面向5G的智慧園區(qū)傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署研究

陳禮波

（中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司，北京 100048）

智慧園區(qū)對于我國智慧城市建設(shè)工作有著非常重要的意義，是智慧城市中不可或缺的組成部分，肩負(fù)著聚集區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)升級、調(diào)整的重要使命[1]。通過建設(shè)智慧園區(qū)帶動城市區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，已經(jīng)成為目前各級政府實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展任務(wù)中的重要手段之一。而隨著5G時代的來臨，智慧園區(qū)的建設(shè)也迎來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，如何運用好新一代的通信網(wǎng)絡(luò)、人工智能以及云計算等先進(jìn)技術(shù)手段進(jìn)行園區(qū)建設(shè)升級，成了現(xiàn)階段智慧園區(qū)發(fā)展建設(shè)的首要問題。

1 5G時代的園區(qū)組網(wǎng)模式方案

在4G時代之中，園區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)一般是使用宏微結(jié)合且以宏站為主的組網(wǎng)模式，在此模式之下構(gòu)建出宏小區(qū)以及小小區(qū)結(jié)合的分層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。因為宏站效率較高，為了保證園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和速率，多以密集建設(shè)宏站為主，小站主要負(fù)責(zé)分擔(dān)部分負(fù)荷，以此方法來解決異構(gòu)網(wǎng)所帶來的干擾等問題。但是在5G時代，這樣的組網(wǎng)模式已經(jīng)無法滿足新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的覆蓋需求，根據(jù)目前工信部所公布的5G工作頻段當(dāng)中，主要采用的是3.3～3.6GHz和4.8～5.0GHz，其中以3.5GHz作為5G 工作的主力頻段。5G時代對比4G時代，頻段的使用有著很大的改變，因此系統(tǒng)覆蓋的能力也會受到影響。在現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)測試當(dāng)中，站與站之間必須達(dá)到166M，才能以3.5GHz頻段，做到上行50Mbit/s，下行100Mbit/s的使用場景。而當(dāng)頻段在4.9GHz及以上時，網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)需要更加密集，但在實際的基站建設(shè)之中，宏站的建設(shè)極限是間距300～350m，因此5G網(wǎng)絡(luò)不能再通過原本的組網(wǎng)模式進(jìn)行建設(shè)，而應(yīng)該調(diào)整為宏站與微站協(xié)調(diào)的新組網(wǎng)模式，將宏站作用定位為普遍覆蓋，改由微站來負(fù)責(zé)提供高速率以及高容量[2]。

在宏微協(xié)同模式中，所需關(guān)注的熱點問題便成了怎樣克服異構(gòu)網(wǎng)移動性以及干擾。4G網(wǎng)絡(luò)時代，因為異構(gòu)網(wǎng)內(nèi)的微站密度較低，主要是對小區(qū)的干擾協(xié)作技術(shù)、載波聚合干擾控制以及協(xié)作點傳輸與接收相關(guān)技術(shù)的引入實現(xiàn)干擾問題的解決，并采用雙鏈接技術(shù)對移動問題進(jìn)行解決。到了5G時代，微站的密度大幅度增加，隨之變化的是用戶量，小小區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)化時，是宏站對用戶提供相應(yīng)服務(wù)，導(dǎo)致物理層的吞吐率大大降低，與新小小區(qū)實現(xiàn)連接之后，因為TCP啟動比較慢，其整層性能需經(jīng)過很長一段時間才得以恢復(fù)，造成用戶速率于小小區(qū)內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時有比較大的波動。所以，5G時代的到來，將會使基于D-RNA的4G時代徹底改變，虛擬化技術(shù)不斷發(fā)展[3]。5G時代所采用的UCNC架構(gòu)借助基帶對單元虛擬化以及云化進(jìn)行處理，實現(xiàn)虛擬化小區(qū)的平滑，該模式主要以用戶為主，將相關(guān)動態(tài)進(jìn)行重新調(diào)整，達(dá)到資源動態(tài)分配以及協(xié)商協(xié)作的目的，使沒有必要的信令開銷以及頻繁切換得以減少，在很大程度上提升了用戶的業(yè)務(wù)體驗以及相應(yīng)感受，于用戶而言，更為方便。另外，為使智慧園區(qū)的垃圾桶以及路燈等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施均得以連接，并實現(xiàn)低速率和低頻次的要求，園區(qū)也需考慮對NB-IOT網(wǎng)絡(luò)的引進(jìn)。面對應(yīng)急服務(wù)以及AR增強性的實現(xiàn)等相關(guān)業(yè)務(wù)的要求，應(yīng)當(dāng)把計算能力下沉于無線網(wǎng)的邊緣。用AR增強舉例，其應(yīng)當(dāng)對攝像機(jī)素輸出視頻內(nèi)容和所處精準(zhǔn)位置進(jìn)行整體分析，然后隨時感知用戶所處位置和面對方向，即使用定位技術(shù)亦或是攝像頭內(nèi)容等獲取相關(guān)信息，并以此為用戶提供更多有效信息，若用戶所處位置以及所面對的方向均有所變動，同樣要及時更新相應(yīng)的信息。因為AR信息來自于用戶的位置以及攝像內(nèi)容，因此，其所展現(xiàn)出的本地化比較強，在對這類信息進(jìn)行處理時，最好的辦法便是于本地進(jìn)行，并非到云端集中處理，這樣可將AR信息延遲的概率降到最低，使信息處理精確度進(jìn)一步提高。把邊緣業(yè)務(wù)以及基帶池的軟件布置于同一個硬件平臺之上，在兩兩間采用虛擬機(jī)實行安全隔離，將邊緣計算及相應(yīng)儲存能力完全利用起來，實現(xiàn)用戶的當(dāng)?shù)貎?nèi)容緩存以及短時延業(yè)務(wù)處理，實現(xiàn)智慧園區(qū)中各項業(yè)務(wù)低時延、高安全性的需求[4]。

