智慧灯杆产品能很好地解决现有4G网络建设中遇到的问题，并能在未来搭建5G网络架构时起到关键作用，因此通过对现有4G网络和对智慧灯杆系统的研究，得出了智慧灯杆在4G网络中的应用场景和建设方案，有效解决了现有4G网络中存在的室外道路的连续覆盖、商务热点区域的深度覆盖、建站协调困难区域的盲点补充覆盖等问题。最后探讨了智慧灯杆对未来5G网络架构搭建的作用，梳理了可供参考借鉴的整套接入模式。

　　隨着现代城市建筑越来越密集，原有的网络水平已不足以满足人们对语音及数据业务的需求，移动网络尤其是4G网络建设规模成倍地扩大。而与此同时，由于城市居民对基站的认知越来越高，对辐射的防范意识也越来越强，导致基站建设选址越来越困难，甚至建好的基站都会出现逼迁等问题。通信基站站址资源紧缺已经成为无线网络建设发展的瓶颈。

　　面对上述问题，公网通信必须寻求创新思路，利用一切可以利用的公共资源，解决日益紧张的站点资源问题。智慧灯杆的开发能及时地补充移动通信运营商的覆盖问题，解决室外道路的连续覆盖、商务热点区域的深度覆盖以及作为覆盖盲点的补充覆盖等问题。作为公共设施的路灯杆资源和智慧灯杆，将来会遍布于城市的每一条道路及大部分公共场所，而且占杆，将来会遍布于城市的每一条道路及大部分公共场所，而且占地面积小，且相应设有管网设施，对于一些难以建设无线宏基站的区域，能实现快速建站，有效提升网络质量。

　　本文主要介绍智慧灯杆原理与设计的应用场景，并以此为载体，重点研究了4G公网覆盖的解决问题和未来5G网络的架构。

　　2智慧灯杆原理与设计

　　智慧城市的建设目的是“能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运作核心系统的各项关键信息，从而对民生、环保、公共安全等在内的各种需求做出智能的响应，为人类创造更美好的城市生活”。因此，智慧城市需要一个信息采集、发布和传输的载体

　　智慧路灯原理：以路灯杆为载体，是集成了各种信息设备、技术创新复合应用的智能产品，具备智慧照明、环境信息采集、安防及道路智慧监控、微基站、信息发布、应急可视广播以及电动汽车智能充电桩等多种功能。如图1所示，智慧灯杆采用模块化结构设计，可以根据不同需求和不同的应用场合，选择不同的功能模块，成为智慧城市大数据入口的接入点。

　　3、4G网络建设现状分析

　　近年来，我国移动通信行业进入高速发展期，尤其是4G网络的建设完成了大跃进式的发展。4G网络环境下，移动通信业务呈现了多元化发展趋势，且服务质量得到了大幅度提升。在5G技术还未完善普及之前，4G网络依然是移动通信的主干。

　　4G网络经过近几年工程建设，已具备相当规模，城区和主要乡镇地区都已完成覆盖，移动和电信的4G+网络也已覆盖至全国所有城市，在网络建设和业务发展上都取得了很大的进步。但是随着业务的发展，4G建设的问题也慢慢凸显出来：

　　（1）城区热点地区的容量问题；

　　（2）城区有覆盖需求但是站点协调困难区域；

　　（3）道路覆盖的连续性问题；

　　（4）封闭式小区内部弱覆盖问题；

　　（5）园区、景区等建站困难但需求集中区域。

　　上述问题如果仅仅采用传统的室外宏站或室内分布系统方式建设，一是很难完全解决，二是浪费投资，所以需要在建设方式上引入更加先进的理念，利用各种资源进行4G网络的建设。

　　4、智慧灯杆应用场景

　　宏基站是4G网络结构的基础，在网络中具有不可替代的作用，但是4G使用的频段较高，导致无线信号的绕射能力减弱，对于现在高楼高架林立的密集城区，会出现很多的末梢阴影区域。而且随着民众自我保护意识的增强，宏站建设的限制越来越多，协调难度也越来越大，进驻困难、租用机房都给宏站建设带来了挑战。

　　智慧灯杆站的引入，能很好地解决上述问题。从网络结构来看，作为宏蜂窝的补充，在有需求的地方建设智慧灯杆，解决局部盲区、末梢阴影和提升网络容量。从建设难度上来看，智慧灯杆的外型跟传统基站完全不一样，既能满足城市规划建设的美观要求，又能消除大众对基站的恐惧心理。

　　针对4G网络建设的具体问题，智慧灯杆的典型场景有：

　　（1）语音和数据业务热点区域：主要包括人流量集中、话务量高、数据业务需求比较大的区域，例如交通枢纽、商业广场、高校等；

　　（2）城市密集建筑群：解决楼群密集、城区巷道、人口集中居住而宏基站难以覆盖到的弱覆盖区域或覆盖盲区等；

　　（3）城市道路：解決道路不连续覆盖问题、新建道路覆盖盲区问题；

　　（4）工业园区或景区覆盖：由于园区或景区规划，常规站点无法建设区域；

　　（5）其他宏蜂窝覆盖盲点：因城市发展、密集高楼遮挡等原因而出现的局部区域弱覆盖或覆盖盲区等。

　　5、智慧灯杆建设方案

　　从4G网络的结构上看，智慧路灯在4G网络主要有两种方式引入方式，一种是覆盖盲区或热点区域的单点补充方案；第二种是覆盖工业园区、景区的点、面全覆盖方案。

　　（1）单点补充覆盖方案

　　补充覆盖的智慧灯杆位置需要由通信运营商根据需求提供，应用场景主要包括密集巷道、道路、广场、小区等。

　　智慧路灯杆根据需求，建设高度为6～15 m，无线设备要求挂最上层，可以采用嵌入式方式和外挂设备方式，如图2所示：

　　应根据不同的覆盖要求，选取不同的智慧灯杆产品。从目前厂家产品来看，适合用于智慧灯杆的产品功率都比较小，覆盖范围不超过250 m，该产品主要适用于对现有无线网络的补充覆盖，满足小范围覆盖需求场景。

