火神山秒建5G基站,“云监工”背后的是通信技术的极限挑战


今年我们都经历了一个很特殊的春节,首先要向依然奋斗在疫情第一线的医护工作者们致以最高的敬意,同时也向奋斗在各行各业的劳动者们致以崇高的敬意。这次疫情给我们的工作生活带来了很大改变,各位都体验了一次线上的工作与生活,我们已经高度依赖于发达的通信网络。那么,今天我主要从三个方面分享:

1.5G在火神山医院的应用情况;

2.5G在疫情当中发挥了哪些作用,会对哪些产业产生颠覆性的变化?

3.短期爆发的这些应用场景,对于5G的未来有哪些思考?

01三天完成部署,火神山通信网络是如何实现的?

火神山应用场景下,从施工到使用,人员比较密集,短时间内大量人员的信息通信需求量非常高,部署5G可以发挥它的优势来更好地服务于这个场景。它的大带宽,高速率技术也相对比较成熟,同时也为后面更多的在线医疗应用提供很好的通信保障。而网友在家里“云监工”,这主要就归功于现场的5G的视频监控。

另外一个问题就是,5G手机的普及率不是很高,这怎么办?所以现场对3G和4G也同步做了扩容和优化,在室内使用了5G的CPE,这是一个把5G信号转化为室内信号的设备,这样就能够缓解室内的数据通信的需求。

火神山5G部署进度:

1月23日决定开建火神山医院;

1月24日,大年三十,上百台挖掘机到达现场,开始进行土地平整;

1月25日,大年初一,火神山医院正式开工,当晚也开通了第一个5G网络;

1月26日,大年初二,第一间样板房建成,当晚火神山医院的3G,4G新建、扩容、优化的网络全部开通;

2月2日,上午火神山医院正式交付使用。

在火神山医院部署中,一共新建七个5G基站和一个4G的基站,扩容了三个4G基站,调优了两个3G基站,所有的3、4、5G基站全部都采用了最高的网络容量配置,来确保最高的通信质量,同时还铺设了十条以上的办公专线,开通了专网。在整个火神山的直播过程中,背后主要是5G做为网络支撑。

通信网络建设不是加一根天线那么简单,单从技术角度来讲,至少有网络建设部、网络运维部、网络优化部,三大部门统一协调工作。在外部,还要有设计院、系统集成商、设备提供商、施工部门一块来完成。所以是一个比较大的、复杂的系统工程。

通信网络建设是一项系统工程

为了方便讲解,我做一些简化,主要把它分三大块:勘察设计、部署施工、调试优化。所有的工作在两天之内全部完成。

第一块,勘察设计。

我们首先要选择一个合适的站址,可能在街上你能看到有的房屋上面有一些基站的天线,有的还有一些铁塔。如果你看到你的楼上面有3G、4G、5G的基站,你要庆幸这个楼的建设质量非常高。因为运营商在建设基站的时候,都要对建筑物进行评估,如果建筑物的质量不好,是坚决不能建的。

这些铁塔、蓄电池的重量非常大。为什么会有蓄电池?因为通信是一个对可靠性要求极高的系统,一般来讲,我们是靠市电,220V-380V这样的电来支撑。但是我们也会考虑一旦市电停电了怎么办?这时候通信不能停,就像我们以前有固定电话的时候,停水停电了,但固定电话依然能打出去,这意味着通信系统有它自己一套独立的电源体系。我们通信工程专业,之前还有专门的课去讲通信电源,它与我们这个市电是不一样的。

3G、4G、5G的建设,除了市电之外,需要考虑一个万全之策,万一市电因为各种原因断了怎么办?我们可以用蓄电池,如果蓄电池用完了怎么办?我们还有第三套方案,用油机发电。所以说通信的设计,完全是用这种可靠性来保证通信的畅通。

第二块,部署施工。

部署施工主要需要的是物料,比方说基站的天线、设备、网卡等等。现在物流非常发达,很多行业都是零库存。但通信行业不是,为什么?刚才提到通信行业是一个高可靠性的行业,那怎样提供这种可靠性?靠冗余,很多东西都会有备料。就像这次火神山医院,1月23日下了命令,24日所有的料全备齐,华为公司等提供设备的供应商非常给力。

除了物料要达到冗余之外,在设计建设线路时,也需要一个冗余设计。比方说北京到武汉,绝对不是一个单向的链路,要保证在物理上是双回路。这也就意味着,如果因各种原因导致一个通信线路断了之后,绝对还会有另外一个通信线路能保证畅通。

第三块,调试优化。

最后,要完成调试和优化。比方说火神山的基站建设完之后,现场的工作人员马上做了一个测试,火神山的5G网络,现场测试下行是921兆BPS,上行是133兆BPS。下行是什么意思?就是从基站到手机叫做下行,上行就是反过来由手机到基站。所以在现场传四路的超高清视频毫无问题,这是4G绝对达不到的,4G传一路可能就比较卡。

当完成这三步之后,整个无线基站的物理架构基本上就结束了。最后再加载一个视频,这个视频是由现场工作人员的5G手机采集上传测试的,后面换成了固定的高清摄像头,视频信号首先传给了后台的视频服务器,推送到云端。三大运营商有天翼云,咪咕云,还有Woo云。然后联合央视,通过央视频这个平台来开通,那么大家也是在大年初二,26号晚上差不多快七点的时候,看到了火神山医院的施工现场,开始了“云监工”。

