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(jī)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，智慧城市建設(shè)迎來(lái)了發(fā)展黃金期，智慧建筑行業(yè)也將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

“5G的愿景讓信息隨心而至，萬(wàn)物觸手可及，這同時(shí)也是智慧建筑的愿景。”中國(guó)信息通信研究院泰爾系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室副總工程師周峰在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，5G能夠增強(qiáng)整個(gè)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(chǎng)景一定會(huì)迅速成長(zhǎng)起來(lái)。

高頻率、大帶寬、精準(zhǔn)定位

5G毫米波的特性更適合智慧建筑

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(yùn)維、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新概念和新技術(shù)越來(lái)越多地出現(xiàn)在房地產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的項(xiàng)目實(shí)施中。

有觀點(diǎn)認(rèn)為，相比于傳統(tǒng)建筑，智慧建筑更大的特點(diǎn)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)部專家孟濤看來(lái)，智慧建筑不是簡(jiǎn)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(yuǎn)在線的新生命體，也是人、機(jī)、物深度融合的開(kāi)放生態(tài)系統(tǒng)。

而智慧建筑背后的關(guān)鍵技術(shù)，就是無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)連接。“在場(chǎng)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。”孟濤說(shuō)。

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(gè)是6GHz以下頻段(Sub-6GHz)，另一個(gè)是毫米波頻段(30GHz—300GHz)。

相比Sub-6GHz頻段，毫米波更大的優(yōu)勢(shì)是頻段資源非常豐富，帶寬能達(dá)到400兆甚至800兆，無(wú)線傳輸速度達(dá)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(qiáng)。同時(shí)，由于其帶寬大，因此產(chǎn)生的空口時(shí)延小，為高可靠、低時(shí)延業(yè)務(wù)的開(kāi)展提供了天然的優(yōu)勢(shì)。相關(guān)專家認(rèn)為，毫米波能為以往移動(dòng)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(mén)禁、智慧訪客、視頻會(huì)議、多屏聯(lián)動(dòng)、無(wú)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(cè)……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(huì)數(shù)以萬(wàn)計(jì)，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(xì)節(jié)，因此可以更好地實(shí)現(xiàn)諸如尋路、空間調(diào)度和基于移動(dòng)憑證的訪問(wèn)控制等建筑功能。

在2019年巴塞羅那世界移動(dòng)通信大會(huì)上，美國(guó)高通公司曾專門(mén)對(duì)5G毫米波室內(nèi)場(chǎng)景應(yīng)用進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明：在用戶高度密集的室內(nèi)場(chǎng)景下，利用毫米波可以提供很高的帶寬，為包括智能手機(jī)、筆記本電腦和其他聯(lián)網(wǎng)終端帶來(lái)高容量、數(shù)千兆比特傳輸速率和低時(shí)延的連接。

與此同時(shí)，我國(guó)5G毫米波的室內(nèi)覆蓋測(cè)試也在快馬加鞭地進(jìn)行。今年11月底的“世界5G大會(huì)”上，中國(guó)聯(lián)通方面也透露，目前中國(guó)聯(lián)通已經(jīng)在一些場(chǎng)館中進(jìn)行毫米波試驗(yàn)，在北京的一些比賽場(chǎng)館里面，通過(guò)毫米波技術(shù)可實(shí)現(xiàn)9Gbps的峰值速率，能為場(chǎng)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(jí)現(xiàn)場(chǎng)的互動(dòng)體驗(yàn)。

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(chǎng)前景誘人，但應(yīng)用毫米波實(shí)現(xiàn)地面5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋卻并不容易。無(wú)線電波有一個(gè)特性，就是頻譜越高，繞射能力越差，毫米波是超級(jí)高頻率的無(wú)線電波，覆蓋半徑相對(duì)較小，因此運(yùn)營(yíng)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(dá)到Sub-6GHz覆蓋的效果，還有很長(zhǎng)的路要走。

周峰舉例，華為上海研究所公開(kāi)發(fā)表的論文表明，測(cè)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(méi)有覆蓋。

“在過(guò)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(hào)相比，除去自由空間傳播損耗的增量，在一些場(chǎng)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(shuō)。

2019年美國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商Verizon在芝加哥和明尼阿波利斯兩個(gè)城市開(kāi)展了5G毫米波覆蓋試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其在室外場(chǎng)景的傳輸速率非常高，而一旦進(jìn)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(guó)信息通信研究院以往測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，利用室外宏基站實(shí)現(xiàn)毫米波室內(nèi)覆蓋在某些場(chǎng)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(duì)電磁波阻隔效應(yīng)非常強(qiáng)，使毫米波從室外基站覆蓋室內(nèi)信號(hào)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(duì)不同的建筑構(gòu)造做到‘一樓一策’。”

“在未來(lái)的5G架構(gòu)中，室外和室內(nèi)場(chǎng)景要分開(kāi)，室內(nèi)隔斷很少的大型空間如會(huì)展中心場(chǎng)景，毫米波的覆蓋是沒(méi)有問(wèn)題的，在這樣的物理基礎(chǔ)上可以構(gòu)建出先進(jìn)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。”周峰說(shuō)。

美國(guó)高通公司在2019年做的實(shí)驗(yàn)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(wàn)平方米的航站樓，用10個(gè)5G毫米波的小基站就能實(shí)現(xiàn)高效網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

針對(duì)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(jì)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。”周峰表示，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(lái)傳輸無(wú)線信號(hào)，能夠有效解決下一代超寬帶無(wú)線接入中帶寬和傳輸距離的需求，同時(shí)還能有效降低組網(wǎng)成本。