人工智能的5G無線網絡智能規劃和優化

石磊

（國家能源集團煤焦化有限責任公司西來峰分公司 內蒙古自治區烏海市 016000）

5G無線網絡的英文名稱為5th-Generation，屬于第五代移動通信網絡，從性質上來看是4G技術的一種延伸。5G技術的數據傳輸速率可以實現1Gbps甚至更高，在移動通信和無線通信系統開發過程中，5G無線網絡的融入也面臨著全新挑戰。在傳統移動網絡通信中，通常都需要依靠人工方式來進行網絡部署和網絡運維管理，此過程不僅投入了大量的人力資源，同時也加大了移動通信企業的運營成本，在一定程度上對網絡環境優化帶來了巨大的挑戰。而在大數據技術迅速發展的影響下，5G網絡運營管理效率也得到了明顯提高，提高用戶的個人體驗，使數據信息能夠充分發揮出自身的價值，最終高效地提供優質移動網絡服務。

1 5G無線網絡的主要技術類型

1.1 高頻段數據傳輸技術

移動網絡數據在具體傳輸過程中，利用高頻段數據傳輸技術，是未來無線通信網絡的主要發展方向。目前，國內外相關技術研究人員都對高頻段數據傳輸技術給予了高度重視。而常見的無線網絡通信最基本的工作都是保持在3GHz頻率范圍之內，這就會在一定程度上減少頻譜資源的使用效率，在此基礎上還能夠降低頻譜資源短缺的緊張壓力，對一些距離較短、傳輸速度較高的通信傳輸起到了一定的支持作用，充分滿足了5G通信系統對數據傳輸效率和數據容量等一系列高性能方面的需求。

1.2 D2D技術

D2D技術主要是將信號基站作為中心區域，使信號能夠覆蓋于每個區域之間，在蜂窩通信系統中是一種十分常見的組網措施，基站與中基站通常都是保持固定不變的，所以在一定程度上自身的靈活性和網絡結構都受到了很大約束。而通過在不同類型的通信終端應用D2D技術，網絡通信可以變得更加直接，是當前現代化信息傳輸技術的重要內容，在此接入模式中可以應用各個區域的無線網絡基本構件，進而實現較為良好的拓展，確保無線通信網絡的便捷性和穩定性，通信連接線路之間可以實現靈活相連。

1.3 新型多天線信號傳輸技術

通過5G網絡技術應用類型可以得知，多天線技術的研究十分關鍵。該技術經歷了長期發展之后，取得了非常明顯的進步，可以明顯提高頻譜的使用效率，與以往相比頻譜的應用效率要高出數十倍。并且將有源天線陣列相關的基本內容融入到了全新的天線傳輸技術當中，天線陣列也從二維模式轉變為了三維模式，可以進行協同控制的天線數量大大增加，而且還會有效減少不同類型終端之間的信號干擾，伴隨著高頻段頻譜的開發與應用，使網絡環境的基礎容量大大提高，而且信號覆蓋基本性能變得更加優良。

1.4 新型網絡框架

在當前LTE系統中最常應用的就是無線網絡扁平化框架，同時也是一種新型的接入網方式，應用此框架可以使大面積的系統延時有效降低，并且后期基地內構建網和后期無線網絡維護成本也能夠得到明顯降低。C-RNA接入網絡架構在5G通信網絡系統中也十分常見，它是一種結合了集中化信息處理、無線電網絡結構等方面要素的新型無線接入網網絡結構。通過C-RNA網絡架構，可以在一定程度上應用光傳導網絡系統，可以在距離較遠且節點較為密集的天線陣列之間實現無線信號傳播，建立起集中多個基站節點的超級服務站點，覆蓋范圍可以拓展到上百甚至上千平方公里。

2 人工智能為基礎的5G無線網絡建設技術與應用

在人工智能技術快速發展的背景下，5G網絡建設通常會利用多樣化的創新技術來提升網絡運行速度和信息傳輸效率，像上述內容所提及的多天線信號傳輸、D2D技術等等，這些技術在5G網絡建設過程中都有所涉及?，F如今，我國無線網絡系統建設時，對于LTE無線網絡采用的是扁平化網絡架構，因為這樣能夠明顯減少運行時所產生的的業務時延問題，降低網絡建設與運營維護過程的成本。而且5G網絡建設采用的是C_RAN架構系統，圍繞著集中處理和協作無線電技術，實現了綠色接入網架構模式。另外，C_RAN接入網可以通過成本較低的高速光傳播網絡，使信號能夠在超遠距離的天線和中心節點之間進行傳播。除此之外，此類型網絡架構在建立過程中還可以使網絡基站得到明顯的支持，協作天線的數量也會有所增加。

