智慧燈桿產(chǎn)品能很好地解決現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中遇到的問題，并能在未來搭建5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)起到關(guān)鍵作用，因此通過對(duì)現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)和對(duì)智慧燈桿系統(tǒng)的研究，得出了智慧燈桿在4G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用場(chǎng)景和建設(shè)方案，有效解決了現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)中存在的室外道路的連續(xù)覆蓋、商務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域的深度覆蓋、建站協(xié)調(diào)困難區(qū)域的盲點(diǎn)補(bǔ)充覆蓋等問題。最后探討了智慧燈桿對(duì)未來5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建的作用，梳理了可供參考借鑒的整套接入模式。

　　隨著現(xiàn)代城市建筑越來越密集，原有的網(wǎng)絡(luò)水平已不足以滿足人們對(duì)語(yǔ)音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)尤其是4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模成倍地?cái)U(kuò)大。而與此同時(shí)，由于城市居民對(duì)基站的認(rèn)知越來越高，對(duì)輻射的防范意識(shí)也越來越強(qiáng)，導(dǎo)致基站建設(shè)選址越來越困難，甚至建好的基站都會(huì)出現(xiàn)逼遷等問題。通信基站站址資源緊缺已經(jīng)成為無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展的瓶頸。

　　面對(duì)上述問題，公網(wǎng)通信必須尋求創(chuàng)新思路，利用一切可以利用的公共資源，解決日益緊張的站點(diǎn)資源問題。智慧燈桿的開發(fā)能及時(shí)地補(bǔ)充移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的覆蓋問題，解決室外道路的連續(xù)覆蓋、商務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域的深度覆蓋以及作為覆蓋盲點(diǎn)的補(bǔ)充覆蓋等問題。作為公共設(shè)施的路燈桿資源和智慧燈桿，將來會(huì)遍布于城市的每一條道路及大部分公共場(chǎng)所，而且占桿，將來會(huì)遍布于城市的每一條道路及大部分公共場(chǎng)所，而且占地面積小，且相應(yīng)設(shè)有管網(wǎng)設(shè)施，對(duì)于一些難以建設(shè)無線宏基站的區(qū)域，能實(shí)現(xiàn)快速建站，有效提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

　　本文主要介紹智慧燈桿原理與設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景，并以此為載體，重點(diǎn)研究了4G公網(wǎng)覆蓋的解決問題和未來5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。

　　2智慧燈桿原理與設(shè)計(jì)

　　智慧城市的建設(shè)目的是“能夠充分運(yùn)用信息和通信技術(shù)手段感測(cè)、分析、整合城市運(yùn)作核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對(duì)民生、環(huán)保、公共安全等在內(nèi)的各種需求做出智能的響應(yīng)，為人類創(chuàng)造更美好的城市生活”。因此，智慧城市需要一個(gè)信息采集、發(fā)布和傳輸?shù)妮d體

　　智慧路燈原理：以路燈桿為載體，是集成了各種信息設(shè)備、技術(shù)創(chuàng)新復(fù)合應(yīng)用的智能產(chǎn)品，具備智慧照明、環(huán)境信息采集、安防及道路智慧監(jiān)控、微基站、信息發(fā)布、應(yīng)急可視廣播以及電動(dòng)汽車智能充電樁等多種功能。如圖1所示，智慧燈桿采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以根據(jù)不同需求和不同的應(yīng)用場(chǎng)合，選擇不同的功能模塊，成為智慧城市大數(shù)據(jù)入口的接入點(diǎn)。

　　3、4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀分析

　　近年來，我國(guó)移動(dòng)通信行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，尤其是4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)完成了大躍進(jìn)式的發(fā)展。4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)呈現(xiàn)了多元化發(fā)展趨勢(shì)，且服務(wù)質(zhì)量得到了大幅度提升。在5G技術(shù)還未完善普及之前，4G網(wǎng)絡(luò)依然是移動(dòng)通信的主干。

　　4G網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過近幾年工程建設(shè)，已具備相當(dāng)規(guī)模，城區(qū)和主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)都已完成覆蓋，移動(dòng)和電信的4G+網(wǎng)絡(luò)也已覆蓋至全國(guó)所有城市，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)發(fā)展上都取得了很大的進(jìn)步。但是隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，4G建設(shè)的問題也慢慢凸顯出來：

　?。?）城區(qū)熱點(diǎn)地區(qū)的容量問題；

　?。?）城區(qū)有覆蓋需求但是站點(diǎn)協(xié)調(diào)困難區(qū)域；

　?。?）道路覆蓋的連續(xù)性問題；

　?。?）封閉式小區(qū)內(nèi)部弱覆蓋問題；

　　（5）園區(qū)、景區(qū)等建站困難但需求集中區(qū)域。

　　上述問題如果僅僅采用傳統(tǒng)的室外宏站或室內(nèi)分布系統(tǒng)方式建設(shè)，一是很難完全解決，二是浪費(fèi)投資，所以需要在建設(shè)方式上引入更加先進(jìn)的理念，利用各種資源進(jìn)行4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

