公共照明改造中5G微基站及充电桩融合发展的前景分析

李国钊

（广西通信规划设计咨询有限公司，广西 南宁 530007）

0 引 言

现如今，5G 网络技术在交通运输、工业制造以及医疗器械等领域均有广泛应用。因为路灯杆、视频监控杆等公共基础设施建设遵照城市道路、街道分布原则，所以综合公共基础设施杆塔资源现状建造微基站能够较好地满足广大移动网络用户的日常活动轨迹需求。随着5G 网络时代的到来，5G 微基站及充电桩成为智慧城市建设中的重要载体。

1 5G 微基站及充电桩的概述

1.1 5G 微基站的应用场景

1.1.1 密集城区网络补盲

在人口分布密集化的市区中，通过建造室外宏基站能较好地满足多数区域对网络覆盖率提出的要求。但事实上市区内建（构）筑物群种类繁多、错综复杂，针对局部遮挡引起的网络信号弱覆盖区域，可尝试运用灯杆微基站实现网络补盲，借此方式满足密集市区弱信号区段覆盖需求，提高城区的网络综合容量[1]。

1.1.2 高流量区热点分流

国内很多城市特别是一线城市密集区体现出流量高发性，尤其是在人流密集度极高的商业街、休闲娱乐广场、高校学生活动密集区域等，仅依靠建筑室外建设的基站很难实现全面、有效的渗透式覆盖，难以满足特殊时间段内用户群体的高网络容量需求，发生网络拥塞的概率较高[2,3]。为了改善以上这种状况，可以通过加大5G 微基站建设力度的方式实现热点分流。

1.1.3 5G 宏基站

当前，各地5G 核心基础设施建设时普遍运用基带处理单元（Building Base band Unite，BBU）集中部署5G 宏基站，射频拉远单元和天线一体化集成为有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）。在5G 网络场景下，AAU 体积较大，隐蔽性差且价格昂贵，不利于提升社会基础配套资源的共享率。基于此，可研发设计16T16R 微基站，体积微小、运行噪声低、隐蔽性良[4]。将过去很长一段时间内由于住户敏感而搁置的宏基站拆分成数个微基站，能顺利解决宏基站现场建设中遇到的问题。

1.2 新能源汽车充电桩行情

我国的充电桩大体上被分成城市郊区快充站、城市公共充电站、集中专用充电站及分散专用充电站4种。近些年，国内各类型充电柱的建设数目不断增长，国家电网、星星充电、普天新能源以及特来电4 家充电设施运营企业在市场上的占比超过85.0%，未来一定会催生出更多运营企业[5]。

2 5G 微基站的分配策略分析

2.1 基于驱动优化的分配策略

既有资源有限的情景下，以数据、地理方位、软硬件驱动为基础形成的网络配置优化算法能辅助实现运算、通信、带宽等资源的最优化调配。例如，国外有学者建议把非正交多址技术（Non-Orthgonal Multiple Access，NOMA）用在蜂窝网建设项目中，制定通信硬件设备接入的最优方案。具体实施过程中，将核心网络频谱资源优先配置给5G 微基站内能耗偏低的无线设备，通过仿真检验证实这种算法能辅助提升数据传输效率[6]。

2.2 基于NFV 技术的分配优化策略

国内外很多研究证实，在5G 微基站网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）的资源调配方面，搭建资源分配数学模型，按照一定规程进行计算，通常能取得较理想的成效[7]。有学者对移动NFV 网络进行研究，建设出一种相配套的激励分配数学模型。这种模型的最大特点是建立不同用户之间的关联性，以其服务需求作为运作目标，实现NFV 网络运行收益的最大化。设计移动远程服务系统信号功率的最优契约，有助于在5G 微基站项目建设过程中迅速有效地实现网络资源的最优化调配[8]。

2.3 基于现实应用的配置优化策略

在5G 微基站内调配各类网络资源的宗旨是为现实生活生产等提供最优服务。有研究者在研究中将波分复用地铁聚合网作为基础，成功制定出5G 无线电接入网（Radio Access Network，RAN）切片整合与迁移策略，科学预测切片内虚拟移动远程服务系统，借此方式更好地满足数据传输需求。

3 新能源汽车充电的基本方式及存在的主要问题

3.1 充电的基本方式

新能源汽车的供能形式主要有2 种，分别为充电式和更换式。充电式主要有直流与交流充电之分，近些年也配置了全新无线感应充电形式，但成熟度不高。更换式供能形式及过程简单，直接更换电池产品。具体新能源汽车充电原理及充电过程如图1 所示[9]。

