承载5G基站的物联网智慧路灯

在城市智能化、智慧化不断发展的今天，智慧城市概念不断深入，5G 时代的路灯、物联网及智能照明不断结合，智慧城市和城市照明的关系变得越来越紧密。智慧城市发展是趋势也是未来。共享5G通信基站灯杆、智慧灯杆的出现，使得灯杆等城市照明设施逐渐切入智慧城市建设，也将给未来城市的精细化管理带来新的机遇和挑战。

一、应用背景
      随着城市建设的快速发展，城区范围不断扩大，常驻人口、通讯终端设备等也不断增加，对语音及数据等的通信业务需求日益提升，基站需求也持续增长，特别是5G 时代的需求更是成几何倍数增长。而基站建设选址涉及的拆迁、征地、辐射等问题，致使建设难度越来越大。

      路灯杆作为城市公共基础设施和可挂高资源，一是分布广泛，有路就有路灯（杆），就有稳定的配套电源、供电管网；二是间隔均匀、高度适合，平均约35～40 米，主干道路灯普遍在12～16 米，中杆灯等在18.5 米以上，具有较好的信号传播高程；三是资源易得，相比较居民楼、办公楼等设施，更易于共享实施。路灯杆等可挂高资源在共享经济形势下是一种应用趋势。
二、技术方案
       灯杆挂高共享通信微站建设涉及照明设施运维及用电安全，并与市容美观息息相关，通信微站的建设技术方案是否切合实际起着重要的作用。
（一）常用5G 通信微基站设备简析
      5G 网络中，RAN（接入网）由4G 及以前网络的BBU( 信号调制单元)、RRU( 射频处理单元)以及馈线( 连接RRU 和天线) 两级结构演变为CU（集中单元）、DU（分布单元）和AAU（有源天线单元）3 个功能实体组成：CU 负责处理非实时协议和服；DU 负责处理物理层协议和实时服务；AAU包括射频处理、BBU 的部分物理层处理功能及无源天线，简单来讲AAU 即射频模块与天线一体集成。
      据了解，华为、中兴、诺基亚贝尔、爱立信、大唐5 个基站设备厂家均已推出符合3GPP R15 版本的“CU 和DU 合设+AAU” 形态的64T/32TMassive MIMO 基站。
（二）路灯杆共享通信微基站的主要建设方式
       路灯杆共享通信基站原则上通过共享路灯杆进行建设，主要采取在现有路灯加挂通信微基站和整体改造集成通信基站路灯杆两种方式。

1. 路灯杆加挂通信微基站

       结合覆盖要求和建设条件，在满足一定高度的路灯杆上，通过紧固件外挂安装AAU 单元等完成设置。
2. 一体化集成灯杆

       建设多功能一体化灯杆。
（三）主要优缺点对比
         外挂式与一体式优缺点对比如下表所示。

三、潍坊市存量路灯杆共享情况
（一）存量路灯杆情况
        截止到2019 年4 月，山东省潍坊市共有存量路灯杆约12 万基，其中，中心城区4 万基，其他各县市区8 万基。按照5G 组网200 米左右的间隔，每4 基路灯需要整体更换一基，约3 万基。
（二）现有路灯杆共享利用情况
        2016 年，根据潍坊市政府会议纪要批复，由潍坊市智慧办和市路灯处按程序，公开招标采购了《无线城市网建设运营服务及LED 路灯提升改造项目》，由山东中微中标，基于路灯杆架设了超级wifi，一期工程已在东风街、胜利街、东方路、四平路、福寿街、和平路和新华路完成了wifi 建设；二期在北海路等23 条道路开展wifi 建设，目前已基本完成。主要运作模式是施工单位筹集资金利用高光效LED 光源对现有路灯进行整体更换，同步集成wifi 功能，通过节约的电费逐年返还施工单位，辅以wifi 的信息发布政府补贴及商业广告（目前应尚未启用）。
（三）其他社会资源对路灯杆等可挂高资源
      普遍期待随着城市免费wifi、4G 网络等的普及，路灯杆作为城市通信微站可挂高载体，已越来越受到铁塔公司等通信建设单位关注，越来越多的社会资源渴望“搭车”“共享”。未来的路灯杆，不仅需要系统考虑5G 通信、智能交通、城市监控、数字城管等多种应用，还需要思考如何统筹建设、规范管理、高效运维。
四、应用实例与分析
（一）山东省
      据了解，山东省内十六地市目前均未开展5G微站的建设。但部分城市进行了4G 基站与路灯共享的试点。  