　　4、智慧燈桿應(yīng)用場(chǎng)景

　　宏基站是4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，在網(wǎng)絡(luò)中具有不可替代的作用，但是4G使用的頻段較高，導(dǎo)致無線信號(hào)的繞射能力減弱，對(duì)于現(xiàn)在高樓高架林立的密集城區(qū)，會(huì)出現(xiàn)很多的末梢陰影區(qū)域。而且隨著民眾自我保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，宏站建設(shè)的限制越來越多，協(xié)調(diào)難度也越來越大，進(jìn)駐困難、租用機(jī)房都給宏站建設(shè)帶來了挑戰(zhàn)。

　　智慧燈桿站的引入，能很好地解決上述問題。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看，作為宏蜂窩的補(bǔ)充，在有需求的地方建設(shè)智慧燈桿，解決局部盲區(qū)、末梢陰影和提升網(wǎng)絡(luò)容量。從建設(shè)難度上來看，智慧燈桿的外型跟傳統(tǒng)基站完全不一樣，既能滿足城市規(guī)劃建設(shè)的美觀要求，又能消除大眾對(duì)基站的恐懼心理。

　　針對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的具體問題，智慧燈桿的典型場(chǎng)景有：

　　（1）語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域：主要包括人流量集中、話務(wù)量高、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求比較大的區(qū)域，例如交通樞紐、商業(yè)廣場(chǎng)、高校等；

　　（2）城市密集建筑群：解決樓群密集、城區(qū)巷道、人口集中居住而宏基站難以覆蓋到的弱覆蓋區(qū)域或覆蓋盲區(qū)等；

　?。?）城市道路：解決道路不連續(xù)覆蓋問題、新建道路覆蓋盲區(qū)問題；

　　（4）工業(yè)園區(qū)或景區(qū)覆蓋：由于園區(qū)或景區(qū)規(guī)劃，常規(guī)站點(diǎn)無法建設(shè)區(qū)域；

　?。?）其他宏蜂窩覆蓋盲點(diǎn)：因城市發(fā)展、密集高樓遮擋等原因而出現(xiàn)的局部區(qū)域弱覆蓋或覆蓋盲區(qū)等。

　　5、智慧燈桿建設(shè)方案

　　從4G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)上看，智慧路燈在4G網(wǎng)絡(luò)主要有兩種方式引入方式，一種是覆蓋盲區(qū)或熱點(diǎn)區(qū)域的單點(diǎn)補(bǔ)充方案；第二種是覆蓋工業(yè)園區(qū)、景區(qū)的點(diǎn)、面全覆蓋方案。

　?。?）單點(diǎn)補(bǔ)充覆蓋方案

　　補(bǔ)充覆蓋的智慧燈桿位置需要由通信運(yùn)營(yíng)商根據(jù)需求提供，應(yīng)用場(chǎng)景主要包括密集巷道、道路、廣場(chǎng)、小區(qū)等。

　　智慧路燈桿根據(jù)需求，建設(shè)高度為6～15 m，無線設(shè)備要求掛最上層，可以采用嵌入式方式和外掛設(shè)備方式，如圖2所示：

　　應(yīng)根據(jù)不同的覆蓋要求，選取不同的智慧燈桿產(chǎn)品。從目前廠家產(chǎn)品來看，適合用于智慧燈桿的產(chǎn)品功率都比較小，覆蓋范圍不超過250 m，該產(chǎn)品主要適用于對(duì)現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充覆蓋，滿足小范圍覆蓋需求場(chǎng)景。

　　方案一：需求覆蓋點(diǎn)比較集中，可以采用嵌入式方式、單扇區(qū)覆蓋方案，設(shè)備安裝在桿體內(nèi)部，方向可調(diào)整到覆蓋方向；

　　方案二：需求覆蓋點(diǎn)比較分散時(shí)，需在覆蓋區(qū)域中間選取合適位置，選用外掛設(shè)備方式，可形成多個(gè)覆蓋方向。

　?。?）規(guī)劃區(qū)全覆蓋方案

　　目前在工業(yè)園區(qū)或景區(qū)都存在協(xié)調(diào)困難的情況，對(duì)基站的外型有很高的要求，但是這些區(qū)域用戶集中，對(duì)4G覆蓋的需求量大。隨著智慧燈桿的引入，可以既滿足園區(qū)/景區(qū)的美觀要求，又能解決用戶的覆蓋需求，同時(shí)智慧燈桿的其他功能也能為園區(qū)/景區(qū)的管理帶來便利。

　　對(duì)于園區(qū)或景區(qū)的無線全覆蓋，需要做專項(xiàng)的規(guī)劃，首先收集三家通信運(yùn)營(yíng)商的需求，再結(jié)合園區(qū)/景區(qū)的預(yù)測(cè)用戶數(shù)進(jìn)行建模分析，得出需要智慧燈桿的數(shù)量和間隔。無線覆蓋站點(diǎn)規(guī)劃是在項(xiàng)目進(jìn)行的前期，未進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)勘測(cè)的情況下，對(duì)園區(qū)/景區(qū)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的初步規(guī)劃，主要包括網(wǎng)絡(luò)估算、初始站點(diǎn)選擇、系統(tǒng)仿真幾個(gè)階段。

