Уличный фонарь 5G работает за счет установки малогабаритного радиомодуля на опору освещения, так что опора становится одновременно источником света и элементом инфраструктуры мобильной сети. Радиомодуль обрабатывает беспроводной сигнал. Опора передает его, обеспечивает питание и защищает от непогоды. Большинство объяснений ограничиваются радиомодулем. От долговечности установки зависит сталь и защитный кожух под ней, и именно эту часть мы и производим.
Причина, по которой 5G вообще оказался на уличных фонарях, кроется в геометрии. Мобильные сигналы более высокой частоты распространяются на меньшие расстояния и теряют мощность при прохождении сквозь стены и деревья, поэтому операторам требуется гораздо больше передатчиков, расположенных близко друг к другу, чем в старых сетях. Уличные фонари уже расположены через равные промежутки вдоль каждой дороги, имеют подключение к электросети и принадлежат муниципалитету. Это делает их самым дешевым доступным местом для размещения малых сот, необходимых для плотной сети.
Что на самом деле представляет собой уличный фонарь с поддержкой 5G?
Уличный фонарь 5G — это опора освещения, на которой рядом с фонарем размещена базовая станция малой соты, использующая ту же конструкцию, источник питания и расположение на улице. «Умная» опора объединяет светодиодное освещение, базовую станцию малой соты 5G, камеры видеонаблюдения, Wi-Fi, датчики окружающей среды, зарядное устройство для электромобилей и информационные дисплеи на одной конструкции. Радиосвязь 5G — лишь один из нескольких компонентов, поэтому наша линейка «умных» уличных фонарей разработана с учетом кронштейнов и люков доступа, подходящих для любого набора оборудования, указанного городом.
Малая сотовая станция — это маломощный радиомодуль, охватывающий небольшую территорию, обычно один квартал или перекресток, а не километры, как макровышка на крыше. Поскольку каждый такой модуль покрывает очень малую площадь, сетям требуется большое количество таких устройств, и именно поэтому уличное оборудование стало предпочтительным местом установки, а не выделенные мачты.
Сам радиоприемник представляет собой герметичный корпус, часто называемый радиоголовкой или выносным радиомодулем, прикрепленный болтами к столбу или к кронштейну в верхней части. Он подключается к основной сети оператора через оптоволоконный или медный кабель, проложенный внутри столба. С улицы виден фонарь и несколько более громоздкий корпус. Сеть видит еще одну точку покрытия в сети, которая должна оставаться непрерывной.
Операторы ценят высоту. Установка радиостанции высоко на опоре позволяет избежать скопления пешеходов и большинства транспортных средств, обеспечивает более четкую линию обзора сигнала вдоль улицы и размещает антенну над скоплением припаркованных автомобилей, которые в противном случае могли бы ее блокировать. Опора обеспечивает эту высоту в качестве стандартного, предварительно установленного элемента, что и составляет всю коммерческую логику данного подхода.
Рынок таких столбов отражает эту логику. По оценкам Precedence Research , рынок «умных» столбов составит примерно 15.5 млрд долларов США в 2026 году, а к 2034 году вырастет до 47 млрд долларов США, в то время как Coherent Market Insights прогнозирует еще более резкий рост. Обе компании объясняют этот рост в основном расширением сети 5G и программами «умных городов», что означает быстрый рост количества столбов, на которые запрашивается размещение радиооборудования.
Откуда радио берет свое начало
Уличный фонарь с поддержкой 5G питает свой радиомодуль от той же сети, что и сам светильник, что работает только в том случае, если нагрузка на систему освещения оставляет достаточный запас мощности. В этом случае эффективность светильника перестает быть просто деталью освещения и становится ограничением сетевой инфраструктуры. Чем меньше энергии потребляет светильник, тем больше остается для радиомодуля и датчиков.
В старых уличных светильниках, использующих натриевые или ртутные лампы высокого давления, большая часть мощности цепи потреблялась только для производства света. Современные светодиодные светильники выполняют ту же работу, потребляя значительно меньше тока. Наши светодиодные светильники показывают световой КПД 119.37 лм/Вт при цветовой температуре 3000K в соответствии со стандартом IES LM-79, который является стандартизированным методом измерения количества света, производимого светильником на ватт. С методом LM-79 и более широкими фотометрическими стандартами можно ознакомиться на сайте Общества светотехников (Illuminating Engineering Society ).
Показатель эффективности — это не маркетинговая уловка, это бюджет. Лампа, которая излучает почти 120 люмен на каждый ватт, освобождает ток в существующей цепи, и именно этот освобожденный ток потребляют радиоприемник и блок датчиков. Столб, оборудованный неэффективной лампой, может осветить дорогу, но не оставит запаса для питания маломощной базовой станции без модернизации линии электропередачи.
