5G毫米波挑起智慧建築大梁

本報記者 馬愛平

建築是城市的“骨骼”，科技賦能建築，將令城市的“骨骼”更健康、更智慧，從而讓城市煥發出勃勃生機。隨着物聯網、雲計算、大數據、人工智能等新一代信息技術和實體經濟深度融合，智慧城市建設迎來了發展黃金期，智慧建築行業也將迎來新的發展機遇。

“5G的願景讓信息隨心而至，萬物觸手可及，這同時也是智慧建築的願景。”中國信息通信研究院泰爾系統實驗室副總工程師周峯在接受科技日報記者採訪時表示，5G能夠增強整個智慧建築的底層神經系統，基礎的“土壤肥力”增加以後，各種各樣的應用場景一定會迅速成長起來。

高頻率、大帶寬、精準定位

5G毫米波的特性更適合智慧建築

當下，建築信息模型（BIM）、地理信息系統（GIS）、智能建造、智能運維、物聯網、區塊鏈等新概念和新技術越來越多地出現在房地產基礎設施的項目實施中。

有觀點認為，相比於傳統建築，智慧建築最大的特點就是智能設備安裝以及數據信息的挖掘和集成。但在阿里巴巴智慧建築事業部資深專家孟濤看來，智慧建築不是簡單嫁接數字化技術的建築。智慧建築是擁有操作系統的建築，是全面感知、永遠在線的新生命體，也是人、機、物深度融合的開放生態系統。

而智慧建築背後的關鍵技術，就是無處不在的網絡連接。“在場內人和設備連線的基礎上，融合多維度資源的智慧服務可令傳統辦公大樓變身智慧建築。”孟濤説。

那麼，智慧建築內的5G網絡又該如何部署呢？據瞭解，全球5G部署基於兩大類頻段，一個是6GHz以下頻段（Sub-6GHz），另一個是毫米波頻段（30GHz—300GHz）。

相比Sub-6GHz頻段，毫米波最大的優勢是頻段資源非常豐富，帶寬能達到400兆甚至800兆，無線傳輸速度達到10Gbps。此外，毫米波可以集成更多的天線，形成更窄的波束，空間分佈能力非常強。同時，由於其帶寬大，因此產生的空口時延小，為高可靠、低時延業務的開展提供了天然的優勢。相關專家認為，毫米波能為以往移動技術難以支持的新型應用提供前所未有的支持，其室內覆蓋將成為智慧建築的首要研究方向。

從人臉門禁、智慧訪客、視頻會議、多屏聯動、無線投屏、一鍵WiFi、雲打印，到智慧停車、智能燈光調控、空氣質量檢測……周峯認為，智慧建築內嵌了諸多高科技軟硬件，網絡終端可能會數以萬計，需要有超大的帶寬和極高的數據傳輸速率，而毫米波的特性恰好能夠滿足這樣的需求；其次，毫米波的波束很窄，相同天線尺寸要比微波更窄，所以具有良好的方向性，能分辨相距更近的小目標或更為清晰地觀察目標的細節，因此可以更好地實現諸如尋路、空間調度和基於移動憑證的訪問控制等建築功能。

在2019年巴塞羅那世界移動通信大會上，美國高通公司曾專門對5G毫米波室內場景應用進行了測試，結果表明：在用户高度密集的室內場景下，利用毫米波可以提供很高的帶寬，為包括智能手機、筆記本電腦和其他聯網終端帶來高容量、數千兆比特傳輸速率和低時延的連接。

與此同時，我國5G毫米波的室內覆蓋測試也在快馬加鞭地進行。今年11月底的“世界5G大會”上，中國聯通方面也透露，目前中國聯通已經在一些場館中進行毫米波試驗，在北京的一些比賽場館裏面，通過毫米波技術可實現9Gbps的峯值速率，能為場館提供安全、可靠、便捷、高質量的網絡服務，為觀眾提供超級現場的互動體驗。

小基站、光載射頻、“一樓一策”

這些方法能解決毫米波室內覆蓋難題

儘管毫米波的室內覆蓋市場前景誘人，但應用毫米波實現地面5G網絡覆蓋卻並不容易。無線電波有一個特性，就是頻譜越高，繞射能力越差，毫米波是超級高頻率的無線電波，覆蓋半徑相對較小，因此運營商需要建設非常密集的5G基站，付出高昂的成本，想要應用毫米波建設地面5G網絡達到Sub-6GHz覆蓋的效果，還有很長的路要走。

周峯舉例，華為上海研究所公開發表的論文表明，測量結果顯示毫米波從室外宏站覆蓋室內非常困難，只有在靠近基站的方向才有比較好的覆蓋，縱深處幾乎沒有覆蓋。

“在過去的研究中我們看到，5G毫米波從室外覆蓋室內非常困難，與3.5GHz頻段信號相比，除去自由空間傳播損耗的增量，在一些場景下毫米波的建築物穿透損耗比低頻段大6到16分貝。”周峯説。

2019年美國電信運營商Verizon在芝加哥和明尼阿波利斯兩個城市開展了5G毫米波覆蓋試驗，發現其在室外場景的傳輸速率非常高，而一旦進入室內後，傳輸速率就顯著下降，甚至比4G網絡還要慢。

周峯指出，從中國信息通信研究院以往測試中發現，利用室外宏基站實現毫米波室內覆蓋在某些場景下非常困難，比如出於節能降耗考慮，許多建築大量應用了金屬鍍膜保温玻璃，而這種玻璃對電磁波阻隔效應非常強，使毫米波從室外基站覆蓋室內信號變得非常困難，“這就要使用高頻段和低頻段的聯合組網，在5G室內覆蓋中針對不同的建築構造做到‘一樓一策’。”

“在未來的5G架構中，室外和室內場景要分開，室內隔斷很少的大型空間如會展中心場景，毫米波的覆蓋是沒有問題的，在這樣的物理基礎上可以構建出先進智能的智慧建築信息系統，而且成本可以做比較清晰的估算。”周峯説。

美國高通公司在2019年做的實驗中，室內網絡覆蓋基本放棄了在室外設立基站的思路，而是採用大量5G毫米波小基站，比如在1.5萬平方米的航站樓，用10個5G毫米波的小基站就能實現高效網絡覆蓋。

針對存在物理隔斷的室內傳播環境，又該如何解決呢？“除了從建築設計角度充分考慮小基站部署方案外，光載射頻也將扮演重要的角色。”周峯表示，光載射頻通信是一種光纖和微波相結合的技術,可利用光纖低損耗、超寬帶以及抗電磁干擾等特性來傳輸無線信號,能夠有效解決下一代超寬帶無線接入中帶寬和傳輸距離的需求，同時還能有效降低組網成本。