基于城市復(fù)雜環(huán)境的5G移動網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)分析

作者簡介：吳端興（1984— ），男，福建泉州人，工程師，學(xué)士；研究方向：無線通信工程規(guī)劃設(shè)計。

摘要：當(dāng)前城市建設(shè)中，人們對網(wǎng)絡(luò)信號的需求越來越大。移動通信已經(jīng)從最初的2G，3G，4G發(fā)展到了現(xiàn)如今的5G，其中運用了SON技術(shù)、異構(gòu)超密集部署分析技術(shù)等多種新技術(shù)，使5G移動網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度及通信能力得到了大幅度的提高，實現(xiàn)了數(shù)千兆的寬帶傳輸。文章針對5G網(wǎng)絡(luò)在部署及承載環(huán)境等方面的需求，科學(xué)分析網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目標(biāo)，通過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)評估模型、優(yōu)化語音話務(wù)負(fù)載、優(yōu)化移動信號干擾及覆蓋切換性能等方面，對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化研究。研究表明，優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)與先前相比更加穩(wěn)定，可滿足當(dāng)前城市對網(wǎng)絡(luò)的需求。

關(guān)鍵詞：5G移動網(wǎng)絡(luò)；移動通信；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；復(fù)雜城市環(huán)境

中圖分類號：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

現(xiàn)階段，城市建設(shè)中5G移動網(wǎng)絡(luò)在穿透力方面較弱，很容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量受到影響，且在日益復(fù)雜化的城市環(huán)境下，更是需要多種優(yōu)化技術(shù)，對5G移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一定的優(yōu)化設(shè)計，提升其覆蓋范圍與信號質(zhì)量，確保人們在城市中的各個區(qū)域都可以獲取到穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。

1 5G移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.1 部署場景

5G移動網(wǎng)絡(luò)的部署需要考慮室內(nèi)外場景分布情況。首先，應(yīng)考慮移動寬帶的增強(qiáng)，為用戶提供質(zhì)量更高的互聯(lián)網(wǎng)通信服務(wù)，并為用戶提供各類大場景體驗，如超清視頻、社交、網(wǎng)游、VR虛擬空間等，讓用戶隨時隨地接入網(wǎng)絡(luò)，體驗高速率的網(wǎng)絡(luò)傳輸。其次，應(yīng)做好低時延應(yīng)用，滿足各類大型場館的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，如車聯(lián)網(wǎng)、智能交通、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)等，為用戶做到毫秒級低時延的通信，確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性。最后，應(yīng)做好大連接數(shù)據(jù)通信，特別應(yīng)面向智慧型城市、智慧型農(nóng)村、森林防火等大型數(shù)據(jù)，通過高質(zhì)量數(shù)據(jù)采集，對目標(biāo)業(yè)務(wù)進(jìn)行控制，同時具備低功耗數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與海量數(shù)據(jù)連接點，讓用戶隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，為用戶提供更為豐富的網(wǎng)絡(luò)功能。為此，在5G移動網(wǎng)絡(luò)的后續(xù)優(yōu)化過程中，就應(yīng)考慮到部署場景方面，提升用戶使用體驗與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果。

1.2 核心網(wǎng)絡(luò)

5G移動網(wǎng)絡(luò)仍處于發(fā)展階段，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷豐富，很多運營商都通過5G移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)應(yīng)用，從前期的NSA轉(zhuǎn)變?yōu)榱薙A網(wǎng)絡(luò)，滿足復(fù)雜通信需要。特別是在城市復(fù)雜環(huán)境中更可發(fā)揮出較大的作用，例如可通過邊緣計算技術(shù)，提高5G移動網(wǎng)絡(luò)的傳播速率，并將核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分流，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的資源分配合理性，具有靈活組網(wǎng)等功能，如圖1所示。

5G移動網(wǎng)絡(luò)在構(gòu)建中還應(yīng)考慮通信環(huán)境，在不同的數(shù)據(jù)中心提供邊緣計算框架，并引入虛擬化技術(shù)與云技術(shù)等，將局域網(wǎng)、核心網(wǎng)等相互連接，構(gòu)建IP網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與互聯(lián)。而這種方式在城市復(fù)雜環(huán)境中卻很容易受到影響，不同于3G，4G等網(wǎng)絡(luò)有中轉(zhuǎn)放大裝置，5G移動網(wǎng)絡(luò)穿透性較差，核心網(wǎng)絡(luò)中的通用服務(wù)器與微服務(wù)軟件直接連接，在傳輸中容易受到信號衰減影響［1］。

