第五代移動通信技術(5G)已開始啟動建設，是工業(yè)4.0的基礎支撐。隨著5G技術應用的加快推進，5G站點的數(shù)量將成倍增長，而智慧桿是覆蓋廣泛、分布均勻的理想的站址資源。同時，作為智慧城市建設的重要載體，智慧桿的應用越來越多，應該從桿上的硬件堆疊走向標準化、系統(tǒng)化，來滿足解耦、互通、降低成本的需求。本文分析了移動通信、“多桿合一”、 智慧城市對智慧桿的需求，并從移動通信基站建設的角度，探討了5G建設的基礎能力需求，給出了智慧桿標準化的建議。

在5G商用時代到來之際，全球信息通信技術(ICT)領先國家都在積極規(guī)劃引導5G與公共設施的融合，直接推動了智慧桿的發(fā)展。

德國聯(lián)邦政府《5G Strategy for Germany》[1]明確，城市現(xiàn)有的承載設施，如燈桿、交通桿將會是5G的重要組成部分。

韓國科技和信息通信技術部(Ministry of Science and ICT)指出，韓國17個行政區(qū)的相關部門必須做好(供電、傳輸?shù)?準備，使得5G設備可以安裝在燈桿和交通桿上[2]。

美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)在《The FCC's 5G FAST Plan》指出，F(xiàn)CC會減少5G小型化基站在公共設施上部署的審批程序。

中國越來越多的地方政府意識到智慧桿的重要作用，并在政策層面積極推進智慧桿產(chǎn)業(yè)的健康有序發(fā)展[3,4]。

在宏觀商業(yè)層面，智慧桿改變了傳統(tǒng)燈桿模式，其應用涉及多個政府部門和跨行業(yè)主體，其投資、運營、管理機制和多方商業(yè)模式仍在探索中，缺乏統(tǒng)一的智慧桿基礎設施運營方已成為制約智慧桿規(guī)模建設發(fā)展的重要因素。

同時在技術標準層面，當前智慧桿缺乏統(tǒng)一有效的規(guī)劃，造成重復建設和資源浪費，如城市多桿林立、道路重復開挖等現(xiàn)象就是例證。智慧桿項目缺乏統(tǒng)一的技術規(guī)范參考，導致一些功能演進方面的約束和各業(yè)務組件方面互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享的困難。

為此，加快建立智慧桿統(tǒng)一標準規(guī)范，建設具有一定規(guī)模的智慧桿樣板示范，通過市場檢驗商業(yè)模式和跨部門跨行業(yè)實現(xiàn)增值，將是下一階段智慧桿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。

智慧桿的需求分析

從路燈到智慧桿，不是簡單的功能疊加?，F(xiàn)階段，推動智慧燈桿建設的方向主要有以下三個，三個方向對智慧桿的關注點略有差異。

1、5G站址的需求

作為第五代通信技術，5G被認為是萬物互聯(lián)的開始，更高網(wǎng)速(eMBB)，可靠的低延時(uRLLC)和海量的物聯(lián)網(wǎng)(mMTC)所激發(fā)的商業(yè)潛力巨大。但是由于速率及頻段的提高，在相同配置、相同環(huán)境下，5G信號的傳輸距離相較4G信號有所降低。

移動通信行業(yè)必須通過多種手段提升5G的覆蓋能力，包括多天線技術、上下行頻段解耦，以及增加小型化站點。在密集城區(qū)，移動網(wǎng)絡流量冷熱分布不均，流量“忙”的體驗易受挑戰(zhàn)。同時在居民區(qū)、人流密集商業(yè)區(qū)以及部分環(huán)境保護較高的景區(qū)，宏站站址難以獲取，容易出現(xiàn)“盲”點。在5G宏站改造完成后，“忙+盲”區(qū)域以及“千行百業(yè)+5G”的工廠、園區(qū)等，將迎來桿站部署的高峰, 5G小型化站點的數(shù)量將成倍增長。

