5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與城市規(guī)劃結(jié)合策略探討

陳嘉燦

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引 言

城市規(guī)劃主要涉及城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、環(huán)境布局以及人口分布，直接影響著城市的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和居民生活質(zhì)量。一方面，5G 無線網(wǎng)絡(luò)的高速度和大容量為城市的各個(gè)領(lǐng)域，包括智能交通、遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)自動化等提供了強(qiáng)大的支持；另一方面，5G 無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和部署需要考慮到城市規(guī)劃中的各種因素，如建筑物的分布、道路的設(shè)計(jì)以及公共設(shè)施的布局等，同時(shí)也增加了規(guī)劃的復(fù)雜性。5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃則關(guān)乎到基站的布局、頻譜資源的分配以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，探討5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與城市規(guī)劃結(jié)合的策略，對于實(shí)現(xiàn)5G 無線網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化部署和提高城市智能化水平具有重要的理論與實(shí)踐意義。

1 5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的關(guān)鍵元素

1.1 基站布局

基站布局決定了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和服務(wù)質(zhì)量，基站的數(shù)量和位置需要考慮到地理環(huán)境、建筑物分布、用戶分布以及業(yè)務(wù)需求等因素，以確保網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)覆蓋和高速傳輸。在城市區(qū)域，基站的布局還需要考慮到交通流量、公共設(shè)施以及環(huán)境影響等因素。此外，基站的類型和配置（如宏基站、微基站和室內(nèi)基站）也需要根據(jù)實(shí)際需求和條件進(jìn)行選擇與優(yōu)化。

1.2 頻譜資源

在5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，需要合理分配和使用頻譜資源，以滿足不同業(yè)務(wù)的需求，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。在頻譜資源的分配上，需要考慮到業(yè)務(wù)類型（如寬帶業(yè)務(wù)、窄帶業(yè)務(wù)和移動業(yè)務(wù)）、服務(wù)質(zhì)量要求（如數(shù)據(jù)速率、延遲和可靠性）以及用戶分布等因素[1]。此外，頻譜資源的使用也需要遵循一定的規(guī)則和政策，以防止干擾和浪費(fèi)。

1.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃影響到網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和管理。5G 無線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)通常包括接入網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)以及服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等部分，各部分均有自己的功能和需求。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)上，需要考慮到網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性、靈活性、安全性和效率等因素，以支持各種新的應(yīng)用與服務(wù)。此外，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化也需要考慮到網(wǎng)絡(luò)的性能、成本、可管理性等因素。

2 城市規(guī)劃對5G 無線網(wǎng)絡(luò)布局和優(yōu)化的影響

城市的地理環(huán)境、建筑物分布、道路設(shè)計(jì)以及公共設(shè)施布局等都會影響基站的位置選擇。例如，為了確保網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)覆蓋和高速傳輸，基站通常需要安裝在建筑物的頂部或其他高處，然而這些位置的可用性往往受到城市規(guī)劃的限制。另外，城市的交通流量、人口分布和業(yè)務(wù)需求等也會影響基站的數(shù)量與類型，高流量區(qū)域可能需要更多的宏基站和微基站，而低流量區(qū)域則可能只需要少量的宏基站。在商業(yè)區(qū)和居民區(qū)，由于業(yè)務(wù)類型與服務(wù)質(zhì)量的要求不同，可能需要使用不同的頻段和頻寬。此外，為了防止頻譜資源的干擾和浪費(fèi)，還需要進(jìn)行有效的頻譜管理，這也需要考慮城市規(guī)劃的因素。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)上，需要考慮到城市的發(fā)展趨勢、業(yè)務(wù)需求以及技術(shù)條件等，為支持城市的智能化和數(shù)字化，可能需要采用更先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如網(wǎng)絡(luò)切片、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和邊緣計(jì)算等。為了提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和效率，也需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化，該過程需要參考城市規(guī)劃的指導(dǎo)[2]。5G 環(huán)境下的城市動態(tài)管理如圖1 所示。

圖1 5G 環(huán)境下的城市動態(tài)管理

3 5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與城市規(guī)劃結(jié)合策略

3.1 基站布局策略

基于城市規(guī)劃的基站布局策略涉及城市規(guī)劃的人口分布、交通流量以及業(yè)務(wù)需求等信息[3]。首先，需要收集和分析城市規(guī)劃的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括地理環(huán)境、建筑物分布、道路設(shè)計(jì)、公共設(shè)施布局、人口分布、交通流量和業(yè)務(wù)需求等，此類數(shù)據(jù)可以通過城市規(guī)劃部門、統(tǒng)計(jì)部門、交通部門等獲取，也可以通過地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)進(jìn)行處理和分析。其次，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，確定基站的布局，如商業(yè)區(qū)和人口密集區(qū)由于流量較大，可以布置更多的基站；道路、公園和廣場等公共空地由于覆蓋范圍廣，也可以布置基站。在確定基站布局時(shí)，還需要考慮基站的類型、數(shù)量、位置以及方向等因素。基站的具體設(shè)計(jì)和部署過程中，包括基站的選址、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、維護(hù)等環(huán)節(jié)，需要與城市規(guī)劃部門、建設(shè)部門、運(yùn)營商、設(shè)備商等進(jìn)行協(xié)調(diào)與合作，確?；镜捻樌渴鸷瓦\(yùn)行[4]。最后，進(jìn)行基站的性能測試和網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量評估，以驗(yàn)證基站布局策略的有效性，測試和評估的指標(biāo)包括網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率、傳輸速率、延遲、丟包率、用戶滿意度等。

