導 讀：激光無(wu)線供電(dian)技術應(ying)用于(yu)5G基站(zhan)還(huan)處于(yu)研發階(jie)段，距離落(luo)地還(huan)有一定(ding)的路途要(yao)走。不(bu)過從廣義通信(xin)的范圍來看，“隔空(kong)取電(dian)”從智(zhi)能手(shou)機拓展到5G基站(zhan)是電(dian)力(li)傳(chuan)輸(shu)進程(cheng)中(zhong)的重(zhong)要(yao)一步(bu)，無(wu)論對于(yu)普(pu)通用戶，還(huan)是通信(xin)運營商都將具有重(zhong)要(yao)意義。
還記得(de)今年年初小米發布的隔空充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)技(ji)術嗎?相比當前市面上主流的接觸(chu)式(shi)無線(xian)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)，該技(ji)術真正實(shi)現了智能手機通過(guo)無線(xian)方式(shi)“隔空取(qu)電(dian)(dian)(dian)”。而在近日，這一堪稱“黑科(ke)技(ji)”的應用又得(de)到了進(jin)一步(bu)拓展——在5G基(ji)站供電(dian)(dian)(dian)中得(de)以實(shi)現，邁(mai)出了5G基(ji)站建設歷(li)史上具有里程碑意義的一步(bu)。
10月4日，愛立信宣布與激光創新公司PowerLight Technologies合作，在西雅圖實現了概念驗證，成功展示了全球首個安全的，采用完全無線供電方式的5G基站，該方案中供電方式使用了光波束——一種基于激光的技術，將電轉化為高強度光，然后再被無線基站捕獲轉化為電能，從而進行遠程供電。
5G網絡建設需要持續創新
就如同(tong)手機從功能(neng)機到智(zhi)(zhi)能(neng)機的(de)演(yan)進過程，在手機功能(neng)越來越強大(da)，但電(dian)池技術又遲遲沒(mei)有突破性革命的(de)情況(kuang)下(xia)，各路智(zhi)(zhi)能(neng)手機廠(chang)商紛(fen)紛(fen)將目光轉(zhuan)移(yi)到了(le)充電(dian)技術的(de)革新上。因為無論功能(neng)多(duo)么(me)強大(da)，硬件多(duo)么(me)領先的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)手機，沒(mei)有了(le)電(dian)能(neng)的(de)支持，它一(yi)樣只是(shi)一(yi)塊“板磚(zhuan)”，而5G基站同(tong)樣如此。
眾所周知，5G擁有三(san)大原子能力，即eMBB：enhance MobileBroadband，增(zeng)強型移動寬帶;uRLLC：ultraReliable & Low Latency Communication，超高(gao)可靠超低時延通(tong)信;mMTC：massiveMachine Type Communication，海量機器類型通(tong)信，以應對三(san)大應用場景，構建萬物互聯(lian)的全聯(lian)接世界。但是5G這么(me)好，它也(ye)遵循一(yi)個對立統一(yi)的規(gui)律，“人無完人”，5G也(ye)有讓人頭(tou)疼的缺點。
首先，昂貴的成本問題。運營商建設5G網絡成(cheng)本壓力巨大(da)是人盡皆知(zhi)的(de)事(shi)情，簡單算(suan)一筆帳，按(an)照此前中國移動采集單座5G基(ji)站的(de)價格大(da)約為16萬元，同(tong)時根據公開預測(ce)5G基(ji)站數(shu)量是4G的(de)兩倍計算(suan)，5G要(yao)完(wan)成(cheng)像4G相同(tong)的(de)覆蓋效果大(da)約就需要(yao)1000萬個基(ji)站，那么算(suan)下來5G基(ji)站的(de)采購總投入將達到1.6萬億，可謂是一個天文數(shu)字。
然而，這還僅(jin)僅(jin)是(shi)電(dian)信運(yun)營商(shang)采購設備所需支(zhi)(zhi)出的(de)(de)成本，并(bing)不(bu)包括網絡建成之后(hou)的(de)(de)電(dian)費(fei)(fei)、維護費(fei)(fei)、人工費(fei)(fei)、場地費(fei)(fei)等等。因此(ci)，通過各(ge)種創(chuang)新方式降低網絡部署(shu)的(de)(de)成本支(zhi)(zhi)出就成了(le)各(ge)大(da)運(yun)營商(shang)削尖腦袋要做的(de)(de)事(shi)情。比如(ru)，在基站(zhan)的(de)(de)供電(dian)與(yu)業務傳輸中，傳統方案是(shi)運(yun)營商(shang)通過復合光(guang)纜引(yin)入外(wai)市(shi)電(dian)，每(mei)年公布的(de)(de)基站(zhan)光(guang)纜采集項目通常動輒(zhe)就是(shi)幾千(qian)萬芯公里，這筆錢如(ru)何有效的(de)(de)省去?
