公共照明改造中5G微基站及充電樁融合發(fā)展的前景分析

李國釗

（廣西通信規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司，廣西 南寧 530007）

0 引 言

現(xiàn)如今，5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在交通運輸、工業(yè)制造以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。因為路燈桿、視頻監(jiān)控桿等公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)遵照城市道路、街道分布原則，所以綜合公共基礎(chǔ)設(shè)施桿塔資源現(xiàn)狀建造微基站能夠較好地滿足廣大移動網(wǎng)絡(luò)用戶的日?；顒榆壽E需求。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)時代的到來，5G 微基站及充電樁成為智慧城市建設(shè)中的重要載體。

1 5G 微基站及充電樁的概述

1.1 5G 微基站的應(yīng)用場景

1.1.1 密集城區(qū)網(wǎng)絡(luò)補盲

在人口分布密集化的市區(qū)中，通過建造室外宏基站能較好地滿足多數(shù)區(qū)域?qū)W(wǎng)絡(luò)覆蓋率提出的要求。但事實上市區(qū)內(nèi)建（構(gòu)）筑物群種類繁多、錯綜復(fù)雜，針對局部遮擋引起的網(wǎng)絡(luò)信號弱覆蓋區(qū)域，可嘗試運用燈桿微基站實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)補盲，借此方式滿足密集市區(qū)弱信號區(qū)段覆蓋需求，提高城區(qū)的網(wǎng)絡(luò)綜合容量[1]。

1.1.2 高流量區(qū)熱點分流

國內(nèi)很多城市特別是一線城市密集區(qū)體現(xiàn)出流量高發(fā)性，尤其是在人流密集度極高的商業(yè)街、休閑娛樂廣場、高校學(xué)生活動密集區(qū)域等，僅依靠建筑室外建設(shè)的基站很難實現(xiàn)全面、有效的滲透式覆蓋，難以滿足特殊時間段內(nèi)用戶群體的高網(wǎng)絡(luò)容量需求，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞的概率較高[2,3]。為了改善以上這種狀況，可以通過加大5G 微基站建設(shè)力度的方式實現(xiàn)熱點分流。

1.1.3 5G 宏基站

當(dāng)前，各地5G 核心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時普遍運用基帶處理單元（Building Base band Unite，BBU）集中部署5G 宏基站，射頻拉遠(yuǎn)單元和天線一體化集成為有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）。在5G 網(wǎng)絡(luò)場景下，AAU 體積較大，隱蔽性差且價格昂貴，不利于提升社會基礎(chǔ)配套資源的共享率。基于此，可研發(fā)設(shè)計16T16R 微基站，體積微小、運行噪聲低、隱蔽性良[4]。將過去很長一段時間內(nèi)由于住戶敏感而擱置的宏基站拆分成數(shù)個微基站，能順利解決宏基站現(xiàn)場建設(shè)中遇到的問題。

1.2 新能源汽車充電樁行情

我國的充電樁大體上被分成城市郊區(qū)快充站、城市公共充電站、集中專用充電站及分散專用充電站4種。近些年，國內(nèi)各類型充電柱的建設(shè)數(shù)目不斷增長，國家電網(wǎng)、星星充電、普天新能源以及特來電4 家充電設(shè)施運營企業(yè)在市場上的占比超過85.0%，未來一定會催生出更多運營企業(yè)[5]。

2 5G 微基站的分配策略分析

2.1 基于驅(qū)動優(yōu)化的分配策略

既有資源有限的情景下，以數(shù)據(jù)、地理方位、軟硬件驅(qū)動為基礎(chǔ)形成的網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化算法能輔助實現(xiàn)運算、通信、帶寬等資源的最優(yōu)化調(diào)配。例如，國外有學(xué)者建議把非正交多址技術(shù)（Non-Orthgonal Multiple Access，NOMA）用在蜂窩網(wǎng)建設(shè)項目中，制定通信硬件設(shè)備接入的最優(yōu)方案。具體實施過程中，將核心網(wǎng)絡(luò)頻譜資源優(yōu)先配置給5G 微基站內(nèi)能耗偏低的無線設(shè)備，通過仿真檢驗證實這種算法能輔助提升數(shù)據(jù)傳輸效率[6]。

