ICC訊 建筑是城市的“骨骼”,科技賦能建筑,將令城市的“骨骼”更健康、更智慧,從而讓城市煥發(fā)出勃勃生機。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)和實體經(jīng)濟深度融合,智慧城市建設(shè)迎來了發(fā)展黃金期,智慧建筑行業(yè)也將迎來新的發(fā)展機遇。
“5G的愿景讓信息隨心而至,萬物觸手可及,這同時也是智慧建筑的愿景?!敝袊畔⑼ㄐ叛芯吭禾栂到y(tǒng)實驗室副總工程師周峰在接受科技日報記者采訪時表示,5G能夠增強整個智慧建筑的底層神經(jīng)系統(tǒng),基礎(chǔ)的“土壤肥力”增加以后,各種各樣的應(yīng)用場景一定會迅速成長起來。
高頻率、大帶寬、精準(zhǔn)定位
當(dāng)下,建筑信息模型(BIM)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、智能建造、智能運維、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新概念和新技術(shù)越來越多地出現(xiàn)在房地產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的項目實施中。
有觀點認(rèn)為,相比于傳統(tǒng)建筑,智慧建筑最大的特點就是智能設(shè)備安裝以及數(shù)據(jù)信息的挖掘和集成。但在阿里巴巴智慧建筑事業(yè)部資深專家孟濤看來,智慧建筑不是簡單嫁接數(shù)字化技術(shù)的建筑。智慧建筑是擁有操作系統(tǒng)的建筑,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(tài)系統(tǒng)。
而智慧建筑背后的關(guān)鍵技術(shù),就是無處不在的網(wǎng)絡(luò)連接。“在場內(nèi)人和設(shè)備連線的基礎(chǔ)上,融合多維度資源的智慧服務(wù)可令傳統(tǒng)辦公大樓變身智慧建筑?!泵蠞f。
那么,智慧建筑內(nèi)的5G網(wǎng)絡(luò)又該如何部署呢?據(jù)了解,全球5G部署基于兩大類頻段,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(yōu)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,空間分布能力非常強。同時,由于其帶寬大,因此產(chǎn)生的空口時延小,為高可靠、低時延業(yè)務(wù)的開展提供了天然的優(yōu)勢。相關(guān)專家認(rèn)為,毫米波能為以往移動技術(shù)難以支持的新型應(yīng)用提供前所未有的支持,其室內(nèi)覆蓋將成為智慧建筑的首要研究方向。
從人臉門禁、智慧訪客、視頻會議、多屏聯(lián)動、無線投屏、一鍵WiFi、云打印,到智慧停車、智能燈光調(diào)控、空氣質(zhì)量檢測……周峰認(rèn)為,智慧建筑內(nèi)嵌了諸多高科技軟硬件,網(wǎng)絡(luò)終端可能會數(shù)以萬計,需要有超大的帶寬和極高的數(shù)據(jù)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(biāo)或更為清晰地觀察目標(biāo)的細節(jié),因此可以更好地實現(xiàn)諸如尋路、空間調(diào)度和基于移動憑證的訪問控制等建筑功能。
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(nèi)場景應(yīng)用進行了測試,結(jié)果表明:在用戶高度密集的室內(nèi)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(lián)網(wǎng)終端帶來高容量、數(shù)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(nèi)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(lián)通方面也透露,目前中國聯(lián)通已經(jīng)在一些場館中進行毫米波試驗,在北京的一些比賽場館里面,通過毫米波技術(shù)可實現(xiàn)9Gbps的峰值速率,能為場館提供安全、可靠、便捷、高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),為觀眾提供超級現(xiàn)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(nèi)覆蓋難題
盡管毫米波的室內(nèi)覆蓋市場前景誘人,但應(yīng)用毫米波實現(xiàn)地面5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋卻并不容易。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(shè)非常密集的5G基站,付出高昂的成本,想要應(yīng)用毫米波建設(shè)地面5G網(wǎng)絡(luò)達到Sub-6GHz覆蓋的效果,還有很長的路要走。
周峰舉例,華為上海研究所公開發(fā)表的論文表明,測量結(jié)果顯示毫米波從室外宏站覆蓋室內(nèi)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(nèi)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筑物穿透損耗比低頻段大6到16分貝。”周峰說。
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(fā)現(xiàn)其在室外場景的傳輸速率非常高,而一旦進入室內(nèi)后,傳輸速率就顯著下降,甚至比4G網(wǎng)絡(luò)還要慢。
周峰指出,從中國信息通信研究院以往測試中發(fā)現(xiàn),利用室外宏基站實現(xiàn)毫米波室內(nèi)覆蓋在某些場景下非常困難,比如出于節(jié)能降耗考慮,許多建筑大量應(yīng)用了金屬鍍膜保溫玻璃,而這種玻璃對電磁波阻隔效應(yīng)非常強,使毫米波從室外基站覆蓋室內(nèi)信號變得非常困難,“這就要使用高頻段和低頻段的聯(lián)合組網(wǎng),在5G室內(nèi)覆蓋中針對不同的建筑構(gòu)造做到‘一樓一策’?!?
“在未來的5G架構(gòu)中,室外和室內(nèi)場景要分開,室內(nèi)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(chǔ)上可以構(gòu)建出先進智能的智慧建筑信息系統(tǒng),而且成本可以做比較清晰的估算?!敝芊逭f。
美國高通公司在2019年做的實驗中,室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋基本放棄了在室外設(shè)立基站的思路,而是采用大量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(xiàn)高效網(wǎng)絡(luò)覆蓋。
針對存在物理隔斷的室內(nèi)傳播環(huán)境,又該如何解決呢?“除了從建筑設(shè)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?!敝芊灞硎?,光載射頻通信是一種光纖和微波相結(jié)合的技術(shù),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(wǎng)成本。