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摘要：本文以江蘇有線宿遷分公司在智慧城市建設中開發(fā)的數(shù)字城管應用為例，介紹了針對該項目的5g網(wǎng)絡建設方法，論述了5G技術對智慧廣電建設的賦能效果，展望了智慧廣電業(yè)務與5G網(wǎng)絡建設相互促進、共同發(fā)展的廣闊前景。

關鍵詞：5G智慧城管5G基站CPE網(wǎng)絡仿真

1引言

江蘇省出臺加快推進5G網(wǎng)絡建設發(fā)展的若干項政策措施，明確提出要推進5G與物聯(lián)網(wǎng)的深度融合，保障智慧城市穩(wěn)定運行，促進社會各領域和諧發(fā)展，基于5G打造覆蓋全域的物聯(lián)感知平臺，實現(xiàn)城市運營管理的“物聯(lián)全感知、數(shù)據(jù)全采集、事件全掌控”。在此之前，《智慧宿遷中長期發(fā)展規(guī)劃（2014—2020）》明確提出，宿遷市要在2020年底前完成智慧城管工程，實現(xiàn)城市管理數(shù)字化、精細化、智慧化。在此背景下，江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡股份有限公司宿遷分公司（以下簡稱“公司”）抓住契機，緊跟政策，充分利用5G技術，對智慧城管項目進行了規(guī)劃設計。

2建設方案

5G網(wǎng)絡具有很多優(yōu)勢特性，如增強移動帶寬、海量機器類通信、高可靠低延遲通信等，支持獨立組網(wǎng)（SA）模式、極簡架構方案，實施700MHz+4.9GHz/3.3GHz~3.4GHz多頻協(xié)同、FDD+TDD協(xié)同組網(wǎng)策略。公司決定利用700MHz頻段開展5G網(wǎng)絡建設，該頻段位于低頻段，具有信號覆蓋廣、穿透力強、組網(wǎng)成本低等特性，適合大范圍網(wǎng)絡覆蓋。700MHz5G網(wǎng)絡能夠在非視距條件下為市政監(jiān)察管理人員提供固定、移動、便攜的網(wǎng)絡連接，在車速移動等應用場景下提供寬帶無線接入業(yè)務，包括高速、高帶寬的數(shù)據(jù)上下行接入業(yè)務，語音、視頻監(jiān)控等多種附加業(yè)務。700MHz5G系統(tǒng)由業(yè)務平臺、核心網(wǎng)（EPC）、IP傳輸承載網(wǎng)、無線接入網(wǎng)（5G基站）、用戶終端五部分組成，其結構如圖1所示。應用服務平臺為智慧城管數(shù)據(jù)平臺以及為其服務的網(wǎng)絡管理平臺；核心網(wǎng)主要用于完成對接入網(wǎng)的控制、對用戶面的管理及與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的連接，由MME、S-GW、P-GW、HSS服務器、BM-SC、MCE、MBMS-GW等部分組成；IP承載網(wǎng)絡用于實現(xiàn)系統(tǒng)各個網(wǎng)元之間的IP數(shù)據(jù)傳輸，初期考慮充分利用廣電現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡來承載；無線接入網(wǎng)主要用于實現(xiàn)終端無線接入和無線資源管理功能，包括空中接口、接入控制、移動性控制、用戶資源分配等，采用分布式基站，設備包括室內基帶處理單元（BBU）和射頻拉遠單元（RRU）兩類，以鎮(zhèn)為單位進行規(guī)劃部署；終端設備包括市政監(jiān)察管理人員隨身攜帶的CPE、Mi-Fi設備以及數(shù)據(jù)模塊（集成其他設備內）等。

