李國釗

（廣西通信規(guī)劃設(shè)計(jì)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(yùn)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?yàn)槁窡魲U、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(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶的日常活動(dòng)軌跡需求。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(bǔ)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(shí)上市區(qū)內(nèi)建（構(gòu)）筑物群種類繁多、錯(cuò)綜復(fù)雜，針對(duì)局部遮擋引起的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)弱覆蓋區(qū)域，可嘗試運(yùn)用燈桿微基站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)盲，借此方式滿足密集市區(qū)弱信號(hào)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(diǎn)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(dòng)密集區(qū)域等，僅依靠建筑室外建設(shè)的基站很難實(shí)現(xiàn)全面、有效的滲透式覆蓋，難以滿足特殊時(shí)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(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)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(shí)普遍運(yùn)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(jià)格昂貴，不利于提升社會(huì)基礎(chǔ)配套資源的共享率?；诖耍裳邪l(fā)設(shè)計(jì)16T16R 微基站，體積微小、運(yùn)行噪聲低、隱蔽性良[4]。將過去很長一段時(shí)間內(nèi)由于住戶敏感而擱置的宏基站拆分成數(shù)個(gè)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(yùn)營企業(yè)在市場上的占比超過85.0%，未來一定會(huì)催生出更多運(yùn)營企業(yè)[5]。

2 5G 微基站的分配策略分析

2.1 基于驅(qū)動(dòng)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(dòng)為基礎(chǔ)形成的網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化算法能輔助實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(xiàng)目中，制定通信硬件設(shè)備接入的最優(yōu)方案。具體實(shí)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(yàn)證實(shí)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(shí)，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(jìn)行計(jì)算，通常能取得較理想的成效[7]。有學(xué)者對(duì)移動(dòng)NFV 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，建設(shè)出一種相配套的激勵(lì)分配數(shù)學(xué)模型。這種模型的最大特點(diǎn)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(yùn)作目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)NFV 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行收益的最大化。設(shè)計(jì)移動(dòng)遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)信號(hào)功率的最優(yōu)契約，有助于在5G 微基站項(xiàng)目建設(shè)過程中迅速有效地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)化調(diào)配[8]。

2.3 基于現(xiàn)實(shí)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(shí)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(dòng)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(diǎn)。更換式充電操作的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在更換操作快捷方面，但會(huì)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(xiàng)目建設(shè)與推廣時(shí)在經(jīng)濟(jì)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(shí)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(shí)間內(nèi)完成充電，在充電樁與充電站項(xiàng)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(shí)需求，但投資成本較高，只有在大范圍運(yùn)營穩(wěn)定情景下才能達(dá)到，并且使電網(wǎng)運(yùn)行承擔(dān)了極大壓力。交流式充電功率普遍較低，充電耗時(shí)長，對(duì)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(shí)現(xiàn)可靠充電，減輕電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營壓力，經(jīng)濟(jì)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(yùn)營管理及維護(hù)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(huì)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，人們收入水平較高，工作與生活中對(duì)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(duì)充電樁的建設(shè)發(fā)展具有促進(jìn)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(dòng)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?yàn)殚L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(xiǎn)，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(duì)汽車車主的生命財(cái)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(duì)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(dòng)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了與時(shí)俱進(jìn)，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(chǔ)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(diǎn)，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(yùn)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?cè)讷@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(yùn)用5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)車和車、車和路、車和人、車和平臺(tái)之間的有效互聯(lián)互通。

4.3 立足于現(xiàn)實(shí)狀況布置統(tǒng)一的電力配套方案

編制與實(shí)施這種方案，能使燈管實(shí)現(xiàn)自身的功能。運(yùn)用足夠的電源滿足以上要求，針對(duì)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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)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(hù)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(gè)重要基礎(chǔ)設(shè)施，其在未來會(huì)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。