公共照明改造中5G微基站及充電樁融合發展的前景分析

李國釗

（廣西通信規劃設計咨詢有限公司，廣西 南寧 530007）

0 引 言

現如今，5G 網絡技術在交通運輸、工業制造以及醫療器械等領域均有廣泛應用。因為路燈桿、視頻監控桿等公共基礎設施建設遵照城市道路、街道分布原則，所以綜合公共基礎設施桿塔資源現狀建造微基站能夠較好地滿足廣大移動網絡用戶的日常活動軌跡需求。隨著5G 網絡時代的到來，5G 微基站及充電樁成為智慧城市建設中的重要載體。

1 5G 微基站及充電樁的概述

1.1 5G 微基站的應用場景

1.1.1 密集城區網絡補盲

在人口分布密集化的市區中，通過建造室外宏基站能較好地滿足多數區域對網絡覆蓋率提出的要求。但事實上市區內建（構）筑物群種類繁多、錯綜復雜，針對局部遮擋引起的網絡信號弱覆蓋區域，可嘗試運用燈桿微基站實現網絡補盲，借此方式滿足密集市區弱信號區段覆蓋需求，提高城區的網絡綜合容量[1]。

1.1.2 高流量區熱點分流

國內很多城市特別是一線城市密集區體現出流量高發性，尤其是在人流密集度極高的商業街、休閑娛樂廣場、高校學生活動密集區域等，僅依靠建筑室外建設的基站很難實現全面、有效的滲透式覆蓋，難以滿足特殊時間段內用戶群體的高網絡容量需求，發生網絡擁塞的概率較高[2,3]。為了改善以上這種狀況，可以通過加大5G 微基站建設力度的方式實現熱點分流。

1.1.3 5G 宏基站

當前，各地5G 核心基礎設施建設時普遍運用基帶處理單元（Building Base band Unite，BBU）集中部署5G 宏基站，射頻拉遠單元和天線一體化集成為有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）。在5G 網絡場景下，AAU 體積較大，隱蔽性差且價格昂貴，不利于提升社會基礎配套資源的共享率。基于此，可研發設計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由于住戶敏感而擱置的宏基站拆分成數個微基站，能順利解決宏基站現場建設中遇到的問題。

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，國內各類型充電柱的建設數目不斷增長，國家電網、星星充電、普天新能源以及特來電4 家充電設施運營企業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[5]。

2 5G 微基站的分配策略分析

2.1 基于驅動優化的分配策略

既有資源有限的情景下，以數據、地理方位、軟硬件驅動為基礎形成的網絡配置優化算法能輔助實現運算、通信、帶寬等資源的最優化調配。例如，國外有學者建議把非正交多址技術（Non-Orthgonal Multiple Access，NOMA）用在蜂窩網建設項目中，制定通信硬件設備接入的最優方案。具體實施過程中，將核心網絡頻譜資源優先配置給5G 微基站內能耗偏低的無線設備，通過仿真檢驗證實這種算法能輔助提升數據傳輸效率[6]。

2.2 基于NFV 技術的分配優化策略

國內外很多研究證實，在5G 微基站網絡功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）的資源調配方面，搭建資源分配數學模型，按照一定規程進行計算，通常能取得較理想的成效[7]。有學者對移動NFV 網絡進行研究，建設出一種相配套的激勵分配數學模型。這種模型的最大特點是建立不同用戶之間的關聯性，以其服務需求作為運作目標，實現NFV 網絡運行收益的最大化。設計移動遠程服務系統信號功率的最優契約，有助于在5G 微基站項目建設過程中迅速有效地實現網絡資源的最優化調配[8]。

2.3 基于現實應用的配置優化策略

在5G 微基站內調配各類網絡資源的宗旨是為現實生活生產等提供最優服務。有研究者在研究中將波分復用地鐵聚合網作為基礎，成功制定出5G 無線電接入網（Radio Access Network，RAN）切片整合與遷移策略，科學預測切片內虛擬移動遠程服務系統，借此方式更好地滿足數據傳輸需求。

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，各有優缺點。更換式充電操作的優點主要表現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與推廣時在經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模塊化，且被更換的電池產品安全性不受控。直流式充電效率處于較高水平，能在較短時間內完成充電，在充電樁與充電站項目構建領域表現出較高的適用性，能夠滿足新能源汽車駕駛和停車間隙內迅速完成充電的現實需求，但投資成本較高，只有在大范圍運營穩定情景下才能達到，并且使電網運行承擔了極大壓力。交流式充電功率普遍較低，充電耗時長，對充電設備性能參數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或停車場內表現出較高的適用性，建設過程便捷，可有效通過波谷用電實現可靠充電，減輕電網系統運營壓力，經濟性高。但是，該方法造成了交流式充電樁在城區內零散分布建設，增加了后續運營管理及維護工作的難度。

3.2 充電樁建設與使用過程中存在的問題

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

另外，因為長期以來國家相關部門沒有制定統一標準化或成熟度高的行業規范，所以城市之間建成的充電樁質量參差不齊，增加了其投用過程中安全事故的發生風險，如現場投充電過程中部分汽車發生自燃、爆炸等情況，或充電樁局部漏電、短路等。以上種種惡劣現象對汽車車主的生命財產安全構成了威脅，應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水平的策略

4.1 加大國家政策的扶持力度

集中建設充電樁和燈塔能較好地應對原有區域內充電樁數量不足的問題。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，實現了與時俱進，為智慧城市的建設與發展提供了優質服務，預示著智慧燈桿建造過程中理應獲得國家政策的支持。國家相關部門應持續加大政府扶持，最大限度提升路燈和通信塔資源的共享效率，加大公共設施燈桿的改造力度，提前儲備更多5G 站址資源，加速5G 網絡的部署腳步。

4.2 加大路燈多功能板塊的發展力度

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揮自身的功能作用。例如，在智慧燈桿上布置視頻監控、Wi-Fi 熱點，快捷發布多媒體信息、同步監測路況與環境等，能較好滿足人們的需求。既往調查研究發現，智慧路燈運用節能型發光二極管（Light-Emitting Diode，LED）取代傳統高壓鈉燈后綜合節能率高于50.0%，LED 燈桿配合LED 顯示屏應用，能快速、清晰、完整地發布有關媒體信息，滿足人們在獲取信息方面的需求[10]。路燈還能為車聯網提供服務，運用5G 網絡實現車聯網內車和車、車和路、車和人、車和平臺之間的有效互聯互通。

4.3 立足于現實狀況布置統一的電力配套方案

編制與實施這種方案，能使燈管實現自身的功能。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備要做到統一供電，可以讓充電樁和路燈共用一路電源，其他功能設備共用一路。一方面確保各類設備能正常發揮自身功能，另一方面使總指揮中心能更有效開展監測與維修事宜。在探查到問題后，僅需分別斷離電源后就能在短時間內實現對問題的精準定位，提升問題的處置效率。

5 結 論

城區5G 微基站配備建設的多功能型燈桿有機結合了城市環境監測、交通檢測、多媒體信息及人們出行狀態等，節約了后期投用過程中的檢修、維護成本。在大力倡導“低碳化建設”的背景下，5G 多功能型燈桿是智慧城市的一個重要基礎設施，其在未來會開辟出更廣闊的應用空間，更好地滿足現代化城市建設發展的需求。