5G毫米波的特性更适合智慧建筑

2020-12-23 16:54:27来源：科技日报

建筑是城市的“骨骼”，科技赋能建筑，将令城市的“骨骼”更健康、更智慧，从而让城市焕发出勃勃生机。随着物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术和实体经济深度融合，智慧城市建设迎来了发展黄金期，智慧建筑行业也将迎来新的发展机遇。

“5G的愿景让信息随心而至，万物触手可及，这同时也是智慧建筑的愿景。”中国信息通信研究院泰尔系统实验室副总工程师周峰在接受科技日报记者采访时表示，5G能够增强整个智慧建筑的底层神经系统，基础的“土壤肥力”增加以后，各种各样的应用场景一定会迅速成长起来。

高频率、大带宽、精准定位

5G毫米波的特性更适合智慧建筑

当下，建筑信息模型(BIM)、地理信息系统(GIS)、智能建造、智能运维、物联网、区块链等新概念和新技术越来越多地出现在房地产基础设施的项目实施中。

有观点认为，相比于传统建筑，智慧建筑最大的特点就是智能设备安装以及数据信息的挖掘和集成。但在阿里巴巴智慧建筑事业部资深专家孟涛看来，智慧建筑不是简单嫁接数字化技术的建筑。智慧建筑是拥有操作系统的建筑，是全面感知、永远在线的新生命体，也是人、机、物深度融合的开放生态系统。

而智慧建筑背后的关键技术，就是无处不在的网络连接。“在场内人和设备连线的基础上，融合多维度资源的智慧服务可令传统办公大楼变身智慧建筑。”孟涛说。

那么，智慧建筑内的5G网络又该如何部署呢?据了解，全球5G部署基于两大类频段，一个是6GHz以下频段(Sub-6GHz)，另一个是毫米波频段(30GHz—300GHz)。

相比Sub-6GHz频段，毫米波最大的优势是频段资源非常丰富，带宽能达到400兆甚至800兆，无线传输速度达到10Gbps。此外，毫米波可以集成更多的天线，形成更窄的波束，空间分布能力非常强。同时，由于其带宽大，因此产生的空口时延小，为高可靠、低时延业务的开展提供了天然的优势。相关专家认为，毫米波能为以往移动技术难以支持的新型应用提供前所未有的支持，其室内覆盖将成为智慧建筑的首要研究方向。

从人脸门禁、智慧访客、视频会议、多屏联动、无线投屏、一键WiFi、云打印，到智慧停车、智能灯光调控、空气质量检测……周峰认为，智慧建筑内嵌了诸多高科技软硬件，网络终端可能会数以万计，需要有超大的带宽和极高的数据传输速率，而毫米波的特性恰好能够满足这样的需求;其次，毫米波的波束很窄，相同天线尺寸要比微波更窄，所以具有良好的方向性，能分辨相距更近的小目标或更为清晰地观察目标的细节，因此可以更好地实现诸如寻路、空间调度和基于移动凭证的访问控制等建筑功能。

在2019年巴塞罗那世界移动通信大会上，美国高通公司曾专门对5G毫米波室内场景应用进行了测试，结果表明：在用户高度密集的室内场景下，利用毫米波可以提供很高的带宽，为包括智能手机、笔记本电脑和其他联网终端带来高容量、数千兆比特传输速率和低时延的连接。

与此同时，我国5G毫米波的室内覆盖测试也在快马加鞭地进行。今年11月底的“世界5G大会”上，中国联通方面也透露，目前中国联通已经在一些场馆中进行毫米波试验，在北京的一些比赛场馆里面，通过毫米波技术可实现9Gbps的峰值速率，能为场馆提供安全、可靠、便捷、高质量的网络服务，为观众提供超级现场的互动体验。

小基站、光载射频、“一楼一策”

这些方法能解决毫米波室内覆盖难题

尽管毫米波的室内覆盖市场前景诱人，但应用毫米波实现地面5G网络覆盖却并不容易。无线电波有一个特性，就是频谱越高，绕射能力越差，毫米波是超级高频率的无线电波，覆盖半径相对较小，因此运营商需要建设非常密集的5G基站，付出高昂的成本，想要应用毫米波建设地面5G网络达到Sub-6GHz覆盖的效果，还有很长的路要走。

周峰举例，华为上海研究所公开发表的论文表明，测量结果显示毫米波从室外宏站覆盖室内非常困难，只有在靠近基站的方向才有比较好的覆盖，纵深处几乎没有覆盖。

“在过去的研究中我们看到，5G毫米波从室外覆盖室内非常困难，与3.5GHz频段信号相比，除去自由空间传播损耗的增量，在一些场景下毫米波的建筑物穿透损耗比低频段大6到16分贝。”周峰说。

2019年美国电信运营商Verizon在芝加哥和明尼阿波利斯两个城市开展了5G毫米波覆盖试验，发现其在室外场景的传输速率非常高，而一旦进入室内后，传输速率就显著下降，甚至比4G网络还要慢。

周峰指出，从中国信息通信研究院以往测试中发现，利用室外宏基站实现毫米波室内覆盖在某些场景下非常困难，比如出于节能降耗考虑，许多建筑大量应用了金属镀膜保温玻璃，而这种玻璃对电磁波阻隔效应非常强，使毫米波从室外基站覆盖室内信号变得非常困难，“这就要使用高频段和低频段的联合组网，在5G室内覆盖中针对不同的建筑构造做到‘一楼一策’。”

“在未来的5G架构中，室外和室内场景要分开，室内隔断很少的大型空间如会展中心场景，毫米波的覆盖是没有问题的，在这样的物理基础上可以构建出先进智能的智慧建筑信息系统，而且成本可以做比较清晰的估算。”周峰说。

美国高通公司在2019年做的实验中，室内网络覆盖基本放弃了在室外设立基站的思路，而是采用大量5G毫米波小基站，比如在1.5万平方米的航站楼，用10个5G毫米波的小基站就能实现高效网络覆盖。

针对存在物理隔断的室内传播环境，又该如何解决呢?“除了从建筑设计角度充分考虑小基站部署方案外，光载射频也将扮演重要的角色。”周峰表示，光载射频通信是一种光纤和微波相结合的技术,可利用光纤低损耗、超宽带以及抗电磁干扰等特性来传输无线信号,能够有效解决下一代超宽带无线接入中带宽和传输距离的需求，同时还能有效降低组网成本。

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