2 城市復(fù)雜環(huán)境的5G移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求

2.1 網(wǎng)絡(luò)部署需求

為確保5G移動網(wǎng)絡(luò)為群眾提供更大的幫助，國家對5G移動網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)工作提出了相關(guān)要求。當(dāng)前階段下，我國很多城市已將5G基站建設(shè)作為重點工作，以便將5G移動網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用到各類商用或民用建筑中，包括大型超市、廣場、地鐵交通、住宅樓、辦公樓等都已經(jīng)著手建設(shè)，且很多商用的前期工作已經(jīng)完成。為了確保5G建設(shè)工作達(dá)到預(yù)期，運營商的工作人員也通過了MR采集技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)等對網(wǎng)絡(luò)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)控，并將收集的數(shù)據(jù)作為商用計劃。城市中的大型商場、軌道交通等區(qū)域的5G建設(shè)工作量是非常大的，需要各運營商將此作為重點發(fā)展區(qū)域，重視該類區(qū)域的5G建設(shè)工作，工作人員應(yīng)選用安裝方便、耗時較短的小型基站進(jìn)行建設(shè)，如小微站、直放站等，并對已有的4G基站進(jìn)行調(diào)整與升級。同時，為了確保5G移動信號的全面覆蓋，應(yīng)通過玲瓏塔、樓間對打等方式進(jìn)行信號覆蓋范圍的擴(kuò)大，確保城市的全面覆蓋［2］ 。

2.2 網(wǎng)絡(luò)承載環(huán)境需求

5G移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍較為廣泛，在運用中不僅可以與各類智能設(shè)備形成連接，還可以通過虛擬技術(shù)、AI技術(shù)等將車輛、傳感器、數(shù)控床等多類型設(shè)備連入網(wǎng)絡(luò)。此外，由于5G移動網(wǎng)絡(luò)自身傳輸速度較快、時延較低、連接范圍較為廣泛，可被應(yīng)用到許多領(lǐng)域中，因此需要提高5G移動網(wǎng)絡(luò)的資源容量，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的各類功能。為了滿足社會資源需求及人們的生活需要，5G移動網(wǎng)絡(luò)在架設(shè)中，需要通信人員對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。

在城市復(fù)雜環(huán)境下，人們對于5G移動網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不斷增加，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)每時每刻都需要承擔(dān)更大的數(shù)據(jù)流，如在大型商超、居民密集區(qū)、大型寫字樓等區(qū)域，特別是很多地下環(huán)境空間，更是對5G移動網(wǎng)絡(luò)的穿透性能提出了挑戰(zhàn)。為此，進(jìn)一步保障5G移動網(wǎng)絡(luò)通信的信號質(zhì)量，強(qiáng)化5G移動網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能及傳輸穩(wěn)定性，是當(dāng)前城市復(fù)雜環(huán)境中的一大難題。工作人員更應(yīng)著重于強(qiáng)化5G移動網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)功能，提升移動網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，降低人為因素或網(wǎng)絡(luò)容量因素所導(dǎo)致的對5G移動網(wǎng)絡(luò)的影響。

3 城市復(fù)雜環(huán)境的5G移動網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計思路

3.1 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)

在城市復(fù)雜環(huán)境下的5G移動網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計工作中，應(yīng)與城市規(guī)劃進(jìn)行緊密結(jié)合，旨在通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，使城市建設(shè)得到更好的發(fā)展，也能更加滿足現(xiàn)代化城市中人們的要求。同時，還應(yīng)通過高質(zhì)量的5G移動網(wǎng)絡(luò)來更好地協(xié)調(diào)城市的資源，確保人們?nèi)粘Ｋ杓跋嚓P(guān)企業(yè)的資源需求。因此，在移動網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作中，首先應(yīng)著眼于城市未來發(fā)展，只有實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全覆蓋，將網(wǎng)絡(luò)真正帶入人們的生活，才可以促進(jìn)城市的進(jìn)一步發(fā)展。但現(xiàn)階段距離該項目標(biāo)還有一定的距離，為此在優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)充分發(fā)揮5G移動網(wǎng)絡(luò)的效用，通過其高效率的傳輸，確保數(shù)據(jù)流量的實時性。例如在汽車應(yīng)用中，可通過5G移動網(wǎng)絡(luò)的高效傳輸，短時間分析出車輛狀態(tài)，并獲取到城市內(nèi)所有車輛行駛的信息，從而規(guī)劃出更為合適的路線，確保行車安全，加快城市的發(fā)展。