3.2 頻譜資源分配策略

基于城市規(guī)劃的頻譜資源分配策略的主旨在于按照城市規(guī)劃的業(yè)務(wù)需求以及用戶分布，實(shí)行頻譜資源的合理分配。例如，在商業(yè)區(qū)和居民區(qū)運(yùn)用不同的頻段與頻寬，這樣可以滿足各種不同業(yè)務(wù)類型以及服務(wù)質(zhì)量的需求。根據(jù)城市的發(fā)展趨勢和未來需求，進(jìn)行長期的頻譜資源規(guī)劃，實(shí)施該策略涉及的具體步驟和方法包括收集業(yè)務(wù)需求、用戶分布以及發(fā)展趨勢等相關(guān)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，制定頻譜資源的分配方案，例如可以根據(jù)商業(yè)區(qū)和居民區(qū)的業(yè)務(wù)需求與用戶分布，使用不同的頻段和頻寬，同時(shí)也可以根據(jù)城市的發(fā)展趨勢和未來需求，進(jìn)行長期的頻譜資源規(guī)劃。執(zhí)行頻譜資源的分配過程中，包括頻譜的申請、分配、調(diào)整等環(huán)節(jié)，需要與監(jiān)管部門、運(yùn)營商、設(shè)備商等進(jìn)行協(xié)調(diào)與合作，確保頻譜資源的合理使用。頻譜資源的監(jiān)控和管理中，需要完成網(wǎng)絡(luò)的性能測試和質(zhì)量評估，以驗(yàn)證頻譜資源分配策略的有效性。此外，可監(jiān)控頻譜的使用情況，通過網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率、傳輸速率、延遲、丟包率、用戶滿意度等指標(biāo)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的性能測試和質(zhì)量評估。

3.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化策略

該策略側(cè)重于依據(jù)城市規(guī)劃的發(fā)展趨勢、業(yè)務(wù)需求以及技術(shù)條件，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。例如，設(shè)計(jì)出支持城市智能化和數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如網(wǎng)絡(luò)切片、網(wǎng)絡(luò)虛擬化以及邊緣計(jì)算等，同時(shí)根據(jù)城市規(guī)劃的指導(dǎo)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化，以提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和效率。實(shí)施此類策略的步驟和方法主要為收集和分析城市規(guī)劃的相關(guān)數(shù)據(jù)，如發(fā)展趨勢、業(yè)務(wù)需求、技術(shù)條件等[5]?；讷@取數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，制定網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方案，設(shè)計(jì)出能夠支持城市智能化和數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，也可能根據(jù)城市規(guī)劃的指導(dǎo)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和效率。執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程中，需要與運(yùn)營商、設(shè)備商以及其他相關(guān)方進(jìn)行協(xié)調(diào)與合作，滿足用戶對于高速、低延遲以及高可靠性的需求。

4 案例研究

某市智慧交通系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的交通管理和服務(wù)平臺，旨在利用5G 無線網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)交通管理、出行服務(wù)以及公共交通優(yōu)化。因早期的城市規(guī)劃未考慮交通壓力，導(dǎo)致交通擁堵問題嚴(yán)重，該市將5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與城市規(guī)劃相結(jié)合建設(shè)智慧交通系統(tǒng)。智慧交通系統(tǒng)通過5G 技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了智能交通管理?；趯?shí)時(shí)數(shù)據(jù)和智能決策，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測交通狀況、優(yōu)化信號配時(shí)、調(diào)整道路限行等，以提高交通流暢性和安全性。同時(shí)，利用5G 網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和低延遲特性，系統(tǒng)支持高清視頻監(jiān)控、智能識別和違法行為監(jiān)管等技術(shù)，提升交通違法查處和交通安全管理的效果。借助5G 無線網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)技術(shù)，提供了多樣化的出行服務(wù)，通過智能導(dǎo)航、停車導(dǎo)引等功能，幫助用戶規(guī)劃最優(yōu)路徑，減少出行時(shí)間和擁堵。此外，利用5G 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能力，系統(tǒng)還支持共享出行服務(wù)，如共享單車、共享汽車等，提供便捷、低碳的出行選擇。