3關鍵技術

3.1移動執(zhí)法信息回傳技術。移動執(zhí)法車及單兵手持執(zhí)法終端，可通過CPE轉Wi-Fi的方式實現(xiàn)與基站間的無線互聯(lián)，完成視頻、語音以及圖像的傳輸。信號接收原理如圖2所示。3.2無線集群通信技術。國內的電信設備制造商已經(jīng)相繼研發(fā)出多款滿足集群通信要求的數(shù)字集群系統(tǒng)設備，目前能夠支持完整數(shù)字集群系統(tǒng)設備和終端的系統(tǒng)，有華為開發(fā)的數(shù)字集群通信系統(tǒng)（GT800系統(tǒng)）和中興開發(fā)的數(shù)字集群通信系統(tǒng)（GoTa系統(tǒng)）。兩種系統(tǒng)均可直接用于公司的智慧城管5G網(wǎng)絡建設。

4頻譜規(guī)劃

宿遷城區(qū)700MHz5G頻譜現(xiàn)場掃頻結果如表1所示，其中39、40、43、44頻段空閑，47、48頻段只有少量占用，這六個頻段即為智慧城管項目5G網(wǎng)絡建設的首選資源。另外考慮到43頻段為3GPP規(guī)定的隔離頻段且采用信道捆綁技術，規(guī)劃設計帶寬暫時定為15MHz。綜合分析頻段資源，公司FDD700MHz上下行頻段最佳頻段使用如表2所示。

5站址規(guī)劃

FDD700MHz單站覆蓋能力可根據(jù)鏈路預算計算得出，計算方法如圖3所示，其中R為單小區(qū)覆蓋半徑。基于最大允許路徑損耗分析基站小區(qū)的覆蓋半徑，可以初步確定網(wǎng)絡基站間距，F(xiàn)DD系統(tǒng)為上行受限，站址規(guī)劃要以上行鏈路預算進行規(guī)模估算。分別按照上行256kbps、512kbps和1024kbps的邊緣速率需求計算單站鏈路預算，不同上行速率下單站覆蓋面積如圖4所示。綜合上述數(shù)據(jù)計算可知，要使智慧城管項目覆蓋場景為面積64km2的宿遷市區(qū)，主要實現(xiàn)室外及路面覆蓋，按照上行256kbps單站覆蓋面積估算，并適當放寬覆蓋標準，理論站點規(guī)模應為27座?？紤]到建網(wǎng)初期的成本和5G覆蓋特性，基站間距為1.712km，初期擬建設17個5G基站，具體站點位置如圖5所示。

65G基站網(wǎng)絡仿真

公司采用了65deg17dBi8Tilt700/800MHz的定向天線進行仿真，設定天線波束方向增益為16.5dBi，水平波瓣為65°，垂直波瓣為8°。由于無線信號主要通過自由空間這一介質作為傳播路徑，其傳播路徑是開放的，這就使得無線電傳播環(huán)境比有線更加惡劣。一方面，攜帶信息的電磁波的傳輸是擴散的，方向不可控；另一方面，地理環(huán)境復雜多變，用戶位置隨機、不可預測。這些因素都加劇了無線電波傳輸損耗的復雜性。在無線網(wǎng)絡設計中，選擇一個與實際環(huán)境接近的傳播模型是進行覆蓋估算和預測仿真的基礎，本次仿真采用Okumura-Hata模型和精度為50m的地圖，根據(jù)RSRP等參數(shù)值判定網(wǎng)絡系統(tǒng)的業(yè)務性能。如圖6所示，從仿真運算結果來看，整體規(guī)劃區(qū)域信號強度基本都在-100dBm以上，可以滿足智慧城管項目的基本需求，在實際的網(wǎng)絡建設中，可能會由于站點位置變化、場景變化等原因，導致部分弱覆蓋，建設時可以根據(jù)現(xiàn)場情況進行優(yōu)化調整。

7結語

宿遷廣電對5G技術在智慧城管項目中應用的研究，為5G網(wǎng)絡建設積累了寶貴經(jīng)驗，提升了智慧城管項目的建設水平。當前，隨著國家積極開展基礎設施建設，“5G+垂直行業(yè)應用”已成為一種富有生命力的應用模式，必將為廣電5G產業(yè)和智慧廣電應用平臺建設帶來新的發(fā)展。

作者:施步勝 單位:江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡股份有限公司宿遷分公司