3.2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計的方向

5G移動網(wǎng)絡(luò)相比于以往的其他移動網(wǎng)絡(luò)，擁有多樣化的優(yōu)勢，其中最為明顯的優(yōu)勢就是5G移動網(wǎng)絡(luò)更為立體化與多元化，因此網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計就可以該項優(yōu)勢為工作方向，采用分層次分析的方式，將原本較為分散化的網(wǎng)絡(luò)布局轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)化布局。該布局中應(yīng)有核心、各個功能點位及各個方面，并有組織地分散到城市的各個角落中，確保城市網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性，同時再通過各項技術(shù)手段，依照類別或環(huán)境地分別進(jìn)行優(yōu)化，確保網(wǎng)絡(luò)使用的穩(wěn)定性。另外，5G移動網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的其他網(wǎng)絡(luò)不同，5G可以根據(jù)接入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行分析，感應(yīng)及配型網(wǎng)絡(luò)，并滿足各類業(yè)務(wù)的需求，同時還可以自動進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)容量資源分配，更好地處理多任務(wù)并行時網(wǎng)絡(luò)的使用效果，確保5G移動網(wǎng)絡(luò)的傳輸效果，為此應(yīng)積極強(qiáng)化該項功能，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

3.3 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計的方式

城市復(fù)雜環(huán)境下的5G移動網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，應(yīng)立足于當(dāng)前城市的各項需求，結(jié)合5G移動網(wǎng)絡(luò)的自身特點，突出其多元化的業(yè)務(wù)功能、復(fù)雜化的架構(gòu)以及一些突發(fā)性需求，從中建立網(wǎng)絡(luò)容量配置，這不僅是當(dāng)前階段對于5G移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化的必要方式，同時也是5G移動網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展中必須經(jīng)歷的關(guān)鍵點。為此在5G移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，應(yīng)立足整個發(fā)展趨勢，將5G移動網(wǎng)絡(luò)的需求進(jìn)行綜合，全面考慮網(wǎng)絡(luò)容量配置，確保網(wǎng)絡(luò)資源的共享化與實時化。5G移動網(wǎng)絡(luò)不僅應(yīng)最大化地發(fā)揮自身價值，還應(yīng)平衡各個地區(qū)之間的網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)調(diào)度情況，均衡各個地區(qū)的使用。為此，需要在城市復(fù)雜環(huán)境中構(gòu)建專屬于5G移動網(wǎng)絡(luò)的海綿型架構(gòu)，以適應(yīng)突發(fā)性需求更多、業(yè)務(wù)較為不均衡的復(fù)雜城市環(huán)境。

4 城市復(fù)雜環(huán)境的5G移動網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化措施

4.1 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)評估模型

相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，5G移動網(wǎng)絡(luò)擁有更為突出的優(yōu)勢，這也是5G移動網(wǎng)絡(luò)可以承載大量用戶數(shù)據(jù)的必備條件。為了降低城市內(nèi)部復(fù)雜環(huán)境對5G移動網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的影響，在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計中，首先應(yīng)構(gòu)建起網(wǎng)絡(luò)評估模型，以5G移動網(wǎng)絡(luò)本身為架構(gòu)，甄選出網(wǎng)絡(luò)傳輸中面臨的各類問題，并通過單基站性能評估與規(guī)劃法等方式進(jìn)行評估，測試網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果。在當(dāng)前的城市復(fù)雜環(huán)境下，5G網(wǎng)絡(luò)需要承載日漸復(fù)雜化的用戶信息，因此也需要接入大量的設(shè)備，擁有大量的基站。為了確保5G移動網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量，可通過動態(tài)評估的方式對基站傳遞信號進(jìn)行分析，使工作人員及時發(fā)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)信號存在的問題及受到的影響，再結(jié)合大數(shù)據(jù)庫，保存、對比該類信息，為后續(xù)的優(yōu)化工作提供幫助［3］ 。

4.2 語音話務(wù)負(fù)載均衡優(yōu)化

當(dāng)前我國城市化建設(shè)快速發(fā)展，很多城市人員過于密集、信息數(shù)據(jù)量龐大，5G移動網(wǎng)絡(luò)的基站容易超載，導(dǎo)致很多用戶難以享受到穩(wěn)定的5G網(wǎng)絡(luò)體驗，如在語音通信服務(wù)中出現(xiàn)掉線、卡斷等情況，為此應(yīng)對現(xiàn)有的5G網(wǎng)絡(luò)基站進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新。先對網(wǎng)絡(luò)基站的運行狀態(tài)進(jìn)行評估，分析該基站的網(wǎng)絡(luò)資源容量是否存在超載現(xiàn)象，并測試其信號傳輸能否滿足當(dāng)前城市中人們的使用需求，是否需要升級或擴(kuò)容。分析后可通過語音話務(wù)負(fù)載均衡技術(shù)，合理分配各個基站的資源容量，對基站的通信任務(wù)量進(jìn)行重新規(guī)劃，實現(xiàn)基站的合理承載，解決基站超載問題，并對未來一段時間內(nèi)的話務(wù)承載量進(jìn)行預(yù)測與統(tǒng)計，提升5G移動網(wǎng)絡(luò)的通信穩(wěn)定性，起到實際的優(yōu)化效果。