图1 新能源汽车的充电原理及充电过程

以上不同供能方式的适用场景不同，各有优缺点。更换式充电操作的优点主要表现在更换操作快捷方面，但会耗用大量人力资源，人力成本居高不下，不能较好地满足充电站项目建设与推广时在经济性方面提出的要求。这种供能形式明确要求新能源汽车本体电池组件实现模块化，且被更换的电池产品安全性不受控。直流式充电效率处于较高水平，能在较短时间内完成充电，在充电桩与充电站项目构建领域表现出较高的适用性，能够满足新能源汽车驾驶和停车间隙内迅速完成充电的现实需求，但投资成本较高，只有在大范围运营稳定情景下才能达到，并且使电网运行承担了极大压力。交流式充电功率普遍较低，充电耗时长，对充电设备性能参数等没有提出较高要求。以上这些属性特征决定了其在居民住宅小区或停车场内表现出较高的适用性，建设过程便捷，可有效通过波谷用电实现可靠充电，减轻电网系统运营压力，经济性高。但是，该方法造成了交流式充电桩在城区内零散分布建设，增加了后续运营管理及维护工作的难度。

3.2 充电桩建设与使用过程中存在的问题

当前，国内新能源汽车充电桩多被集中建造在南方部分一、二线城市。以上这些地区的社会经济较发达，人们收入水平较高，工作与生活中对汽车产品的需求量大，因此新能源在广大群体中有较高的欢迎度和认可度。在上述多因素的共同作用下，新能源汽车产品的营销量持续增加，对充电桩的建设发展具有促进作用。华东地区不管是公共交流桩、公共直流桩还是公共充电桩方面，均位居东北、华东、华北、华中、华南、西南和西北地区之首，并且公共交流桩占比偏高；其次为华北与华南地区，华中与西南地区也有一定数目的公共交流桩与直流桩；西北地区因人口较稀疏与汽车保有量偏低，公共交流桩及直流桩数量偏少；东北地区因气温偏低限制了电动汽车的推广，造成该地区公共交流桩与直流桩的数量排名垫底。

另外，因为长期以来国家相关部门没有制定统一标准化或成熟度高的行业规范，所以城市之间建成的充电桩质量参差不齐，增加了其投用过程中安全事故的发生风险，如现场投充电过程中部分汽车发生自燃、爆炸等情况，或充电桩局部漏电、短路等。以上种种恶劣现象对汽车车主的生命财产安全构成了威胁，应尽早解决充电桩使用过程中潜在的安全隐患，为充电桩的广泛试用与建设推广提供可靠支撑。

4 公共照明改造中提升5G 微基站及充电桩建设水平的策略

4.1 加大国家政策的扶持力度

集中建设充电桩和灯塔能较好地应对原有区域内充电桩数量不足的问题。5G 微基站及充电桩融合形成的智慧型灯杆自身是一种全新的移动通信网，实现了与时俱进，为智慧城市的建设与发展提供了优质服务，预示着智慧灯杆建造过程中理应获得国家政策的支持。国家相关部门应持续加大政府扶持，最大限度提升路灯和通信塔资源的共享效率，加大公共设施灯杆的改造力度，提前储备更多5G 站址资源，加速5G 网络的部署脚步。

4.2 加大路灯多功能板块的发展力度

为多功能型塔配置其他类型的功能板块，能使灯塔更充分地发挥自身的功能作用。例如，在智慧灯杆上布置视频监控、Wi-Fi 热点，快捷发布多媒体信息、同步监测路况与环境等，能较好满足人们的需求。既往调查研究发现，智慧路灯运用节能型发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）取代传统高压钠灯后综合节能率高于50.0%，LED 灯杆配合LED 显示屏应用，能快速、清晰、完整地发布有关媒体信息，满足人们在获取信息方面的需求[10]。路灯还能为车联网提供服务，运用5G 网络实现车联网内车和车、车和路、车和人、车和平台之间的有效互联互通。

4.3 立足于现实状况布置统一的电力配套方案

编制与实施这种方案，能使灯管实现自身的功能。运用足够的电源满足以上要求，针对多功能杆塔上配置的设备要做到统一供电，可以让充电桩和路灯共用一路电源，其他功能设备共用一路。一方面确保各类设备能正常发挥自身功能，另一方面使总指挥中心能更有效开展监测与维修事宜。在探查到问题后，仅需分别断离电源后就能在短时间内实现对问题的精准定位，提升问题的处置效率。

5 结 论

城区5G 微基站配备建设的多功能型灯杆有机结合了城市环境监测、交通检测、多媒体信息及人们出行状态等，节约了后期投用过程中的检修、维护成本。在大力倡导“低碳化建设”的背景下，5G 多功能型灯杆是智慧城市的一个重要基础设施，其在未来会开辟出更广阔的应用空间，更好地满足现代化城市建设发展的需求。