动网络流量冷热漫衍不均，流量“忙”的体验易受挑战。同时在住民区、人流麋集商业区以及部门环境珍爱较高的景区，宏站站址难以获取，容易泛起“盲”点。在5G宏站刷新完成后，“忙+盲”区域以及“千行百业+5G”的工厂、园区等，将迎来杆站部署的岑岭, 5G小型化站点的数目将成倍增进。

　　5G杆站的部署会逐步举行，因此需要新建智慧杆预留装备挂载接口、电力接入、大带宽传输。其中最主要的是对于5G装备的选型，除了思量轻盈之外，还要求保证数十瓦级其余功率，以增添笼罩局限，最大化单根杆体的价值。

　　2、集约化建设的需求-“多杆合一”

　　当前陌头有路灯杆、电力杆、监控杆、交通指示牌、广告牌等多种杆体,数目多、种类杂、架设乱的问题越来越突出。尤其是路口，泛起了“杆件森林”的状态，影响都会市容，而且虚耗公共资源。为了实现资源“共享、集约、统筹”，降低都会建设成本，多地都会治理部门最先执行“多杆合一”方案。

　　3、智慧都会的需求

　　随着都会栖身人口的不停增多，交通拥挤、环境污染、资源虚耗等“都会病”不停泛起。“智慧都会”作为解决都会病的方案浮出水面。智慧都会融合人工智能、物联网、5G、大数据、云盘算和边缘盘算手艺，将整个都会酿成一套完整的神经和影象系统，对人类行为数据化，网络、存储、剖析，从而获得最优的解决方案。

　　多功效、多传感器、支持MBB和IoT(Internet of Things)的智慧杆将成为智慧都会的神经末梢，提供无处不在的智能毗邻、智能环境感知和智能路况反馈能力，快速处置和汇聚信息，传送到智慧都会处置中枢，使能种种智慧营业的正常运转。在这类需求中，智慧杆的运营和治理平台是未来的灵魂[5，6]。

　　智慧杆尺度化的建议

　　移动通讯、“多杆合一”、智慧都会对智慧杆的需求偏重差异，以下主要从移动通讯基站建设的角度，探讨5G建设的基础能力需求及其尺度建议。

　　1、系统架构的“三段式”尺度化

图1智慧杆装备结构;(左)蹊径场景(右)园区场景

　　从应用场景看，都会智慧杆应用主要分为两大类场景(如图1所示)。

　　蹊径场景：杆体高度为9-12 m，知足都会蹊径照明、智能交通、智能监控、无线通讯、智能物联等应用;

　　园区场景：杆体高度为6-9 m，知足中央商务区、校园、工业园等数字化智能园区应用方案。

　　无论是蹊径场景或者是园区场景，对于智慧杆架构的需求是归一的。凭证装备的使用及挂载要求，智慧杆系统架构上我们推荐接纳“三段式”尺度化，其中：

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　　顶段——放置基站及回传等通讯装备，思量无线笼罩效率最优;

　　中段——挂载摄像头、显示屏、传感器等智慧单元装备，思量智慧应用易扩展、易维护;

　　底段——传输装备、电源装备、边缘盘算等ICT装备，建议内置杆体。

　　2、要害单元的尺度化

　　2.1 基站单元

　　思量无线笼罩效率，建设成本和环境因素，5G智慧杆站对于射频装备有如下的要求：

　　环境友好：能伪装，可隐藏;

　　极致体验：笼罩区域内提供Gbit/s的速率，具有穿透树木遮挡和一堵墙壁的能力。城区杆站间距在100—300 m，接纳20—60 W基站模块可实现最佳无缝笼罩;

　　珍爱投资：一次部署，耐久演进;

　　接口解耦：基站和灯杆之间接口尺度化，降低适配成本(散热、防水、信号穿透、装备挂载、防雷、线缆装配)，如图2所示。

图2 5G智慧杆顶杆解耦

　　使用顶杆装备舱设计可以有用实现基站和灯杆的解耦。通过顶杆仓的尺度化法兰，杆体厂家在设计和制作时只需焊接此尺度化法兰，后续待运营商有加站需求时，直接将顶杆仓加载在智慧杆顶端尺度化法兰上，确保未来加站最小化成本投入，纵然基站装备发生改变也不会影响杆体。