2 園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的布置

2.1 宏站布置

根據(jù)上述的新組網(wǎng)模式，雖然5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)覆蓋要求的站址資源會更加多，但主要會由微站來負(fù)責(zé)，而宏站的站址建設(shè)對比4G時期不會有太大改變。利用信號類型和信道模型以及傳播模型可以得出信號的強度，在根據(jù)園區(qū)需求來確定信號質(zhì)量，以此就可以將宏基站的覆蓋間距要求確定出來。其覆蓋率于95%上下、天線掛高25m左右，4G時代的邊緣用戶的下行平均速率在4Mbit/s、上行平均速率在1Mbit/s，而5G時代下行平均速率在25Mbit/s左右，以此可得出密集區(qū)域室外宏站之間的距離大約為300～350m，普通區(qū)域宏站之間的距離間隔大約為400～500m，而低密度的區(qū)域距離約為500～600m。另外，在現(xiàn)階段的5G園區(qū)建設(shè)中，天面所使用的5GAUU設(shè)備具有一體化的特性，其大小為60L（800mm×390mm×190mm），約為43kg左右，不能和其他的系統(tǒng)一同建立，而是必須要單獨設(shè)立。通常一個小區(qū)所需要的天面數(shù)量為2個，1個單獨負(fù)責(zé)5G網(wǎng)絡(luò)，另外1個則為其他系統(tǒng)共同使用，但若是要用3DMIMO的高容量使用場景，則要加多1個天面，增為3個[5]。

2.2 微站布置

在5G園區(qū)部署之中，微站的主要作用是增加容量、提高覆蓋率以及加快數(shù)據(jù)傳輸速率，并為較小的房屋室外覆蓋室內(nèi)提供必要支持。在5G時代微站將會成為其業(yè)務(wù)需求持續(xù)改變中的重要部署方式，熱點區(qū)域在4G時期，微站小區(qū)和宏站小區(qū)的比例為2：1，普通區(qū)域為1：1，而5G時代來臨之后，其比例要調(diào)整為5：1，而且還需要根據(jù)后期的需求不斷增長，因此，微站的布置數(shù)量將會大幅持續(xù)增多。目前階段的微站布置主要有以下兩種方法，第一種是將微站安裝在道路的桿體之上，第二種是掛在墻體上或者偽裝部署在周圍的環(huán)境之中。桿體部署大部分是以路燈桿和電線桿為主，微站的設(shè)備、天線等會利用周邊環(huán)境特性進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿阑驼{(diào)整，6～12m的高度是大部分桿體微站天線的掛高。第二種偽裝掛墻方法，大部分是使用了一體化的小型微站設(shè)備，其天線和電源等集合在一起，通常只需要一個設(shè)備，部署起來非常簡單和便利，但也同時具備覆蓋范圍較小，容量較小的特點。在一般情況之下，微站覆蓋范圍大約為100m，若是要由建筑物的室外覆蓋其室內(nèi)，微站和建筑物之間的距離大約是30～60m。因此，微站的部署可以和園區(qū)業(yè)主進(jìn)行協(xié)商，再根據(jù)智慧園區(qū)的其他需要進(jìn)行結(jié)合考慮，最終得出微站的布置數(shù)量。

2.3 機(jī)房布置

在新型的組網(wǎng)模式之中，5G時代的中心機(jī)房之內(nèi)將會進(jìn)行大量的BBU放置，內(nèi)容分發(fā)業(yè)務(wù)和邊緣計算業(yè)務(wù)部署也將會根據(jù)通用硬件平臺進(jìn)行，另外，還要將有限寬帶業(yè)務(wù)也列入考慮范圍之內(nèi)。因此，中心機(jī)房的建設(shè)布置也會成為5G智慧園區(qū)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。另外，現(xiàn)階段很多智慧園區(qū)定位相對偏高，地理位置通常是在城市中心、開發(fā)區(qū)以及人口密度大、商業(yè)集中的區(qū)域，根據(jù)這些特點，智慧園區(qū)的機(jī)房布置建設(shè)也要按照城市中心的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，覆蓋范圍要在1.5～2.5km2，其中要有BBU集中并部署有MEC、OTN、PTN、OLT等設(shè)備何空調(diào)等配套[6]。

3 結(jié)束語

綜上所述，智慧園區(qū)結(jié)合5G信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建設(shè)是幫助我國智慧城市發(fā)展的重要手段，也是城市化工作的主要內(nèi)容之一。在未來的5G時代之中，智慧園區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施部署將會有所改變和調(diào)整，本文對5G時代的智慧園區(qū)建設(shè)方案進(jìn)行了探討和分析，并對面向5G的智慧園區(qū)傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了部署建議。