　　但是一般來說，4G基站的建設(shè)距離是遠(yuǎn)大于路燈桿的間隔的，路燈桿間隔規(guī)范間隔跟配光類型、路寬和燈桿高度有關(guān)系，如表1所示（其中Weff指路面的有效寬度）：

　　若燈桿高度按15 m計(jì)算，最大間距為52.5 m，4G無線設(shè)備覆蓋距離按200 m計(jì)算（具體覆蓋距離需根據(jù)鏈路預(yù)算得到）?？梢栽跓魲U1和7安裝4G無線設(shè)備，每間隔6根燈桿加裝1套無線設(shè)備。目前中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通在FDD-LTE的1.8G頻段可以實(shí)現(xiàn)4G設(shè)備的共用（獨(dú)立載波），但是中國(guó)移動(dòng)的TDD-LTE還需要使用獨(dú)立的設(shè)備，所以中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通的智慧燈桿基站可以岔開規(guī)劃，滿足天線高度都在最高的平臺(tái)。

　　6、智慧燈桿配套需求分析

　?。?）4G設(shè)備空間需求

　　智慧燈桿作為無線設(shè)備的載體，需要有一定的空間預(yù)留給4G設(shè)備，目前微基站具有代表性的產(chǎn)品有華為的Easy Macro系列和BOOK RRU，以及中興的A8602。Easy Macro和A8602覆蓋距離可以達(dá)到250 m，可以嵌入智慧燈桿桿體，也可用于外掛式安裝。BOOK RRU覆蓋距離最遠(yuǎn)達(dá)到150 m，適合用于外掛式安裝，覆蓋多個(gè)方向盲區(qū)或熱點(diǎn)區(qū)域。

　　（2）電力需求及防雷需求

　　智慧燈桿通信基站原則上采用220 V交流市電供電，但是具體引入方案受每個(gè)點(diǎn)的位置和電力引入條件所限，主要有以下幾種方案可以備選：方案1：直接從智慧燈桿電力系統(tǒng)中引電；方案2：?jiǎn)为?dú)從供電局引電；方案3：直流遠(yuǎn)供。

　　引電方案的選擇需結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮，選擇以上幾種方案中實(shí)施難度、建設(shè)成本及建站效率最佳的方案。

　　每處智慧燈桿都需設(shè)有防雷接地系統(tǒng)，無線設(shè)備可共用燈桿接地系統(tǒng)，從路燈桿地下避雷帶引出接地引接線，用于無線設(shè)備及天饋系統(tǒng)防雷接地。無線設(shè)備需在智慧燈桿避雷針45°保護(hù)范圍之內(nèi)。

　　（3）傳輸光纜需求

　　每個(gè)智慧燈桿處需新建光纜管道，需從附近基站或光纜交接箱新建傳輸光纜至智慧燈桿，以確保4G設(shè)備與傳輸設(shè)備的連通。所以每個(gè)燈桿的下面需配置一個(gè)光纜終端盒，考慮到后期5G設(shè)備的接入需求，光纜終端盒最少需24芯以上，24芯光纜終端盒尺寸為300×125×45（長(zhǎng)×寬×高，單位mm）。

　?。?）內(nèi)部走線需求

　　從無線設(shè)備到智慧燈桿底部，需預(yù)留兩根φ=25 mm的PVC管，分別用來布放電源線和尾纖。

　　7、智慧燈桿在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用展望

　　面向2024年及未來，移動(dòng)通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將邁入5G時(shí)代。當(dāng)前，5G愿景與需求已基本明確，5G將滿足人們超高流量密度、超高連接數(shù)密度、超高移動(dòng)性的需求。與4G相比，5G在技術(shù)上能夠更加充分地利用頻譜資源，尤其是豐富的高頻資源，大幅提升頻譜效率；在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上將實(shí)現(xiàn)更加靈活的部署，支持更加多樣化的場(chǎng)景，融合多種無線接入方式，提高能源效率和成本效率，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展。

　　智慧燈桿的引入能夠更加豐富5G網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式，5G網(wǎng)絡(luò)也能夠充分利用路燈分布范圍廣、建設(shè)需求穩(wěn)定、基站偽裝性高等優(yōu)勢(shì)，尤其在小區(qū)、商業(yè)廣場(chǎng)、工業(yè)園區(qū)、景區(qū)等較為敏感的地區(qū)，更具建設(shè)意義。智慧燈桿作為5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施載體，既可以用來實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋，又可以用來實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋。智慧燈桿可以作為虛擬化小區(qū)的載體，搭建成單個(gè)5G子網(wǎng)絡(luò)，成為各切片網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)備。