　　方案一：需求覆盖点比较集中，可以采用嵌入式方式、单扇区覆盖方案，设备安装在杆体内部，方向可调整到覆盖方向；

　　方案二：需求覆盖点比较分散时，需在覆盖区域中间选取合适位置，选用外挂设备方式，可形成多个覆盖方向。

　　（2）规划区全覆盖方案

　　目前在工业园区或景区都存在协调困难的情况，对基站的外型有很高的要求，但是这些区域用户集中，对4G覆盖的需求量大。随着智慧灯杆的引入，可以既满足园区/景区的美观要求，又能解决用户的覆盖需求，同时智慧灯杆的其他功能也能为园区/景区的管理带来便利。

　　对于园区或景区的无线全覆盖，需要做专项的规划，首先收集三家通信运营商的需求，再结合园区/景区的预测用户数进行建模分析，得出需要智慧灯杆的数量和间隔。无线覆盖站点规划是在项目进行的前期，未进行现场站点勘测的情况下，对园区/景区的网络进行的初步规划，主要包括网络估算、初始站点选择、系统仿真几个阶段。

　　但是一般来说，4G基站的建设距离是远大于路灯杆的间隔的，路灯杆间隔规范间隔跟配光类型、路宽和灯杆高度有关系，如表1所示（其中Weff指路面的有效宽度）：

　　若灯杆高度按15 m计算，最大间距为52.5 m，4G无线设备覆盖距离按200 m计算（具体覆盖距离需根据链路预算得到）。可以在灯杆1和7安装4G无线设备，每间隔6根灯杆加装1套无线设备。目前中国电信和中国联通在FDD-LTE的1.8G频段可以实现4G设备的共用（独立载波），但是中国移动的TDD-LTE还需要使用独立的设备，所以中国移动和中国电信、中国联通的智慧灯杆基站可以岔开规划，满足天线高度都在最高的平台。

　　6、智慧灯杆配套需求分析

　　（1）4G设备空间需求

　　智慧灯杆作为无线设备的载体，需要有一定的空间预留给4G设备，目前微基站具有代表性的产品有华为的Easy Macro系列和BOOK RRU，以及中兴的A8602。Easy Macro和A8602覆盖距离可以达到250 m，可以嵌入智慧灯杆杆体，也可用于外挂式安装。BOOK RRU覆盖距离最远达到150 m，适合用于外挂式安装，覆盖多个方向盲区或热点区域。

　　（2）电力需求及防雷需求

　　智慧灯杆通信基站原则上采用220 V交流市电供电，但是具体引入方案受每个点的位置和电力引入条件所限，主要有以下几种方案可以备选：方案1：直接从智慧灯杆电力系统中引电；方案2：单独从供电局引电；方案3：直流远供。

　　引电方案的选择需结合实际情况综合考虑，选择以上几种方案中实施难度、建设成本及建站效率最佳的方案。

　　每处智慧灯杆都需设有防雷接地系统，无线设备可共用灯杆接地系统，从路灯杆地下避雷带引出接地引接线，用于无线设备及天馈系统防雷接地。无线设备需在智慧灯杆避雷针45°保护范围之内。

　　（3）传输光缆需求

　　每个智慧灯杆处需新建光缆管道，需从附近基站或光缆交接箱新建传输光缆至智慧灯杆，以确保4G设备与传输设备的连通。所以每个灯杆的下面需配置一个光缆终端盒，考虑到后期5G设备的接入需求，光缆终端盒最少需24芯以上，24芯光缆终端盒尺寸为300×125×45（长×宽×高，单位mm）。

　　（4）内部走线需求

　　从无线设备到智慧灯杆底部，需预留两根φ=25 mm的PVC管，分别用来布放电源线和尾纤。

　　7、智慧灯杆在5G网络中的应用展望

　　面向2024年及未来，移动通信技术和产业将迈入5G时代。当前，5G愿景与需求已基本明确，5G将满足人们超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性的需求。与4G相比，5G在技术上能够更加充分地利用频谱资源，尤其是丰富的高频资源，大幅提升频谱效率；在网络结构上将实现更加灵活的部署，支持更加多样化的场景，融合多种无线接入方式，提高能源效率和成本效率，实现移动通信网络的可持续发展。

　　智慧灯杆的引入能够更加丰富5G网络的组网方式，5G网络也能够充分利用路灯分布范围广、建设需求稳定、基站伪装性高等优势，尤其在小区、商业广场、工业园区、景区等较为敏感的地区，更具建设意义。智慧灯杆作为5G网络设备的基础设施载体，既可以用来实现广域覆盖，又可以用来实现热点区域覆盖。智慧灯杆可以作为虚拟化小区的载体，搭建成单个5G子网络，成为各切片网络的基础设备。