2.2 基于NFV 技術(shù)的分配優(yōu)化策略

國內(nèi)外很多研究證實，在5G 微基站網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）的資源調(diào)配方面，搭建資源分配數(shù)學(xué)模型，按照一定規(guī)程進行計算，通常能取得較理想的成效[7]。有學(xué)者對移動NFV 網(wǎng)絡(luò)進行研究，建設(shè)出一種相配套的激勵分配數(shù)學(xué)模型。這種模型的最大特點是建立不同用戶之間的關(guān)聯(lián)性，以其服務(wù)需求作為運作目標(biāo)，實現(xiàn)NFV 網(wǎng)絡(luò)運行收益的最大化。設(shè)計移動遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)信號功率的最優(yōu)契約，有助于在5G 微基站項目建設(shè)過程中迅速有效地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)化調(diào)配[8]。

2.3 基于現(xiàn)實應(yīng)用的配置優(yōu)化策略

在5G 微基站內(nèi)調(diào)配各類網(wǎng)絡(luò)資源的宗旨是為現(xiàn)實生活生產(chǎn)等提供最優(yōu)服務(wù)。有研究者在研究中將波分復(fù)用地鐵聚合網(wǎng)作為基礎(chǔ)，成功制定出5G 無線電接入網(wǎng)（Radio Access Network，RAN）切片整合與遷移策略，科學(xué)預(yù)測切片內(nèi)虛擬移動遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)，借此方式更好地滿足數(shù)據(jù)傳輸需求。

3 新能源汽車充電的基本方式及存在的主要問題

3.1 充電的基本方式

新能源汽車的供能形式主要有2 種，分別為充電式和更換式。充電式主要有直流與交流充電之分，近些年也配置了全新無線感應(yīng)充電形式，但成熟度不高。更換式供能形式及過程簡單，直接更換電池產(chǎn)品。具體新能源汽車充電原理及充電過程如圖1 所示[9]。

圖1 新能源汽車的充電原理及充電過程

以上不同供能方式的適用場景不同，各有優(yōu)缺點。更換式充電操作的優(yōu)點主要表現(xiàn)在更換操作快捷方面，但會耗用大量人力資源，人力成本居高不下，不能較好地滿足充電站項目建設(shè)與推廣時在經(jīng)濟性方面提出的要求。這種供能形式明確要求新能源汽車本體電池組件實現(xiàn)模塊化，且被更換的電池產(chǎn)品安全性不受控。直流式充電效率處于較高水平，能在較短時間內(nèi)完成充電，在充電樁與充電站項目構(gòu)建領(lǐng)域表現(xiàn)出較高的適用性，能夠滿足新能源汽車駕駛和停車間隙內(nèi)迅速完成充電的現(xiàn)實需求，但投資成本較高，只有在大范圍運營穩(wěn)定情景下才能達到，并且使電網(wǎng)運行承擔(dān)了極大壓力。交流式充電功率普遍較低，充電耗時長，對充電設(shè)備性能參數(shù)等沒有提出較高要求。以上這些屬性特征決定了其在居民住宅小區(qū)或停車場內(nèi)表現(xiàn)出較高的適用性，建設(shè)過程便捷，可有效通過波谷用電實現(xiàn)可靠充電，減輕電網(wǎng)系統(tǒng)運營壓力，經(jīng)濟性高。但是，該方法造成了交流式充電樁在城區(qū)內(nèi)零散分布建設(shè)，增加了后續(xù)運營管理及維護工作的難度。

3.2 充電樁建設(shè)與使用過程中存在的問題

當(dāng)前，國內(nèi)新能源汽車充電樁多被集中建造在南方部分一、二線城市。以上這些地區(qū)的社會經(jīng)濟較發(fā)達，人們收入水平較高，工作與生活中對汽車產(chǎn)品的需求量大，因此新能源在廣大群體中有較高的歡迎度和認(rèn)可度。在上述多因素的共同作用下，新能源汽車產(chǎn)品的營銷量持續(xù)增加，對充電樁的建設(shè)發(fā)展具有促進作用。華東地區(qū)不管是公共交流樁、公共直流樁還是公共充電樁方面，均位居?xùn)|北、華東、華北、華中、華南、西南和西北地區(qū)之首，并且公共交流樁占比偏高；其次為華北與華南地區(qū)，華中與西南地區(qū)也有一定數(shù)目的公共交流樁與直流樁；西北地區(qū)因人口較稀疏與汽車保有量偏低，公共交流樁及直流樁數(shù)量偏少；東北地區(qū)因氣溫偏低限制了電動汽車的推廣，造成該地區(qū)公共交流樁與直流樁的數(shù)量排名墊底。