其次，網絡部署效率問題。不談光纜采購以及人力維護耗資甚巨，在基站建設的過程中，經常會因為外市電引入或改造周期太長而影響基站開通的進度。比如，眾所周知5G最大的一個賣點就是靈活部署能力，通過大帶寬、低時延、海量鏈接可以隨時隨地的連接任何物聯網設備，但是(shi)，5G基站本身卻(que)很(hen)難(nan)做到隨時隨地(di)的(de)靈活(huo)部(bu)(bu)署(shu)，因為移動通信基站并不只有(you)基站設備，而(er)是(shi)包(bao)括機房、電線、鐵塔桅桿等在(zai)內的(de)完整的(de)結構(gou)部(bu)(bu)件，其中(zhong)供(gong)電設備十(shi)分重要(yao)，而(er)在(zai)抗險救災、大型晚會、體(ti)育賽事(shi)等場景中(zhong)，怎(zen)樣省去“最后一根電纜”呢?因而(er)探索在(zai)不同環境網絡部(bu)(bu)署(shu)的(de)速度和(he)靈活(huo)性也是(shi)運營商亟待解決(jue)的(de)重要(yao)問題。
激光無線供電方式打開新世界大門
根(gen)據(ju)愛立信官方(fang)新聞(wen)簡述(shu)，此次(ci)演示過(guo)程(cheng)中，雙方(fang)在(zai)沒有從街道電(dian)網接電(dian)，以及不涉(she)及現(xian)場發電(dian)的(de)情況下(xia)(xia)，通過(guo)PowerLight Technologies的(de)激(ji)光(guang)技(ji)術(shu)，成功激(ji)活(huo)了(le)一臺完(wan)全處于“無能(neng)為力”狀(zhuang)態下(xia)(xia)的(de)愛立信Streetmacro 6701 5G毫(hao)米波基站(zhan)，實現(xian)了(le)300米(985英尺(chi))距(ju)離內傳輸480瓦的(de)能(neng)量。
該系統主要由兩個部件組成，包括一個發射器和一個接收器。發射器一端的電力被用來產生強大的光束，并將其發送到接收器，接收器使用專門的光伏陣列來捕捉它，反過來又將傳入的光子轉換為電能，可為它所連接的任何設備供電。
愛立(li)信北美網(wang)(wang)絡負責人Kevin Zvokel表示，激光束無線供電的(de)方案在不需要(yao)連接(jie)到電網(wang)(wang)的(de)情況(kuang)下就能(neng)安全地進行(xing)遠(yuan)距離傳輸電力，消(xiao)除了(le)布網(wang)(wang)建設過程中由電池站點(dian)選(xuan)擇造成的(de)障礙，大(da)(da)大(da)(da)節省了(le)部(bu)署(shu)時間(jian)，提高(gao)了(le)靈活性。
PowerLight Technologies的(de)執行主席Claes Olsson則(ze)表(biao)示，大多數(shu)人都知道，如今無線(xian)(xian)充電技術已經被(bei)應用手(shou)機、手(shou)表(biao)等(deng)小型(xing)電子設備(bei)當中(zhong)。但愛立信和PowerLight Technologies的(de)演示更具(ju)有突破性，是(shi)向(xiang)著更大系統(tong)規模(mo)的(de)安全(quan)、無線(xian)(xian)電力傳輸的(de)商業化進(jin)程中(zhong)的(de)重要一步。并且(qie)PowerLight Technologies目前還在開發一種系統(tong)，在未(wei)來幾年內可以實現電能(neng)在數(shu)公(gong)里范圍(wei)內的(de)無線(xian)(xian)安全(quan)傳輸。
愛立(li)信和(he)PowerLight Technologies的這套(tao)無(wu)線傳輸(shu)代替(ti)了供電線，從一定程(cheng)度上可以幫助運營商(shang)快速開通(tong)基站(zhan)(zhan)站(zhan)(zhan)點，尤其適用于城市桿站(zhan)(zhan)、微站(zhan)(zhan)的快速部署，可適合應急通(tong)信保障(zhang)或特(te)定時間密集(ji)化需(xu)求的臨時場景。除此之外(wai)，它還可以為無(wu)人AGV、無(wu)人機、傳感器等各種物聯網(wang)設備(bei)便(bian)捷地(di)供電。
設想美好但道阻且長