5G桿站的部署會逐步進行，因此需要新建智慧桿預留設備掛載接口、電力接入、大帶寬傳輸。其中最重要的是對于5G設備的選型，除了考慮輕巧之外，還要求保證數(shù)十瓦級別的功率，以增加覆蓋范圍，最大化單根桿體的價值。

2、集約化建設的需求-“多桿合一”

當前街頭有路燈桿、電力桿、監(jiān)控桿、交通指示牌、廣告牌等多種桿體,數(shù)量多、種類雜、架設亂的問題越來越突出。尤其是路口，出現(xiàn)了“桿件森林”的狀況，影響城市市容，而且浪費公共資源。為了實現(xiàn)資源“共享、集約、統(tǒng)籌”，降低城市建設成本，多地城市管理部門開始實行“多桿合一”方案。

3、智慧城市的需求

隨著城市居住人口的不斷增多，交通擁擠、環(huán)境污染、資源浪費等“城市病”不斷出現(xiàn)?！爸腔鄢鞘小弊鳛榻鉀Q城市病的方案浮出水面。智慧城市融合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、云計算和邊緣計算技術，將整個城市變成一套完整的神經(jīng)和記憶系統(tǒng)，對人類行為數(shù)據(jù)化，收集、存儲、分析，從而得到最優(yōu)的解決方案。

多功能、多傳感器、支持MBB和IoT(Internet of Things)的智慧桿將成為智慧城市的神經(jīng)末梢，提供無處不在的智能連接、智能環(huán)境感知和智能路況反饋能力，快速處理和匯聚信息，傳送到智慧城市處理中樞，使能各種智慧業(yè)務的正常運轉。在這類需求中，智慧桿的運營和管理平臺是未來的靈魂[5，6]。

智慧桿標準化的建議

移動通信、“多桿合一”、智慧城市對智慧桿的需求側重不同，以下主要從移動通信基站建設的角度，探討5G建設的基礎能力需求及其標準建議。

1、系統(tǒng)架構的“三段式”標準化

圖1智慧桿設備布局;(左)道路場景(右)園區(qū)場景

從應用場景看，城市智慧桿應用主要分為兩大類場景(如圖1所示)。

道路場景：桿體高度為9-12 m，滿足城市道路照明、智能交通、智能監(jiān)控、無線通信、智能物聯(lián)等應用;

園區(qū)場景：桿體高度為6-9 m，滿足中央商務區(qū)、校園、工業(yè)園等數(shù)字化智能園區(qū)應用方案。

無論是道路場景或者是園區(qū)場景，對于智慧桿架構的需求是歸一的。根據(jù)設備的使用及掛載要求，智慧桿系統(tǒng)架構上我們推薦采用“三段式”標準化，其中：

頂段——放置基站及回傳等通信設備，考慮無線覆蓋效率最優(yōu);

中段——掛載攝像頭、顯示屏、傳感器等智慧單元設備，考慮智慧應用易擴展、易維護;

底段——傳輸設備、電源設備、邊緣計算等ICT設備，建議內(nèi)置桿體。

2、關鍵單元的標準化

2.1 基站單元

考慮無線覆蓋效率，建設成本和環(huán)境因素，5G智慧桿站對于射頻設備有如下的要求：

環(huán)境友好：能偽裝，可隱藏;

極致體驗：覆蓋區(qū)域內(nèi)提供Gbit/s的速率，具有穿透樹木遮擋和一堵墻壁的能力。城區(qū)桿站間距在100—300 m，采用20—60 W基站模塊可實現(xiàn)最佳無縫覆蓋;

保護投資：一次部署，長期演進;

接口解耦：基站和燈桿之間接口標準化，降低適配成本(散熱、防水、信號穿透、設備掛載、防雷、線纜裝配)，如圖2所示。

圖2 5G智慧桿頂桿解耦

使用頂桿設備艙設計可以有效實現(xiàn)基站和燈桿的解耦。通過頂桿倉的標準化法蘭，桿體廠家在設計和建造時只需焊接此標準化法蘭，后續(xù)待運營商有加站需求時，直接將頂桿倉加載在智慧桿頂端標準化法蘭上，確保未來加站最小化成本投入，即使基站設備發(fā)生改變也不會影響桿體。

