面向城市復雜環境的5G移動網絡優化設計技術研究*

李韓軍，張宜軍，潘海捷，陳 童

（中國鐵塔股份有限公司，上海 200051）

0 引 言

當前，智能天線、多輸入多輸出和基帶芯片等技術的快速發展，有力促進了5G移動網絡的應用普及。基于5G移動網絡，人們開發了在線學習、手機銀行、移動社交和生活繳費等移動軟件，提高了社會移動數據共享和業務操作能力[1］。城市是5G移動網絡重要的應用地域，小片范圍內承載的用戶數量數以萬計，且5G移動網絡承載的業務和傳輸的數據非常多。由于5G移動網絡自身固有的特點，穿透建筑大樓、地下涵洞等障礙物的能力非常弱。因此，為了保持5G移動網絡無縫覆蓋，需要實時跟蹤和分析網絡信號，及時發現無縫覆蓋中的漏洞，強化數據通信的可靠性和連續性[2］。

1 城市復雜環境5G移動網絡建設和應用現狀

目前，隨著移動通信用戶的增多，5G移動網絡逐漸開始建設。例如，雄安新區、廣州、深圳、上海、杭州和北京等重要城市及地區，都開始建設試驗性質的5G移動網絡，以便能夠利用實際應用場景檢測網絡應用性能，從而為以后大規模商用建設提供參考資料。城市作為人口集聚的場所，擁有大型的商業超市、體育廣場、地鐵交通、高層住宅和密集社區等。這些區域承載的業務多、用戶多，也是各個運營商的經濟利潤區和重點建設區。具體的5G移動網絡建設如下：一是采用直放站，利用一些小型基站，在4G移動通信信號的基礎上，完成5G移動基站的部署和通信，其中直放站可以部署于商業超市、體育會館等地方；二是采用宏站構建一個大型的基站部署于鐵塔、樓頂，實現對5G信號的發射和接收。截至到2018年12月底，中國移動、中國聯通已經在數十個城市建設了5G基站。例如，湖北移動已經建設完成100多個5G基站，分布于漢口江灘、光谷和漢口火車站；北京聯通發布了“5G NEXT”計劃，在大興國際機場、密云古鎮、王府井大街和南鑼鼓巷等建設了數百個5G基站。這些基站可以有效支持多場景、復雜結構的城市人群通信傳輸[3］。

5G移動網絡承載的應用非常廣泛，不僅包括移動手游、手機銀行、移動旅游和在線學習等軟件，同時可以實現各類型智能VR和GPS定位功能。這些應用需要依賴高速的數據傳輸通道，以便能夠提高應用的實時性。5G網絡也引入了許多先進技術，如SON技術、D2D技術、異構超密集部署分析技術和SDN技術[4］。設備到設備（Deviceto-Device，D2D）技術可以支持移動終端設備復用小區資源，提高5G小區的資源利用率和網絡容量，也可以進一步改善移動頻譜資源利用效果，提高網絡基礎設施的魯棒性。自組織網絡（Self-Organizing Network，SON）可以實現5G網絡部署和運營的自動化，如可以實現網絡的自動化優化、自動愈合，自我調整5G網絡參數，提高網絡性能、質量和網絡運行效能。SON可以降低網絡人工參與度，提高5G移動網絡的運營效率。軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）是一種新型的、先進的網絡創新架構，可以實現5G移動網絡的虛擬化。利用核心技術OpenFlow可以實現網絡設備的控制面與數據面分離，靈活控制5G移動網絡的流量，將5G網絡提升為一個更加智能的管道，為5G核心網絡與應用創新提供良好的控制平臺[5］。

5G移動網絡在為城市人群提供服務的同時，也面臨著非常復雜的通信環境。商業超市、體育廣場、地鐵交通和高層住宅等區域的應用場景如下：商業超市用戶密集，很多超市位于地下一層、二層，通信障礙較大；體育廣場建設采用的一些材料會屏蔽信號；地鐵交通位于很深的地下，呈現出狹長的通道特征，不利于信號部署；高層住宅和密集社區人為阻撓嚴重，不利于信號全覆蓋。本文通過對這些區域進行分析，發現城市復雜環境通信面臨的障礙很多，室內網絡覆蓋深度交叉，室外網絡存在漏洞等，造成了信號的嚴重損失。因此，需要采用先進的5G移動網絡優化方法，持續地進行監測，發現存在的覆蓋缺陷，及時部署基站，保障通信正常[3］。