Адаптивное затемнение еще больше расширяет этот диапазон. Управляемый светодиодный светильник может снижать мощность в часы низкой интенсивности движения и восстанавливать ее по мере необходимости, а данные Министерства энергетики США показывают, что переход на светодиодное освещение в сочетании с сетевым управлением существенно сокращает потребление энергии дорожным освещением по сравнению с устаревшими лампами. Каждый ватт, который лампа не потребляет в 2 часа ночи, — это запас мощности, который может использовать радио, поэтому затемнение — это не просто способ экономии энергии, это часть того, как один источник питания одновременно обеспечивает освещение и сеть. Наш интеллектуальный солнечный уличный светильник GaoDa использует ту же логику в автономном режиме, рассчитывая размеры панели и батареи таким образом, чтобы нагрузка на освещение никогда не лишала вспомогательное оборудование питания.
Питание радиостанции осуществляется по кабелям внутри опоры, которые заканчиваются в герметичном отсеке, обычно в основании или в дверце доступа в середине опоры. Производитель опоры проектирует прокладку кабеля, вводные сальники и внутреннюю изоляцию между цепью освещения и питанием радиостанции. Неправильное выполнение этой работы может привести к попаданию воды по кабелю в основание или к тому, что ремонтная бригада не сможет отключить одну цепь, не повредив другую.
Нося головку радиоприемника высоко на валу.
Уличный фонарь с поддержкой 5G держится на месте только потому, что опора спроектирована таким образом, чтобы выдерживать тяжелую радиостанцию в качестве консольной нагрузки на протяжении десятилетий под воздействием ветра. Радиостанция малой сотовой связи со своим кронштейном представляет собой значительную массу, и она расположена высоко на опоре, где имеет максимальное плечо рычага относительно основания. Это структурная проблема еще до того, как она становится проблемой беспроводной связи.
Ветер — это нагрузка, определяющая конструкцию. Радиомодуль и его антенна представляют собой плоскую поверхность, обращенную к ветру, и эта площадь, умноженная на давление ветра в верхней части столба, создает изгибающий момент, которому должна противостоять вся конструкция. Добавьте к этому кронштейн фонаря и любые камеры, и столб будет противостоять гораздо большей опрокидывающей силе, чем та, которая когда-либо испытывает голая осветительная колонна. Именно поэтому «умный» столб не может быть обычным уличным фонарем с прикрепленным радиомодулем.
Мы используем конструкционную сталь S355, которая обладает более высоким пределом текучести, чем распространенная сталь марки S235, с толщиной стенки 3 мм или 4 мм, подтвержденной расчетами, что позволяет опоре выдерживать консольное оборудование для «умных» опор. Расчет ветровой нагрузки соответствует стандарту EN 40 для осветительных опор , который определяет, как рассчитывается и проверяется сопротивление опоры ветру — тот же принцип мы применяем при добавлении радиомодуля к полезной нагрузке. Более высокая предел текучести стали и подтвержденная толщина стенки превращают концепцию «она выдерживает лампу» в концепцию «она выдерживает лампу плюс тяжелый консольный радиомодуль в течение всего расчетного срока службы». Опоры, указанные в каталоге только для лампы, являются неправильной отправной точкой. Усиленная «умная» уличная лампа ShiKongSuiDao спроектирована с учетом этого варианта нагрузки, а не адаптирована из обычной опоры.
Толщина стенки имеет такое же значение, как и марка стали. Сталь сопротивляется изгибу в поперечном сечении трубы, и более толстая стенка в верхней части ствола часто является местом, где сосредоточен реальный запас прочности. Столб, который с улицы выглядит одинаково, может иметь совершенно разную несущую способность в зависимости от того, была ли эта толщина определена расчетом на ветровую нагрузку или исходя из того, что было в наличии на заводе.
| Коэффициент нагрузки | Обычный столб уличного фонаря | 5G столб уличного освещения |
|---|---|---|
| Полезная нагрузка на вершине столба | Только лампа, малая нагрузка | Лампа плюс радиоголовка, значительная консольная нагрузка. |
| подверженная воздействию ветра территория | Небольшой светильник | Светильник плюс радио плюс антенна |
| Проверка проектной документации управления | Вес лампы | Изгибающий момент, возникающий от консольной зубчатой передачи под воздействием ветра. |
| Типичная марка стали | S235 | S355, более высокий выход |
| на основе толщины стенки | Стандарт каталога | Подтверждено расчетами прочности, 3 мм или 4 мм. |
| Необходим запас мощности. | Только цепь лампы | Лампа плюс радио плюс датчики |
Защита электроники от воды и пыли.
