火神山秒建5G基站，“云監(jiān)工”背后的通信技術(shù)

今年我們都經(jīng)歷了一個(gè)很特殊的春節(jié)，首先要向依然奮斗在疫情第一線的醫(yī)護(hù)工作者們致以最高的敬意，同時(shí)也向奮斗在各行各業(yè)的勞動(dòng)者們致以崇高的敬意。這次疫情給我們的工作生活帶來了很大改變，各位都體驗(yàn)了一次線上的工作與生活，我們已經(jīng)高度依賴于發(fā)達(dá)的通信網(wǎng)絡(luò)。那么，今天我主要從三個(gè)方面分享：

1.5G在火神山醫(yī)院的應(yīng)用情況；

2.5G在疫情當(dāng)中發(fā)揮了哪些作用，會(huì)對(duì)哪些產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生顛覆性的變化？

3.短期爆發(fā)的這些應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)于5G的未來有哪些思考？

孫松林，北京郵電大學(xué)教授

01

三天完成部署，

火神山通信網(wǎng)絡(luò)是如何實(shí)現(xiàn)的？

火神山應(yīng)用場(chǎng)景下，從施工到使用，人員比較密集，短時(shí)間內(nèi)大量人員的信息通信需求量非常高，部署5G可以發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)來更好地服務(wù)于這個(gè)場(chǎng)景。它的大帶寬，高速率技術(shù)也相對(duì)比較成熟，同時(shí)也為后面更多的在線醫(yī)療應(yīng)用提供很好的通信保障。而網(wǎng)友在家里“云”，這主要就歸功于現(xiàn)場(chǎng)的5G的視頻監(jiān)控。

另外一個(gè)問題就是，5G手機(jī)的普及率不是很高，這怎么辦？所以現(xiàn)場(chǎng)對(duì)3G和4G也同步做了擴(kuò)容和優(yōu)化，在室內(nèi)使用了5G的CPE，這是一個(gè)把5G信號(hào)轉(zhuǎn)化為室內(nèi)信號(hào)的設(shè)備，這樣就能夠緩解室內(nèi)的數(shù)據(jù)通信的需求。

火神山5G部署進(jìn)度：

1月23日決定開建火神山醫(yī)院；

1月24日，大年三十，上百臺(tái)挖掘機(jī)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，開始進(jìn)行土地平整；

1月25日，大年初一，火神山醫(yī)院正式開工，當(dāng)晚也開通了第一個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)；

1月26日，大年初二，第一間樣板房建成，當(dāng)晚火神山醫(yī)院的3G，4G新建、擴(kuò)容、優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)全部開通；

2月2日，上午火神山醫(yī)院正式交付使用。

在火神山醫(yī)院部署中，一共新建七個(gè)5G基站和一個(gè)4G的基站，擴(kuò)容了三個(gè)4G基站，調(diào)優(yōu)了兩個(gè)3G基站，所有的3、4、5G基站全部都采用了最高的網(wǎng)絡(luò)容量配置，來確保最高的通信質(zhì)量，同時(shí)還鋪設(shè)了十條以上的辦公專線，開通了專網(wǎng)。在整個(gè)火神山的直播過程中，背后主要是5G做為網(wǎng)絡(luò)支撐。

通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不是加一根天線那么簡(jiǎn)單，單從技術(shù)角度來講，至少有網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維部、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部，三大部門統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作。在外部，還要有設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商、設(shè)備提供商、施工部門一塊來完成。所以是一個(gè)比較大的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程

為了方便講解，我做一些簡(jiǎn)化，主要把它分三大塊：勘察設(shè)計(jì)、部署施工、調(diào)試優(yōu)化。所有的工作在兩天之內(nèi)全部完成。

第一塊，勘察設(shè)計(jì)。

我們首先要選擇一個(gè)合適的站址，可能在街上你能看到有的房屋上面有一些基站的天線，有的還有一些鐵塔。如果你看到你的樓上面有3G、4G、5G的基站，你要慶幸這個(gè)樓的建設(shè)質(zhì)量非常高。因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商在建設(shè)基站的時(shí)候，都要對(duì)建筑物進(jìn)行評(píng)估，如果建筑物的質(zhì)量不好，是堅(jiān)決不能建的。

這些鐵塔、蓄電池的重量非常大。為什么會(huì)有蓄電池？因?yàn)橥ㄐ攀且粋€(gè)對(duì)可靠性要求極高的系統(tǒng)，一般來講，我們是靠市電，220V-380V這樣的電來支撐。但是我們也會(huì)考慮一旦市電停電了怎么辦？這時(shí)候通信不能停，就像我們以前有固定電話的時(shí)候，停水停電了，但固定電話依然能打出去，這意味著通信系統(tǒng)有它自己一套獨(dú)立的電源體系。我們通信工程專業(yè)，之前還有專門的課去講通信電源，它與我們這個(gè)市電是不一樣的。