　　2.2 电源单元

　　电源一体化MIMO(multiple input multiple output)设计。智慧杆搜集了摄像头、环境传感器、WIFI、无线基站等各种装备，装备的供电电压、功率、输入输出等各不相同，因此智慧杆用电源需要知足MIMO多路输入输出和智能治理设计，输入兼容HVDC与220 VAC，当负载功率较大且有拉远时选择HVDC供电，以降低电缆消耗、节约能源;输出支持12 VDC、24 VAC、-48 VDC等，以知足差异负载供电。

　　智能监控治理。5G的生长带来海量的智慧杆站点，其维护治理将面临严重的挑战，智慧杆站电源需要支持智能网管功效，具备监控自身输入、输出、故障等运行状态信息，并上报给网管，以知足统一远程倾轧治理，降低综合运维成本。

　　智慧杆弱电化。电源模块化设计，支持智慧杆装备所有弱电化。led灯与LED屏也可以思量输入直流化，强电不上杆，降低职员被杆电击风险。

　　2.3 传输单元

　　有线传输。智慧杆需要汇聚网络装备支持10GE/GE/STM-N和通讯基站专用接口如eCPRI/CPRI多营业接入，节约众多挂载应用装备的通讯汇聚接入投资。线路到达带宽100 Gbit，接纳OTN硬管道，支持营业物理隔离，保障营业平安。接纳时延抵偿手艺。

　　无线传输。相比有线传输，无线传输针对无光纤到位的场景。现在智慧杆的无线传输解决方案可接纳专用无线网络或小微波方案。典型情形下，对于视频回传有移动需求的小带宽场景，推荐用专用无线网络方案;若是无移动需求的牢靠视频回传大带宽场景，推荐用小微波方案。

　　3、智慧杆运维的尺度化

　　智慧杆站是智慧都会的节点与信息入口，杆体承载多营业，要通过统一运维治理平台。治理平台要注重以下三项功效。

　　智慧杆地理化可视。智慧杆治理平台，支持所有接入前端装备的GIS舆图展示，支持GIS舆图可视化展示平台运维装备详情，提供街道、区域、装备搜索功效，支持查看所有前端接入装备告警、故障信息、信号强度、开关灯状态、和调光品级等。

　　跨行业场景间联动。智慧杆治理平台具备多营业场景间联动特征，可以在治理智慧多功效杆相关装备的基础上，扩展治理更多智慧都会类装备，例如烟感、井盖、垃圾桶等。对于接入的差异行业场景，通过设置一定的规则，提供差异物联网营业/终端间的联动(如烟感报警后触发规则：对应的摄像头将监控角度瞄准预设的烟感方位)。

　　分权分域治理。智慧杆治理平台具备完善的分权分域治理功效。可以通过设置差其余角色、用户实现对分区域、分装备、分功效的权限治理。

　　此外，智慧杆治理平台可以通过设置客户组对系统治理方的客户举行授权，被授权的客户可以凭证所赋予的权限查看、控制、治理所属装备。通过此功效可以使系统治理方以SaaS(software as a service)化的方式向其客户提供智慧杆子模块的功效服务。

　　结语

　　随着5G时代的到来，智慧杆相关的政策制订、行业尺度及行业样板点的建设都将会加速。我们信托，在政策与尺度的牵引下，智慧杆建设将与5G部署相辅相成，配合修建新型智慧都会的基础。

　　参考文献

　　[1]5G Strategy for Germany.

　　[2]Better utilization of 5G equipment and facilities.

　　[3]深圳市多功效杆智能系统手艺与工程建设规范.2022.

　　[4]广东省信息基础设施建设三年行动设计(2022—2022年).

　　[5]吴春海.智慧路灯的应用探讨.照明工程学报，2022, 28(5)：24-26.

　　[6]庄晓波，李文鹏，杨樾.智慧路灯尺度系统框架研究.照明工程学报，2022, 27(4)：12-20.

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