2.2 電源單元

★電源一體化MIMO(multiple input multiple output)設計。智慧桿匯集了攝像頭、環(huán)境傳感器、WIFI、無線基站等各類設備，設備的供電電壓、功率、輸入輸出等各不相同，因此智慧桿用電源需要滿足MIMO多路輸入輸出和智能管理設計，輸入兼容HVDC與220 VAC，當負載功率較大且有拉遠時選擇HVDC供電，以降低電纜損耗、節(jié)約能源;輸出支持12 VDC、24 VAC、-48 VDC等，以滿足不同負載供電。

★智能監(jiān)控管理。5G的發(fā)展帶來海量的智慧桿站點，其維護管理將面臨嚴重的挑戰(zhàn)，智慧桿站電源需要支持智能網(wǎng)管功能，具備監(jiān)控自身輸入、輸出、故障等運行狀態(tài)信息，并上報給網(wǎng)管，以滿足統(tǒng)一遠程架空管理，降低綜合運維成本。

★智慧桿弱電化。電源模塊化設計，支持智慧桿設備全部弱電化。LED燈與LED屏也可以考慮輸入直流化，強電不上桿，降低人員被桿電擊風險。

2.3 傳輸單元

★有線傳輸。智慧桿需要匯聚網(wǎng)絡設備支持10GE/GE/STM-N和通信基站專用接口如eCPRI/CPRI多業(yè)務接入，節(jié)省眾多掛載應用設備的通信匯聚接入投資。線路達到帶寬100 Gbit，采用OTN硬管道，支持業(yè)務物理隔離，保障業(yè)務安全。采用時延補償技術。

★無線傳輸。相比有線傳輸，無線傳輸針對無光纖到位的場景。目前智慧桿的無線傳輸解決方案可采用專用無線網(wǎng)絡或小微波方案。典型情況下，對于視頻回傳有移動需求的小帶寬場景，推薦用專用無線網(wǎng)絡方案;若是無移動需求的固定視頻回傳大帶寬場景，推薦用小微波方案。

3、智慧桿運維的標準化

智慧桿站是智慧城市的節(jié)點與信息入口，桿體承載多業(yè)務，要通過統(tǒng)一運維管理平臺。管理平臺要注意以下三項功能。

★智慧桿地理化可視。智慧桿管理平臺，支持所有接入前端設備的GIS地圖展示，支持GIS地圖可視化展示平臺運維設備詳情，提供街道、區(qū)域、設備搜索功能，支持查看所有前端接入設備告警、故障信息、信號強度、開關燈狀態(tài)、和調(diào)光等級等。

★跨行業(yè)場景間聯(lián)動。智慧桿管理平臺具備多業(yè)務場景間聯(lián)動特性，可以在管理智慧多功能桿相關設備的基礎上，擴展管理更多智慧城市類設備，例如煙感、井蓋、垃圾桶等。對于接入的不同行業(yè)場景，通過設置一定的規(guī)則，提供不同物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務/終端間的聯(lián)動(如煙感報警后觸發(fā)規(guī)則：對應的攝像頭將監(jiān)控角度對準預設的煙感方位)。

★分權分域管理。智慧桿管理平臺具備完善的分權分域管理功能。可以通過設置不同的角色、用戶實現(xiàn)對分區(qū)域、分設備、分功能的權限管理。

此外，智慧桿管理平臺可以通過設置客戶組對系統(tǒng)管理方的客戶進行授權，被授權的客戶可以根據(jù)所賦予的權限查看、控制、管理所屬設備。通過此功能可以使系統(tǒng)管理方以SaaS(software as a service)化的方式向其客戶提供智慧桿子模塊的功能服務。

結語

隨著5G時代的到來，智慧桿相關的政策制定、行業(yè)標準及行業(yè)樣板點的建設都將會加速。我們相信，在政策與標準的牽引下，智慧桿建設將與5G部署相輔相成，共同構筑新型智慧城市的基礎。