В уличных фонарях с поддержкой 5G радиоэлектроника и электронные компоненты защищены корпусами, рассчитанными на защиту от воды, пыли и механических воздействий, поскольку придорожный блок подвергается наибольшему воздействию всех трех факторов. Радиомодуль, вышедший из строя на третий год из-за попадания влаги через уплотнение, приведет к сбою в сети и необходимости вызова специалиста, а не просто к необходимости технического обслуживания.
Степень защиты от проникновения влаги и пыли определяется кодом IP, представляющим собой двухзначное значение, где первая цифра обозначает защиту от твердых частиц, а вторая — от воды. Корпуса наших светодиодных светильников прошли независимую проверку на соответствие стандарту защиты IP66. IP66 означает пыленепроницаемость и защиту от мощных струй воды с любого направления, что соответствует реальным условиям эксплуатации столба, подвергающегося воздействию проливного дождя и брызг от уборочной техники. Сам рейтинг определяется стандартом IEC 60529 , международным эталоном, устанавливающим требования к защите от влаги и пыли для каждой цифры IP.
Герметизация — это лишь половина проблемы на обочине дороги. Другая половина — это удары, вызванные вандализмом, бросанием предметов и столкновениями транспортных средств с основанием. Наши корпуса прошли независимую проверку на соответствие классу ударопрочности IK10, наивысшему классу для оборудования, устанавливаемого на столбы и подверженного вандализму. IK10 находится на вершине шкалы ударопрочности, разница между корпусом, который трескается при первом контакте, и корпусом, который выдерживает удар и сохраняет герметичность.
Оператор предоставляет радиостанцию с собственными характеристиками корпуса, но радиостанция по-прежнему находится на нашей конструкции, за нашими входными дверями, подключенная кабелем через наши сальники. Защита от атмосферных воздействий всей конструкции зависит от герметичности самого слабого из узлов, поэтому испытания IP и IK, проводимые производителем опоры, относятся к тому же вопросу надежности, что и собственные характеристики радиостанции, а не являются отдельным вопросом.
Что ещё питает этот столб: данные, датчики и средства обеспечения общественной безопасности.
Радиостанция редко бывает единственным устройством. На той же конструкции, где установлена маломощная базовая станция, обычно размещаются датчики и камеры, которые передают данные на городскую платформу IoT, поскольку столб уже имеет электропитание, высоту и магистральный кабель. Датчики окружающей среды сообщают о качестве воздуха, уровне шума и температуре; камеры и пункты экстренной связи поддерживают управление дорожным движением и реагирование служб общественной безопасности; и все это передается по соединению, которое также используется в радиосистеме 5G. Руководство по программе «умный город» ЕС описывает именно такую многоуровневую структуру, где подключенное освещение становится основой для передачи данных в целях мониторинга дорожного движения, безопасности и окружающей среды, а не отдельным обновлением.
Для производителя опор это важно, потому что каждый дополнительный элемент означает большую консольную массу, больше кабеля в шахте и больше герметичных отсеков для защиты от влаги. Опора, предназначенная только для лампы и радиостанции, а затем переоборудованная для размещения камер и блока датчиков, снова столкнется с расчетом ветровой нагрузки, которого у нее никогда не было. В честной конструкции данные и безопасная нагрузка рассматриваются как часть расчетной нагрузки с самого начала, поэтому в нашей интеллектуальной уличной лампе JinZhi кабели для камер и датчиков прокладываются параллельно с радиоканалом внутри одной спроектированной шахты.
Кому что принадлежит на столбе?
В случае с уличным фонарем 5G права собственности четко делятся на две категории: оператор владеет радиомодулем, SIM-картой и сетью, а производитель — конструкцией, креплением и прокладкой кабелей. Знание этой границы важно на этапе закупки, поскольку отказы, как и гарантия, концентрируются по обе стороны от нее.
Мобильный оператор или нейтральный провайдер владеет всем, что взаимодействует с сетью. Это означает радиомодуль малой соты, антенну, SIM-карту или идентификатор сети, оптоволоконное соединение и все программное обеспечение, управляющее сигналом. Если покрытие ухудшается или требуется обновление прошивки, это уже прерогатива оператора. Покупатели не создают сеть, покупая опору.
Производитель опор владеет всеми механическими и электрическими компонентами вплоть до места крепления радиооборудования. Это включает в себя саму опору, конструкцию фундамента и анкеров, марку стали и толщину стенок, расчет ветроустойчивости, внутреннюю прокладку кабелей, люки доступа, характеристики корпуса и антикоррозионное покрытие. Когда город или подрядчик заказывает уличный фонарь 5G, они фактически приобретают именно эту половину, и именно эта половина должна прослужить пятнадцать лет.