3G、4G、5G的建設(shè)，除了市電之外，需要考慮一個(gè)萬全之策，萬一市電因?yàn)楦鞣N原因斷了怎么辦？我們可以用蓄電池，如果蓄電池用完了怎么辦？我們還有第三套方案，用油機(jī)發(fā)電。所以說通信的設(shè)計(jì)，完全是用這種可靠性來保證通信的暢通。

第二塊，部署施工。

部署施工主要需要的是物料，比方說基站的天線、設(shè)備、網(wǎng)卡等等。現(xiàn)在物流非常發(fā)達(dá)，很多行業(yè)都是零庫存。但通信行業(yè)不是，為什么？剛才提到通信行業(yè)是一個(gè)高可靠性的行業(yè)，那怎樣提供這種可靠性？靠冗余，很多東西都會(huì)有備料。就像這次火神山醫(yī)院，1月23日下了命令，24日所有的料全備齊，華為公司等提供設(shè)備的供應(yīng)商非常給力。

除了物料要達(dá)到冗余之外，在設(shè)計(jì)建設(shè)線路時(shí)，也需要一個(gè)冗余設(shè)計(jì)。比方說北京到武漢，絕對(duì)不是一個(gè)單向的鏈路，要保證在物理上是雙回路。這也就意味著，如果因各種原因?qū)е乱粋€(gè)通信線路斷了之后，絕對(duì)還會(huì)有另外一個(gè)通信線路能保證暢通。

第三塊，調(diào)試優(yōu)化。

最后，要完成調(diào)試和優(yōu)化。比方說火神山的基站建設(shè)完之后，現(xiàn)場(chǎng)的工作人員馬上做了一個(gè)測(cè)試，火神山的5G網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試下行是921兆BPS，上行是133兆BPS。下行是什么意思？就是從基站到手機(jī)叫做下行，上行就是反過來由手機(jī)到基站。所以在現(xiàn)場(chǎng)傳四路的超高清視頻毫無問題，這是4G絕對(duì)達(dá)不到的，4G傳一路可能就比較卡。

當(dāng)完成這三步之后，整個(gè)無線基站的物理架構(gòu)基本上就結(jié)束了。最后再加載一個(gè)視頻，這個(gè)視頻是由現(xiàn)場(chǎng)工作人員的5G手機(jī)采集上傳測(cè)試的，后面換成了固定的高清攝像頭，視頻信號(hào)首先傳給了后臺(tái)的視頻服務(wù)器，推送到云端。三大運(yùn)營(yíng)商有天翼云，咪咕云，還有Woo云。然后聯(lián)合央視，通過央視頻這個(gè)平臺(tái)來開通，那么大家也是在大年初二，26號(hào)晚上差不多快七點(diǎn)的時(shí)候，看到了火神山醫(yī)院的施工現(xiàn)場(chǎng)，開始了“云監(jiān)工”。

建設(shè)中的火神山醫(yī)院

02

天氣、時(shí)間、施工現(xiàn)場(chǎng)，

火神山5G部署的三大難題

剛才講的是，傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)的三部曲。常規(guī)情況下，5G從無到有的建設(shè)大概要一個(gè)禮拜。但是，在火神山建設(shè)的時(shí)候，有它自己獨(dú)有的困難。今天主要講三個(gè)——

第一個(gè)，時(shí)間短。

七天的工作，現(xiàn)在要三天之內(nèi)徹底完工。首先是人員缺乏，很多人春節(jié)都回家了，把人給招回來是不容易的。通信施工人員與醫(yī)生、醫(yī)護(hù)人員是一樣的，都是專業(yè)性極強(qiáng)的工作，不是隨便抓一個(gè)人就可以干。其次就是物料，剛才也提到了，華為公司很給力，物料問題通過各種手段都解決掉了。

第二個(gè)，施工現(xiàn)場(chǎng)情況太復(fù)雜。

這不像平時(shí)施工，我們到建筑物去進(jìn)行勘探，設(shè)計(jì)，做仿真，然后調(diào)測(cè)之類?，F(xiàn)場(chǎng)有100多臺(tái)挖掘機(jī)同時(shí)工作，供電、供水、污水處理等都在同時(shí)施工，所以很可能會(huì)發(fā)生，上午把光纜布下去，下午就被挖斷了。

這時(shí)候怎么辦？最終的解決方案是走水路。

大家如果看地圖會(huì)發(fā)現(xiàn)，火神山醫(yī)院的旁邊有一個(gè)知音湖，通信工程師就通過知音湖水路架設(shè)了一根光纜，然后接到了火神山。

第三個(gè)，最大的困難是天氣。

因?yàn)楫?dāng)時(shí)武漢在下雨，加上溫度比較低，容易形成冰凍?；镜臄U(kuò)容必須要在現(xiàn)有的通信塔上加裝一些設(shè)備，這時(shí)候風(fēng)險(xiǎn)性就比較大。所以一開始先用無人機(jī)先觀測(cè)，這樣的話才能保證人員安全。這是三個(gè)最大的困難，除此之外的一些困難都是在現(xiàn)場(chǎng)解決掉了。