另外，因為長期以來國家相關(guān)部門沒有制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化或成熟度高的行業(yè)規(guī)范，所以城市之間建成的充電樁質(zhì)量參差不齊，增加了其投用過程中安全事故的發(fā)生風(fēng)險，如現(xiàn)場投充電過程中部分汽車發(fā)生自燃、爆炸等情況，或充電樁局部漏電、短路等。以上種種惡劣現(xiàn)象對汽車車主的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了威脅，應(yīng)盡早解決充電樁使用過程中潛在的安全隱患，為充電樁的廣泛試用與建設(shè)推廣提供可靠支撐。

4 公共照明改造中提升5G 微基站及充電樁建設(shè)水平的策略

4.1 加大國家政策的扶持力度

集中建設(shè)充電樁和燈塔能較好地應(yīng)對原有區(qū)域內(nèi)充電樁數(shù)量不足的問題。5G 微基站及充電樁融合形成的智慧型燈桿自身是一種全新的移動通信網(wǎng)，實現(xiàn)了與時俱進，為智慧城市的建設(shè)與發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)服務(wù)，預(yù)示著智慧燈桿建造過程中理應(yīng)獲得國家政策的支持。國家相關(guān)部門應(yīng)持續(xù)加大政府扶持，最大限度提升路燈和通信塔資源的共享效率，加大公共設(shè)施燈桿的改造力度，提前儲備更多5G 站址資源，加速5G 網(wǎng)絡(luò)的部署腳步。

4.2 加大路燈多功能板塊的發(fā)展力度

為多功能型塔配置其他類型的功能板塊，能使燈塔更充分地發(fā)揮自身的功能作用。例如，在智慧燈桿上布置視頻監(jiān)控、Wi-Fi 熱點，快捷發(fā)布多媒體信息、同步監(jiān)測路況與環(huán)境等，能較好滿足人們的需求。既往調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，智慧路燈運用節(jié)能型發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LED）取代傳統(tǒng)高壓鈉燈后綜合節(jié)能率高于50.0%，LED 燈桿配合LED 顯示屏應(yīng)用，能快速、清晰、完整地發(fā)布有關(guān)媒體信息，滿足人們在獲取信息方面的需求[10]。路燈還能為車聯(lián)網(wǎng)提供服務(wù)，運用5G 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)車和車、車和路、車和人、車和平臺之間的有效互聯(lián)互通。

4.3 立足于現(xiàn)實狀況布置統(tǒng)一的電力配套方案

編制與實施這種方案，能使燈管實現(xiàn)自身的功能。運用足夠的電源滿足以上要求，針對多功能桿塔上配置的設(shè)備要做到統(tǒng)一供電，可以讓充電樁和路燈共用一路電源，其他功能設(shè)備共用一路。一方面確保各類設(shè)備能正常發(fā)揮自身功能，另一方面使總指揮中心能更有效開展監(jiān)測與維修事宜。在探查到問題后，僅需分別斷離電源后就能在短時間內(nèi)實現(xiàn)對問題的精準(zhǔn)定位，提升問題的處置效率。

5 結(jié) 論

城區(qū)5G 微基站配備建設(shè)的多功能型燈桿有機結(jié)合了城市環(huán)境監(jiān)測、交通檢測、多媒體信息及人們出行狀態(tài)等，節(jié)約了后期投用過程中的檢修、維護成本。在大力倡導(dǎo)“低碳化建設(shè)”的背景下，5G 多功能型燈桿是智慧城市的一個重要基礎(chǔ)設(shè)施，其在未來會開辟出更廣闊的應(yīng)用空間，更好地滿足現(xiàn)代化城市建設(shè)發(fā)展的需求。