Чистый вариант такого разделения — это единый поставщик строительных конструкций, поставляющий опору, спроектированную, рассчитанную и сертифицированную для размещения радиостанции оператора, с определенным интерфейсом крепления и проверенными характеристиками корпуса. Сложный вариант — это стандартная опора и радиостанция, прикрепленная позже тем, кто выиграет контракт на интеграцию, при этом расчеты конструкции никому не принадлежат. Первая конструкция выдерживает ветер. Вторая становится проектом замены в будущем.
Если вы планируете развертывание уличного освещения с поддержкой 5G, начните с расчета нагрузки, а не с радиооборудования. Узнайте вес полезной нагрузки и площадь, подверженную воздействию ветра, выбранного оператором радиооборудования, а затем запросите у поставщика опор подписанный расчет конструкции, подтверждающий, что опора выдержит его при скорости ветра на вашем объекте. Радиооборудование — это товар оператора. А вот опора, которая будет удерживать его в течение пятнадцати лет, — это та часть, которую стоит тщательно продумать.
Часто задаваемые вопросы
Как простыми словами работают уличные фонари с поддержкой 5G?
Уличный фонарь 5G устанавливает малогабаритный радиомодуль на опору освещения, так что одна конструкция одновременно освещает улицу и передает мобильный сигнал. Опора обеспечивает необходимую высоту, подачу электроэнергии и защищенный от атмосферных воздействий корпус; оператор обеспечивает радиомодуль и сетевое соединение за ним.
Почему 5G устанавливают на уличные фонари, а не на вышки?
Сигналы 5G с более высокой частотой распространяются на меньшие расстояния и требуют большого количества передатчиков, расположенных близко друг к другу. Уличные фонари уже установлены через равные промежутки вдоль каждой дороги, они уже подключены к электросети и принадлежат муниципалитету, что делает их самыми дешевыми доступными точками крепления для плотной сетки малых сот, необходимой для этой сети.
Что такое малая клетка?
Малая сотовая станция — это маломощное радиоустройство, охватывающее небольшую территорию, например, один квартал или перекресток, в отличие от широкой зоны покрытия макровышки на крыше. Поскольку каждая такая станция покрывает небольшую площадь, сети развертывают их в больших количествах, поэтому предпочтительным местом для их установки стала уличная мебель.
Разряжает ли радиомодуль 5G уличные фонари?
Радиоприемник потребляет энергию от той же сети, что и лампа, поэтому эффективность лампы определяет, останется ли достаточно энергии. Эффективные светодиодные головки, такие как светильники с показателем 119.37 лм/Вт по стандарту LM-79, освобождают мощность цепи, которую затем используют радиоприемник и датчики без модернизации питающей сети.
Какая опора необходима для переноски радиооборудования 5G?
Для опоры, на которой высоко расположена тяжелая радиостанция, необходима высокопрочная конструкционная сталь, например, S355, а толщина стенки должна определяться расчетом ветровой нагрузки, а не стандартными параметрами из каталога. Расчет конструкции зависит от изгибающего момента, создаваемого консольной радиостанцией, поэтому обычный уличный фонарь не подходит в качестве основания.
Как защищено оборудование 5G от непогоды и вандализма?
Лампа и электроника размещены в корпусах с классом защиты IP66 от пыли и мощных струй воды, а также IK10 от физических ударов — наивысшим показателем по шкале ударопрочности. Радиостанция оператора имеет свой собственный класс защиты, но её герметичность зависит от герметичности уплотнений, люков доступа и кабельных вводов на опоре.
Кому принадлежит радио, а кому — столб?
Мобильный оператор владеет радиооборудованием, антенной, SIM-картой, сетевым подключением и программным обеспечением для управления. Производитель владеет опорной конструкцией, фундаментом, креплением, прокладкой кабелей, классом защиты корпуса и антикоррозионным покрытием. Границы гарантийных обязательств и ошибок при закупках определяются именно этим принципом.
Можно ли превратить существующий уличный фонарь в фонарь, работающий на 5G?
Только если конструкция опоры рассчитана на дополнительную нагрузку, чего большинство обычных осветительных столбов не предусматривают. Установка тяжелого радиоприемника высоко на столбе, рассчитанном только на лампу, увеличивает изгибающий момент, создаваемый ветром, сверх первоначального расчетного значения, поэтому перед установкой радиоприемника необходимо провести расчет конструкции, чтобы убедиться, что существующий столб может его выдержать.