5G的無線基站在三天之內(nèi)全部完工，工作就結(jié)束了嗎？不是的，后期的維護(hù)更加的麻煩。馬上面臨的第一個(gè)問題，就是室內(nèi)分布。

1月31日晚上，火神山醫(yī)院全部通電，通電之后，就可以做室內(nèi)的各種建設(shè)，比方說室內(nèi)機(jī)房的設(shè)備安裝，室內(nèi)管線的鋪設(shè)，還有室分系統(tǒng)。

什么叫室分系統(tǒng)？

可能大家平時(shí)都有這種體驗(yàn)，我們?cè)谵k公樓里面打電話，一拐彎信號(hào)沒了，或者信號(hào)特別弱，有時(shí)候在地下車庫的信號(hào)也特別弱。為什么會(huì)這樣？因?yàn)闊o線移動(dòng)信號(hào)一般是2G赫茲以上，穿墻能力不是很強(qiáng)，而且經(jīng)過多次折射，反射之后可能會(huì)有盲區(qū)。怎么解決？加“室分”。全稱叫做室內(nèi)分布系統(tǒng)，在不增加容量情況下，提高接收和發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度。這個(gè)其實(shí)也就是大家平時(shí)在走廊里看到那種“小蘑菇頭”，它會(huì)把無線信號(hào)放大。

室內(nèi)分布系統(tǒng)

外面大的基站叫做宏基站，室內(nèi)分布系統(tǒng)，室內(nèi)管線，以及機(jī)房都已經(jīng)建設(shè)完畢，是不是就結(jié)束了？還不行，還有信息管理系統(tǒng)。

我們要在火神山醫(yī)院里面建各種信息化系統(tǒng)，包括病人、醫(yī)生、藥物、安防等等，這些都要統(tǒng)一管理起來。做過相關(guān)行業(yè)的朋友可能知道，這叫做健康管理系統(tǒng)，如果對(duì)這個(gè)行業(yè)本身沒有深入了解，做起來是一種非常折磨人的事。

工程師們也非常拼命，在通電之前把各種軟硬件都調(diào)試好了，所以一通電馬上入場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試。在2月2日交付使用，2月3日收治病患的時(shí)候，基本上大部分都可以開始使用了。

03

5G在疫情中發(fā)揮了哪些作用？

在整個(gè)疫情當(dāng)中，5G發(fā)揮了什么作用？對(duì)哪些行業(yè)會(huì)有顛覆性轉(zhuǎn)變？

2月9日，火神山醫(yī)院與解放軍總醫(yī)院完成了首次5G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程會(huì)診。2月14日，工信部在北京舉行了一個(gè)媒體通氣會(huì)，介紹了5G和電信大數(shù)據(jù)分析對(duì)于支撐服務(wù)疫情防控的總體情況。對(duì)于5G的評(píng)價(jià)是：面對(duì)突如其來的疫情的考驗(yàn)，剛剛商用不久的5G在這次疫情斗爭(zhēng)中發(fā)揮了重要的作用。

最突出的是5G的視頻直播，5G遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程會(huì)診

除了火神山醫(yī)院之外，像雷神山、武漢協(xié)和醫(yī)院、四川大學(xué)華西醫(yī)院和四川衛(wèi)建委都完成了5G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程會(huì)診，這樣就可以充分利用專家資源，病患也可以無接觸地享受到專家診療服務(wù)?；鹕裆结t(yī)院還使用了一種叫做5G遠(yuǎn)程醫(yī)療小推車，這里的本地醫(yī)療數(shù)據(jù)，包括CT影像檢測(cè)指標(biāo)等，都可以共享給遠(yuǎn)端的專家來進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷使用。

除此之外，還有5G機(jī)器人。因?yàn)橐咔橐苊饨佑|，所以機(jī)器人的使用就是一個(gè)非常好的場(chǎng)景。5G防疫機(jī)器人為病人提供送水、送藥、體溫測(cè)量、消毒清潔等簡(jiǎn)單的醫(yī)護(hù)工作，不但可以降低醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)也可以降低感染的概率。

還有基于5G的熱成像技術(shù)，可以在火車站、機(jī)場(chǎng)、地鐵等大量人員匯集的地方，進(jìn)行快速、無接觸的測(cè)溫和體溫監(jiān)控，很多場(chǎng)所都已經(jīng)開始使用。另外，就是在后方的遠(yuǎn)程協(xié)同辦公、遠(yuǎn)程教育等等，也都是5G應(yīng)用的重要場(chǎng)景。

5G熱成像測(cè)溫系統(tǒng)

5G對(duì)于減少人群的匯集，阻斷疫情傳播有著重要作用。

從基站建設(shè)、室內(nèi)建設(shè)，到信息系統(tǒng)的建設(shè)，火神山醫(yī)院見證了我們中國(guó)通信的5G速度。這體現(xiàn)了我們戰(zhàn)勝疫情的堅(jiān)定決心，也祝愿我們火神山醫(yī)院以及所有的疫情的患者早日的康復(fù)，我們的醫(yī)護(hù)人員也做好防護(hù)，早日凱旋。