4.1 案例中5G 網(wǎng)絡(luò)與城市規(guī)劃的結(jié)合策略分析

在基站布局方面，智慧交通系統(tǒng)建設(shè)了大量的5G 基站，以實(shí)現(xiàn)全面的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。截至2022 年底，依據(jù)交通網(wǎng)絡(luò)布局規(guī)劃了超過7 000個(gè)5G 基站。在交通繁忙的市中心和主要干道，基站密度大約為76 個(gè)/m2，以滿足大量車輛和設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸需求。此外，根據(jù)城市的建筑物分布和地形特點(diǎn)，部署基站以避免信號覆蓋的盲點(diǎn)。此策略的實(shí)施使得5G 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率達(dá)到了98%。同時(shí)規(guī)劃了8 個(gè)分布式的數(shù)據(jù)中心，根據(jù)城市的人口分布和交通流量，這些數(shù)據(jù)中心分別位于市中心、主要的商業(yè)區(qū)和郊區(qū)。5G 網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和低延遲特性使得這些數(shù)據(jù)中心能夠接收和處理每天約4 TB 的交通數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心的設(shè)置有效提升了數(shù)據(jù)處理能力，確保了智慧交通系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)，覆蓋了主要交通樞紐、商業(yè)區(qū)和居民區(qū)。這些基站通過高密度的部署，確保了智慧交通系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸和低延遲的通信能力。數(shù)據(jù)顯示，5G 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率已經(jīng)超過了90%，為智慧交通系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和智能決策提供了可靠的支持。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分利用了城市規(guī)劃和交通狀況的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了精準(zhǔn)的頻譜資源分配。根據(jù)實(shí)際需求和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，為智慧交通系統(tǒng)分配了多個(gè)頻段和頻寬，以滿足不同場景和應(yīng)用的需求。該智慧交通系統(tǒng)在交通繁忙區(qū)域的頻譜資源分配更為密集，以確保高容量數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)通信的質(zhì)量。這種合理的頻譜資源分配策略使得智慧交通系統(tǒng)能夠在復(fù)雜的交通環(huán)境中高效運(yùn)行，提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)交通信息和智能導(dǎo)航服務(wù)。系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)分析交通數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)的交通調(diào)度。例如，公交車的行駛路線和發(fā)車間隔根據(jù)乘客的實(shí)時(shí)需求進(jìn)行調(diào)整，由此提高了公交服務(wù)的效率和便利性，使得公交車的準(zhǔn)點(diǎn)率提高了35%。交通信號燈的切換時(shí)間根據(jù)周邊交通流量和車輛速度自動調(diào)整，使得交通流量提高了15%，車輛平均通行速度提高了20%。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化方面，采用了先進(jìn)的技術(shù)和創(chuàng)新的架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與城市規(guī)劃的有機(jī)結(jié)合。通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，將智慧交通系統(tǒng)按照不同的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行切分，為交通管理、智能導(dǎo)航以及公共交通優(yōu)化等提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

4.2 案例結(jié)果分析

該智慧交通系統(tǒng)的案例表明，通過將5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與城市規(guī)劃相結(jié)合，可以有效解決交通管理問題，提高城市運(yùn)行的效率和公眾的生活質(zhì)量。通過數(shù)據(jù)中心，智慧交通系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)接收和處理各類交通數(shù)據(jù)，從而做出及時(shí)的決策，如預(yù)測可能的交通擁堵點(diǎn)，提供最佳的行車路線等。在交通繁忙的地區(qū)，通過增加5G 基站的密度，可以滿足大量車輛和設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸需求。同時(shí)，也考慮了城市的建筑物分布，避免了信號覆蓋的盲點(diǎn)，保證了5G 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過安裝5G 通信模塊和各種傳感器，智慧交通系統(tǒng)可以收集到大量的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅可以用于實(shí)時(shí)的交通管理，也可以用于長期的交通規(guī)劃和決策，為城市的未來發(fā)展提供有力的數(shù)據(jù)支持。此外，通過動態(tài)的交通調(diào)度，交通管理變得更加靈活、高效。例如，通過自動調(diào)整公交車的行駛路線和發(fā)車間隔，智慧交通系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)的乘客需求，提供更好的公交服務(wù)。

5 結(jié) 論

本次研究中，對5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與城市規(guī)劃的結(jié)合策略進(jìn)行了探討與分析，通過研究各個(gè)方面的重要性、挑戰(zhàn)以及具體策略，深入了解了這一領(lǐng)域的關(guān)鍵要素和應(yīng)用場景。5G 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與城市規(guī)劃結(jié)合策略在實(shí)現(xiàn)智慧城市等領(lǐng)域具有巨大的潛力，可以實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃和5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的互相促進(jìn)與優(yōu)化，策略的有效實(shí)施能夠?yàn)槌鞘邪l(fā)展和人民生活帶來更加智能、便捷的生活體驗(yàn)。