除了以上涉及到的技術之外，以人工智能技術為基礎的5G網絡系統建設，還能夠在其中引用3D-MIMO技術，并且還能夠明顯減少波束智能賦型的干擾影響，與此同時，通過應用高頻段毫米波技術，可以明顯提高無線網絡的信號覆蓋范圍和傳輸效率。然而需要留意的是，其中涉及到的3D-MIMO技術，在實際應用中可以通過掌握空間維度，來改善網絡系統運行過程中的信號接收質量，以此來獲得更好的網絡運行效率。除此之外，5G網絡系統建設中多媒體技術類型的不斷增加，使得傳統以基站為中心的運營模式，已無法適應當前環境下的用戶需求，然而在5G無線網絡系統構建過程中應用D2D技術，可以依靠不同的基站來擴展網絡接入渠道，提高短距離的通信信道質量，讓信號能夠朝更廣闊的范圍傳輸，在各個終端都能夠實現良好的信號覆蓋。

3 人工智能在5G無線網絡環境中的具體應用場景分析

5G網絡在我國于2019年開始正式實施部署。與以往的4G技術相比，5G技術可以滿足不同業務場景所提出的需求，具備速率高、時延低以及連接較多的特點，并能夠同時支持精準定位、邊緣計算以及網絡切片等能力，在這樣一個新需求、新場景以及新特性的背景下，5G網絡在部署以及運營管理過程中的工作都面臨著前所未有的挑戰。首先，網絡組網結構十分復雜。多個不同頻段4G/5G網絡技術相協同，獨立與非獨立組網可以互相共存。其次，與4G網絡技術相比，波束管理、物理層設計以及網絡切片等新特性的設計具備更加靈活的特點，而且5G網絡的參數配置非常繁多而且更加復雜，傳統的人工優化過程將很難對其進行優化配置。再有就是5G網絡對定制化網絡能力以及升級需求等方面十分迫切。在5G網絡多樣化業務當中，以垂直行業為代表的相關內容對無線網絡能力提出了更加嚴格的要求，要求其必須要具備靈活定制的能力。

最后，5G網絡系統中的能量和資源利用效率仍然有待提高。通常情況下5G基站耗電量是4G基站耗電量的三倍之多，5G網絡建立成本也要遠遠多出4G網絡，如何降低網絡功耗，提高網絡資源的利用效率，是當前5G網絡優化過程中，這是極其重要的一個問題。

針對以上幾點問題，未來網絡建設必須要積極應用數據分析以及機器學習技術，來加強5G網絡的自動化、智能化發展水平，進而降低5G運營網絡的部署成本、運維成本以及優化成本，從根本上提高網絡能量和網絡資源的利用效率，加強網絡差異化和定制化的服務能力，使用戶能夠獲得更加良好的體驗。從具體角度分析來看，人工智能技術主要會從以下幾個方面助推網絡運營：

3.1 預測能力

人工智能技術可以對5G網絡運行狀態、用戶行為以及業務特點進行可靠預測。通過預測，可以對5G網絡環境的精細化管控進行優化。比如：通過故障預測、性能預測等，都可以實現快速且主動地網絡運維。同時通過業務流量預測，還可以有效支持網絡節能，通過業務類別預測、用戶軌跡預測以及用戶體驗預測等方面可以高效實現主動化、精細化網絡資源調度模式，在滿足業務體驗保障的基礎之上，還可以使網絡資源的利用效率最大化。

3.2 優化數據驅動的有效決策方法

從海量網絡數據中的機器學習算法可以對5G網絡建設過程中終端之間彼此存在的問題進行統一高效地建模。在此基礎上也為探索5G網絡優化空間和求解復雜難度高等問題提供了科學有效的決策方法。對于一些高維度變量和多目標優化問題，可以應用無線電網絡來迅速采集不同無線環境下的網絡層級協議、信令、用戶以及相關應用數據，建立起與機器學習模型為表征的網絡多維參數和網絡端與端之間的性能指標，進而能夠建立起多目標聯合優化的數據模型。配合優化之后的搜索算法，來獲取最佳的網絡參數配置建議，或者是為在線優化算法提供更加良好的初始搜索點，加強網絡優化的效率。除此之外，AI技術也能夠為建模難度較高的聯合跨層優化與網絡異常檢測分析提供了更加有效的手段。