      济南市在一条城市支路浪潮路进行了小规模4G 智慧路灯试点，由浪潮集团投资，对浪潮路的路灯按150 米间隔距离进行整体更换，并布设供电、网络等设施，更换后的集成式智慧路灯杆具备接驳通信、监控、110 报警、充电等多种功能。

      青岛市首先在八大关景区进行了4G 共享基站建设，在庭院灯上增设了4G 天线，2018 年又在敦化路进行了一体化多功能灯杆试点；2018 年底又出台了《青岛市通信设施建设与保护管理办法》，第十一条约定“规划市政道路、绿地、路灯等市政设施，应当根据通信基础设施专项规划，为通信基础设施预留空间。通信设施建设应当充分利用地下管线空间或者附着于既有建（构）筑物设置，并符合城市市容标准。”
（二）国内其他地市
       经对接城市照明相关协会、学会，目前国内各地市未见大规模商用的案例，但有部分城市开展了试点探索。

     成都市由四川移动牵头，在成都西部智谷安装了5G 智慧灯杆，具有安防监控系统多角度识别人脸，以及井盖监测、水位监测、电缆防盗、漏电监测、紧急呼叫等功能。
       武汉市路灯管理服务中心与中国铁塔股份有限公司共同研究了5G 微基站建设规划，并在三阳路、澳门路建设了150 余套智慧路灯，包含5G 微站、视频监控、充电桩等多项功能。雄安新区2018 年底完成容城容东片区截洪渠景观一期照明工程的招标采购，计划设置400 余根集成多种功能的智慧路灯，能够实现智慧化照明、环境监测、气象监测、无线网络覆盖、巡更、地图、广播等，还可完成满足物联网场景化基础需求的5G网络信号的覆盖。
五、现存问题
（一）顶层规划欠缺
       通过调研，发现国内各地5G 灯杆微站等的建设大多是在支路、景区，对城市路灯杆资源的利用或由路灯管理部门、或由通信建设单位实施试点，缺乏统一组织领导。
（二）建设标准平台不一
       各地实施的试点，从设置方式上看，有的是在现有存量路灯杆上加装通信微站，有的是更换一体化集成         通信微站的全新路灯；从功能上，有的仅承载通信功能，有的包含通信微站、物联网、智能监控、广告显示、充电桩等功能，甚至预留了更多的接口；从市容美观性上看，有的天线林立美观性较差，有的一体设计造型优美，成为城市一景；从供电安全上看，有的直接接入路灯电缆，导致路灯电缆白天也供电，存在一定安全隐患，彼此之间缺乏统一的协调平台。
（三）投资运作模式不明
       从投资建设角度，缺乏相应的投资建设模式、政策保障、业务监督和健全的管理机制。
六、应用思考
       综合上述调研分析，就潍坊市路灯杆通信微站乃至智慧路灯建设，笔者建议从现存问题入手，进一步明确思路定位，加快通信微站等智慧路灯的建设。
（一）完善顶层规划设计
      坚持规划引领，潍坊市政府应成立推进组织领导体系，编制覆盖中心城区的路灯杆5G 通信基站乃至智慧路灯实施方案或规划，明确相关政策、实施方案、安全规范、运维机制、监管制度、特许经营等，对城区路灯杆资源进行整合利用。
（二）统一建设标准
       在明确组织领导体系的基础上，积极与行业协会等进行对接，出台相关的建设、运维标准，对基于灯杆共享的5G 路灯杆微站等多功能智慧路灯杆的结构标准、一体化路灯等适用不同道路等级市容美观性的设计要求、需纳入的不同功能的接口规格、主次干道及支路的设置模式、不同场景下的供配电方案等，形成统一的标准规范。
（三）构建投融资建设新模式
       应对其涉及的不同内容，探索政府招标采购及社会企业投融资建设、政府运维及购买服务的建设阶段，分层投资、有效运营；探索涵盖全阶段采购方式、政策保障、业务监管的统筹共享的良性体制。
（四）搭建运维平台
       建设业务融合、技术汇通、数据共享合为一体的协同服务集约平台，对不同业务端口明确各运维部门职能责任，建立数据共享到位、管理规范、责任明晰、维护有序、运作良好、机制完善的运维管理平台。