2 城市復雜環境5G移動網絡優化技術研究

5G移動網絡需要具有大容量、高并發和高速度等特點，以便能夠滿足當前數以億計的用戶接入網絡，提供一個高達2.4 Gb/s的傳輸速度。城市環境復雜、地域大，常規的網絡優化方法不易于直接發現存在的漏洞。因此，可以引入大數據技術和機器學習技術，從海量的通信數據中發現信號的強弱、數據傳輸速度的快慢以及數據傳輸的可靠性等問題，構建一個良好的5G移動網絡通信評估模型，發現潛在的5G移動網絡通信問題，然后及時采用快速鄰區規劃、單基站性能評估等方法，確保網絡通信的無縫覆蓋。城市復雜通信環境承載的用戶數量和移動設備非常多，需要部署的基站需求量很大。為了確保每一個無線信號數據傳輸準確，需要將這些基站發射的數據進行動態評估和分析。此時，需要連續、不間斷地采集通信質量數據，分析這些數據傳輸時5G移動網絡信號的強弱、網絡小區的邊界以及網絡通話可靠度等，并將這些數據發送給智能分析模塊進行統一預處理，實現數據量綱的統一，構建一個數據通信質量矩陣。在大數據分析和機器學習技術的分析結果出來后，網絡管理人員可以發現這些信號是否存在弱項，然后可以采用語音話務負載均衡優化技術、移動信號干擾控制優化技術、覆蓋優化技術以及切換性能優化技術等方法進行優化。

2.1 語音話務負載均衡優化技術

城市復雜通信環境呈現出人群密集、規模集中等特點，因此5G移動基站會面臨超載現象，導致一些用戶無法享受很好的語音話務通信服務。此時，需要利用網絡基站運行狀態評估軟件，分析基站容量是否超載、信號的傳輸性能是否需要提升和改進。分析完畢后，可以使用語音話務負載均衡技術，科學合理地分配各個基站之間的通信任務量，實現基站合理的承載，同時需要對未來話務承載量進行統計和趨勢分析，提升5G移動通信的工作效率。

2.2 移動信號干擾控制優化技術

5G移動通信在城市復雜環境中面臨的干擾因素非常多，除了常規的高樓大廈，還有各類型的電磁設備，如中央空調、管網設備等，尤其是在體育場、商超或地跌站，5G通信系統自身系統受到外界干擾的影響，移動網絡信號會產生中斷。因此，可以使用干擾控制技術，實時評估基站周邊及覆蓋地區的電磁干擾情況，使用先進的屏蔽器增大基站發射功率解決干擾，確保5G移動通信信號的全覆蓋。

2.3 覆蓋優化技術

5G移動通信最關鍵的優化技術是覆蓋優化。無線網絡是否能夠良好運行，全部依賴于信號是否無縫覆蓋。城市復雜通信環境部署5G基站存在兩個矛盾：如果網絡信號覆蓋范圍太小，會存在嚴重的盲區；如果覆蓋范圍太大，信號之間又會產生自我干擾。因此，利用覆蓋優化技術可以首先了解基站周邊的地理環境，觀察基站的高度，調整智能天線的方位角參數和發射功率，設置各個基站之間的參數，從而有效優化信號的覆蓋范圍。

2.4 切換性能優化技術

5G移動網絡切換性能優化技術可以保證提升信號的強度，借助切換管制機制，將智能天線實現水平切換和垂直切換，并按照模糊邏輯的層次分析，在移動網絡的應用質量提升方面發揮重要作用。5G移動網絡頻譜資源短缺，容易導致網絡性能差、通信中斷。切換性能優化技術可以解決這個問題，進一步提高移動無線網絡應用的質量。

3 結 語

雖然5G移動網絡引入了SON、D2D、異構超密集部署分析和SDN等先進技術，但是由于技術自身存在的缺陷，無法面面俱到地維護互聯網的通信傳輸。因此，在面向城市復雜的人群、大規模用戶接入的時候，5G移動網絡自身優化技術還存在一些缺陷。因此，本文提出利用先進的大數據分析技術，從中發現潛在的網絡通信漏洞，然后集成多種網絡通信優化方法，進一步解決城市復雜環境的無覆蓋或弱覆蓋問題，最終實現無縫覆蓋。