從AI應用無線領域來看，可以從資源和時間兩個角度來劃分控制與管理功能。將其應用可以從無線智能化決策所需時間的顆粒度與管控資源顆粒度細分為以下三大種類：第一類主要是針對小時/天等時間單位的管理優化。目前所了解的資源顆粒度可以分為小區級、基站級以及切片級。此類技術的應用主要針對的還有5G網絡的相關要求，其中具體包括：網絡優化配置、網絡故障管理以及小區級電線波束參數優化等內容。

第二類相比于第一類顆粒度資源范圍，顆粒度會更細一些，通常都是主要面對解決載波級別用戶的控制面，和用戶面無線網絡優化問題，實現業務體驗優化、負載平衡以及干擾管理等多方面業務。

第三類更具有一定的實時性，通常都是以毫秒級別來劃分的，主要處理的是空口傳輸的AI應用問題，比如圍繞機器學習和用戶調度強化學習以及智能化鏈路自適應編碼方案挑選等內容。

另外，從實際情況來看，業界目前對AI在5G網絡環境中的應用研究越來越多，同時產業界在重點用例方面已經達成了一定的共識，為實現以上典型應用場景提供了關鍵支持。

4 圍繞人工智能技術的5G無線網絡規劃與優化具體措施

伴隨著科學技術的快速發展，5G技術為人民群眾提供了可靠性高、傳輸效率快的優質數據服務，使廣大用戶能夠在流暢媒體環境中盡情享受。從另外一種角度分析來看，5G技術具備靈活性和全面性的網絡架構，可以根據用戶的不同需求來進行組網和拓展，具體覆蓋了工業、農業以及醫療服務等相關行業領域。

而從人工智能角度來看，5G無線網絡建設規劃與優化的具體措施有以下幾點：

4.1 遵循因地制宜的原則

在當前智慧城市建設發展過程中，需要始終遵循以人為本的原則，充分探索人民群眾的潛在需求，從而能夠在最大程度上發揮出應有的價值。在此促進作用下，5G無線網絡在實際建設過程中就可以得到科學規劃與優化，為智慧城市建設提供有力支持，帶給人們更加便捷舒適的網絡環境。在針對5G網絡進行具體規劃時，可以分析用戶流量和數量費用兩個方面，整合所有用戶所提出的要求，進而能夠實現對5G網絡進行科學合理的規劃。在具體規劃和控制環節中，可以將集約統籌類網絡框架作為切入點，不斷優化通信基站質量，確保基站網絡信號能夠實現實時共享，為無線信號傳輸提供便捷條件。此外，還要重點關注鄉村地區網絡規劃發展進程，這樣才可以實現5G網絡全面惠民便民，擴大5G無線網絡信號的覆蓋面積，凸顯出服務優先的重要理念。

4.2 做好信息防護規劃

現如今，市場環境中出現了大量的智能化終端，并且應用范圍十分廣泛，無線網絡基礎數據流量也在這樣的應用環境下呈現出明顯的增長趨勢。同時，網絡基本性能不僅可以通過密集型的網絡環境來實現優化，還可以在整體方面提升5G網絡的覆蓋面積，對其中存在的業務進行分流處理，使網絡基本部署能夠得到穩定提升，強化5G網絡應用過程中的靈活性。所以，加快智慧型城市5G信息傳播效率，對其進行科學規劃與優化，將信息數據的安全性作為中心工作任務，強化各種防護措施，以此來規避網絡環境中的各種惡意攻擊，構建科學完善的網絡體系。于此同時，在靈活應用安全技術過程中，還需要從數據角度進行分析，在應急處理和運行等各個方面，建立起全方位的安全防御體系，尤其是在運行方式偏向于多元化的當前環境中，必須要確保5G無線網絡環境布局的安全性。

4.3 城市整體規劃

現如今，在新媒體技術廣泛應用的背景下，業務數據和移動數據也在其發展過程中發生著相應的改變，通信網絡成為了其中不可或缺的支撐橋梁。所以在5G無線網絡規劃過程中，需要重點關注城市規劃建設，確保5G無線網絡能夠為整個城市建設帶來全新形態，在智慧型城市建設過程中，還要對其5G系統進行精準布局。這樣才可以使5G網絡技術在智慧型城市建設過程中發揮出應有的優勢。5G無線網絡技術具體規劃如圖1所示。

圖1：5G無線網絡規劃與優化

5 結束語

綜上所述，5G技術呈現出明顯的多元化發展趨勢，在各種類型智能化終端的應用下，移動流量數據也在快速增長。而對5G網絡進行深入規劃和優化，則需要結合當前信息發展的實際背景，加強城市信息建設的綜合水平和能力，最終在最短時間內實現數字化規劃布局，為智慧型城市發展提供基礎力量。