實際上，激(ji)光充電技(ji)術(shu)(shu)并不是一個全(quan)新的(de)概念，它是利(li)用(yong)光線進(jin)行遠距離(li)能量傳輸的(de)一種技(ji)術(shu)(shu)，由美(mei)國武器開發和(he)制造商洛克希德·馬丁與美(mei)國激(ji)光動力(li)公司共同(tong)研發。2013年5月，裝備了世(shi)界首款(kuan)激(ji)光充電系統“隱形塔”的(de)垂直起(qi)降飛(fei)機進(jin)行首次飛(fei)行，可利(li)用(yong)激(ji)光為任意多旋翼直升機通過光纖傳送能量。在其地面部分能源充足情況下，可實現(xian)飛(fei)機不間斷飛(fei)行。
2016年(nian)，俄羅斯一(yi)家名叫“能(neng)源(yuan)”的(de)火箭航(hang)天公司也做了(le)一(yi)項關于激(ji)光(guang)(guang)充電(dian)(dian)(dian)技術的(de)驗(yan)證，他(ta)們(men)在(zai)兩座相隔1.5公里的(de)大樓間，通過(guo)在(zai)其中一(yi)個屋頂(ding)安裝激(ji)光(guang)(guang)發射(she)器(qi)，另一(yi)個屋頂(ding)安裝對(dui)光(guang)(guang)板(ban)，并(bing)且(qie)在(zai)對(dui)光(guang)(guang)板(ban)上加入了(le)常規(gui)移動電(dian)(dian)(dian)話充電(dian)(dian)(dian)端口，實現了(le)為手機充電(dian)(dian)(dian)1小時的(de)成(cheng)就。在(zai)這個過(guo)程中，雖然(ran)對(dui)光(guang)(guang)板(ban)長度(du)只有 10cm，但依然(ran)精確地接(jie)收到了(le)激(ji)光(guang)(guang)，實在(zai)令人驚嘆。
根據報道，在(zai)國內(nei)(nei)，華(hua)(hua)為也已經申請了(le)(le)一(yi)項(xiang)通(tong)過激光(guang)來(lai)為手(shou)(shou)機進行“無(wu)(wu)線充(chong)電”的(de)(de)專利。據華(hua)(hua)為官方頁面信(xin)息(xi)顯示，它可以給多個設備同時充(chong)電，除了(le)(le)手(shou)(shou)機外，無(wu)(wu)線充(chong)電還(huan)可以應用于包括無(wu)(wu)人(ren)機在(zai)內(nei)(nei)的(de)(de)各種物聯網設備。同時，為了(le)(le)保(bao)證使用者的(de)(de)安全，發射端(duan)會(hui)支持檢測(ce)激光(guang)路徑中的(de)(de)眼睛，并及時切(qie)斷(duan)激光(guang)發射以保(bao)護人(ren)或寵物。
如(ru)今，愛立信(xin)與PowerLight Technologies又(you)將激光供電技術應用于5G基站當(dang)中，不可謂不吸引人(ren)，不過，從這項技術的發展(zhan)來看，想要實現落地商(shang)用恐(kong)怕還尚需時日。
首先，其中牽扯到光電轉化效率問題和低碳問題，電能轉化成光能，再從光能轉化為電能，這其中損耗有多少?節省布網費用不能顧此失彼，撿了芝麻丟了西瓜；其次是安全(quan)性保(bao)障，當然(ran)，在(zai)此次驗(yan)證中雙方也特(te)意強調了這項技術的(de)安全(quan)性，通過一(yi)個“虛(xu)擬防護罩或安全(quan)環”在(zai)任何生物(wu)或物(wu)體穿過時，都能激活這一(yi)功(gong)能，自動(dong)關(guan)閉電力輸(shu)送的(de)光(guang)束，由場地(di)的(de)備用(yong)電池接(jie)管(guan)。
小結：激光無(wu)線(xian)供電技術應用(yong)于5G基站(zhan)還(huan)處于研(yan)發階段，距離(li)落地還(huan)有一定的(de)(de)路途要(yao)走。不過(guo)從(cong)(cong)廣義通信(xin)的(de)(de)范(fan)圍來看，“隔空取電”從(cong)(cong)智能手(shou)機(ji)拓展到(dao)5G基站(zhan)是電力傳輸(shu)進程中(zhong)的(de)(de)重(zhong)要(yao)一步(bu)，無(wu)論對于普通用(yong)戶，還(huan)是通信(xin)運營商都將具(ju)有重(zhong)要(yao)意義。
