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和實體經(jīng)濟深度融合，智慧城市建設迎來了發(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。”中國信息通信研究院泰爾系統(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)，基礎的“土壤肥力”增加以后，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筑

當下，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越來越多地出現(xiàn)在房地產(chǎn)基礎設施的項目實施中。

有觀點認為，相比于傳統(tǒng)建筑，智慧建筑最大的特點就是智能設備安裝以及數(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鍵技術，就是無處不在的網(wǎng)絡連接。“在場內(nèi)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(tǒng)辦公大樓變身智慧建筑。”孟濤說。

那么，智慧建筑內(nèi)的5G網(wǎng)絡又該如何部署呢?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)務的開展提供了天然的優(yōu)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(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……周峰認為，智慧建筑內(nèi)嵌了諸多高科技軟硬件，網(wǎng)絡終端可能會數(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或更為清晰地觀察目標的細節(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)場景應用進行了測試，結果表明：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)絡服務，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，但應用毫米波實現(xiàn)地面5G網(wǎng)絡覆蓋卻并不容易。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(wǎng)絡達到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，許多建筑大量應用了金屬鍍膜保溫玻璃，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(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造做到‘一樓一策’。”

“在未來的5G架構中，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，在這樣的物理基礎上可以構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。”周峰說。

美國高通公司在2019年做的實驗中，室內(nèi)網(wǎng)絡覆蓋基本放棄了在室外設立基站的思路，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。”周峰表示，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(wǎng)成本。(馬愛平)