建设中的火神山医院

02天气、时间、施工现场,火神山5G部署的三大难题

刚才讲的是,传统通信网络架构建设的三部曲。常规情况下,5G从无到有的建设大概要一个礼拜。但是,在火神山建设的时候,有它自己独有的困难。今天主要讲三个——

第一个,时间短。

七天的工作,现在要三天之内彻底完工。首先是人员缺乏,很多人春节都回家了,把人给招回来是不容易的。通信施工人员与医生、医护人员是一样的,都是专业性极强的工作,不是随便抓一个人就可以干。其次就是物料,刚才也提到了,华为公司很给力,物料问题通过各种手段都解决掉了。

第二个,施工现场情况太复杂。

这不像平时施工,我们到建筑物去进行勘探,设计,做仿真,然后调测之类。现场有100多台挖掘机同时工作,供电、供水、污水处理等都在同时施工,所以很可能会发生,上午把光缆布下去,下午就被挖断了。

这时候怎么办?最终的解决方案是走水路。

大家如果看地图会发现,火神山医院的旁边有一个知音湖,通信工程师就通过知音湖水路架设了一根光缆,然后接到了火神山。

第三个,最大的困难是天气。

因为当时武汉在下雨,加上温度比较低,容易形成冰冻。基站的扩容必须要在现有的通信塔上加装一些设备,这时候风险性就比较大。所以一开始先用无人机先观测,这样的话才能保证人员安全。这是三个最大的困难,除此之外的一些困难都是在现场解决掉了。

5G的无线基站在三天之内全部完工,工作就结束了吗?不是的,后期的维护更加的麻烦。马上面临的第一个问题,就是室内分布。

1月31日晚上,火神山医院全部通电,通电之后,就可以做室内的各种建设,比方说室内机房的设备安装,室内管线的铺设,还有室分系统。

什么叫室分系统?

可能大家平时都有这种体验,我们在办公楼里面打电话,一拐弯信号没了,或者信号特别弱,有时候在地下车库的信号也特别弱。为什么会这样?因为无线移动信号一般是2G赫兹以上,穿墙能力不是很强,而且经过多次折射,反射之后可能会有盲区。怎么解决?加“室分”。全称叫做室内分布系统,在不增加容量情况下,提高接收和发射信号的强度。这个其实也就是大家平时在走廊里看到那种“小蘑菇头”,它会把无线信号放大。

室内分布系统

外面大的基站叫做宏基站,室内分布系统,室内管线,以及机房都已经建设完毕,是不是就结束了?还不行,还有信息管理系统。

我们要在火神山医院里面建各种信息化系统,包括病人、医生、药物、安防等等,这些都要统一管理起来。做过相关行业的朋友可能知道,这叫做健康管理系统,如果对这个行业本身没有深入了解,做起来是一种非常折磨人的事。

工程师们也非常拼命,在通电之前把各种软硬件都调试好了,所以一通电马上入场进行调试。在2月2日交付使用,2月3日收治病患的时候,基本上大部分都可以开始使用了。

03 5G在疫情中发挥了哪些作用?

在整个疫情当中,5G发挥了什么作用?对哪些行业会有颠覆性转变?

2月9日,火神山医院与解放军总医院完成了首次5G网络的远程会诊。2月14日,工信部在北京举行了一个媒体通气会,介绍了5G和电信大数据分析对于支撑服务疫情防控的总体情况。对于5G的评价是:面对突如其来的疫情的考验,刚刚商用不久的5G在这次疫情斗争中发挥了重要的作用。

最突出的是5G的视频直播,5G远程会诊系统。

远程会诊

除了火神山医院之外,像雷神山、武汉协和医院、四川大学华西医院和四川卫建委都完成了5G网络的远程会诊,这样就可以充分利用专家资源,病患也可以无接触地享受到专家诊疗服务。火神山医院还使用了一种叫做5G远程医疗小推车,这里的本地医疗数据,包括CT影像检测指标等,都可以共享给远端的专家来进行远程诊断使用。

除此之外,还有5G机器人。因为疫情要避免接触,所以机器人的使用就是一个非常好的场景。5G防疫机器人为病人提供送水、送药、体温测量、消毒清洁等简单的医护工作,不但可以降低医护人员的工作强度,同时也可以降低感染的概率。

还有基于5G的热成像技术,可以在火车站、机场、地铁等大量人员汇集的地方,进行快速、无接触的测温和体温监控,很多场所都已经开始使用。另外,就是在后方的远程协同办公、远程教育等等,也都是5G应用的重要场景。

5G热成像测温系统

5G对于减少人群的汇集,阻断疫情传播有着重要作用。

从基站建设、室内建设,到信息系统的建设,火神山医院见证了我们中国通信的5G速度。这体现了我们战胜疫情的坚定决心,也祝愿我们火神山医院以及所有的疫情的患者早日的康复,我们的医护人员也做好防护,早日凯旋。

(本文根据孙松林的造就直播课内容整理而成)

《5G时代:经济增长新引擎》孙松林著


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