4.3 移動信號干擾控制優(yōu)化

5G移動網(wǎng)絡(luò)雖然擁有較高的傳輸速率，較大的網(wǎng)絡(luò)資源容量，但穿透性及抗干擾性較差，特別是在城市復(fù)雜環(huán)境中，5G移動網(wǎng)絡(luò)所面臨的外界干擾因素非常多，工作人員可通過建設(shè)網(wǎng)絡(luò)評估模型，找尋網(wǎng)絡(luò)的干擾因素，包括各類型電磁設(shè)備、惡劣天氣、干擾信號等多種因素，特別是在大型商超、多功能寫字樓等場所，5G移動網(wǎng)絡(luò)很容易受到外界干擾，導(dǎo)致信號出現(xiàn)中斷的情況。為此，應(yīng)廣泛運用干擾控制技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)基站及覆蓋范圍內(nèi)加裝抗干擾設(shè)備，降低電磁干擾及信號干擾。同時，還應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)信號弱勢范圍中搭載較為先進(jìn)的屏蔽器裝置，增加基站的發(fā)射功率，并降低范圍內(nèi)其他因素干擾，確保5G網(wǎng)絡(luò)信號的穩(wěn)定性，提升網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，起到一定的優(yōu)化效果，滿足使用需求。

4.4 覆蓋切換性能優(yōu)化

城市復(fù)雜環(huán)境下，5G移動網(wǎng)絡(luò)在優(yōu)化設(shè)計中應(yīng)提高覆蓋范圍，為網(wǎng)絡(luò)的運行提供保障。城市的通信環(huán)境較為復(fù)雜，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)普遍采用2.1 GHz與3.5 GHz的信號頻率，而這些高頻率會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的信號衰減，為此應(yīng)采用NR-PDCCH覆蓋增強(qiáng)方案，擴(kuò)大信道基本映射單元RE數(shù)，支持更高的聚合等級。同時，信道的結(jié)構(gòu)方式及PDCCH的傳輸模式也應(yīng)向集中化優(yōu)化，合理調(diào)控基站的覆蓋范圍。如果基站的覆蓋范圍過小，會存在較大的盲區(qū)；如果基站覆蓋范圍過大，又會增加信號干擾情況。為此，應(yīng)通過覆蓋優(yōu)化技術(shù)，了解基站周邊環(huán)境，靈活調(diào)整基站發(fā)射功率，合理設(shè)置各個基站的參數(shù)，降低相互干擾性。為了提升網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度，還應(yīng)通過切換優(yōu)化技術(shù)，降低移動網(wǎng)絡(luò)頻譜資源短缺的影響，提升網(wǎng)絡(luò)信號性能，隨時通過模糊邏輯分析，切換智能天線運行狀態(tài)，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量［4］ 。

5 結(jié)語

總而言之，5G網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前城市網(wǎng)絡(luò)通信的重要組成部分，而在城市復(fù)雜環(huán)境下，工作人員更應(yīng)做好5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)化設(shè)計，應(yīng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)評估模型、強(qiáng)化語音話務(wù)負(fù)載均衡優(yōu)化、移動信號干擾控制優(yōu)化、覆蓋切換性能優(yōu)化等，提升5G移動網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸質(zhì)量，合理分配5G網(wǎng)絡(luò)資源容量及任務(wù)調(diào)度，降低外界因素干擾，滿足現(xiàn)代化城市中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)

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（編輯 沈 強(qiáng)）

Abstract： In the current urban construction， the peoples demand for network signals is increasing. Mobile communication has evolved from 2G， 3G， 4G to 5G today， utilizing various new technologies such as SON technology and heterogeneous ultra dense deployment analysis technology， greatly improving the transmission speed and communication capability of 5G mobile networks， achieving thousands of megabytes of broadband transmission. The article focuses on the deployment and hosting environment requirements of 5G networks， scientifically analyzes the network architecture， and combines the goals of network optimization. By constructing a network evaluation model， optimizing voice traffic load， optimizing mobile signal interference， and coverage switching performance， the article conducts optimization research on 5G networks. Research has shown that the optimized network is more stable than before and can meet the current needs of cities for the network.

Key words： 5G mobile network; mobile communications; network optimization; complex urban environments