基于城市復雜環境的5G移動網絡優化設計技術分析

作者簡介：吳端興（1984— ），男，福建泉州人，工程師，學士；研究方向：無線通信工程規劃設計。

摘要：當前城市建設中，人們對網絡信號的需求越來越大。移動通信已經從最初的2G，3G，4G發展到了現如今的5G，其中運用了SON技術、異構超密集部署分析技術等多種新技術，使5G移動網絡的傳輸速度及通信能力得到了大幅度的提高，實現了數千兆的寬帶傳輸。文章針對5G網絡在部署及承載環境等方面的需求，科學分析網絡架構，結合網絡優化的目標，通過構建網絡評估模型、優化語音話務負載、優化移動信號干擾及覆蓋切換性能等方面，對5G網絡進行了優化研究。研究表明，優化后的網絡與先前相比更加穩定，可滿足當前城市對網絡的需求。

關鍵詞：5G移動網絡；移動通信；網絡優化；復雜城市環境

中圖分類號：TN929.1 文獻標志碼：A

0 引言

現階段，城市建設中5G移動網絡在穿透力方面較弱，很容易導致網絡信號質量受到影響，且在日益復雜化的城市環境下，更是需要多種優化技術，對5G移動網絡進行一定的優化設計，提升其覆蓋范圍與信號質量，確保人們在城市中的各個區域都可以獲取到穩定的網絡。

1 5G移動網絡架構

1.1 部署場景

5G移動網絡的部署需要考慮室內外場景分布情況。首先，應考慮移動寬帶的增強，為用戶提供質量更高的互聯網通信服務，并為用戶提供各類大場景體驗，如超清視頻、社交、網游、VR虛擬空間等，讓用戶隨時隨地接入網絡，體驗高速率的網絡傳輸。其次，應做好低時延應用，滿足各類大型場館的物聯網業務需求，如車聯網、智能交通、工業控制、遠程醫療手術等，為用戶做到毫秒級低時延的通信，確保網絡的可靠性。最后，應做好大連接數據通信，特別應面向智慧型城市、智慧型農村、森林防火等大型數據，通過高質量數據采集，對目標業務進行控制，同時具備低功耗數據業務與海量數據連接點，讓用戶隨時隨地通過網絡進行控制，為用戶提供更為豐富的網絡功能。為此，在5G移動網絡的后續優化過程中，就應考慮到部署場景方面，提升用戶使用體驗與網絡優化效果。

1.2 核心網絡

5G移動網絡仍處于發展階段，隨著相關技術的不斷豐富，很多運營商都通過5G移動網絡實現了大數據應用，從前期的NSA轉變為了SA網絡，滿足復雜通信需要。特別是在城市復雜環境中更可發揮出較大的作用，例如可通過邊緣計算技術，提高5G移動網絡的傳播速率，并將核心網絡進行分流，強化網絡服務的資源分配合理性，具有靈活組網等功能，如圖1所示。

5G移動網絡在構建中還應考慮通信環境，在不同的數據中心提供邊緣計算框架，并引入虛擬化技術與云技術等，將局域網、核心網等相互連接，構建IP網絡，實現數據傳輸與互聯。而這種方式在城市復雜環境中卻很容易受到影響，不同于3G，4G等網絡有中轉放大裝置，5G移動網絡穿透性較差，核心網絡中的通用服務器與微服務軟件直接連接，在傳輸中容易受到信號衰減影響［1］。

2 城市復雜環境的5G移動網絡建設需求

2.1 網絡部署需求

為確保5G移動網絡為群眾提供更大的幫助，國家對5G移動網絡的鋪設工作提出了相關要求。當前階段下，我國很多城市已將5G基站建設作為重點工作，以便將5G移動網絡實際應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、辦公樓等都已經著手建設，且很多商用的前期工作已經完成。為了確保5G建設工作達到預期，運營商的工作人員也通過了MR采集技術、大數據技術、云計算技術等對網絡相關指標進行了調控，并將收集的數據作為商用計劃。城市中的大型商場、軌道交通等區域的5G建設工作量是非常大的，需要各運營商將此作為重點發展區域，重視該類區域的5G建設工作，工作人員應選用安裝方便、耗時較短的小型基站進行建設，如小微站、直放站等，并對已有的4G基站進行調整與升級。同時，為了確保5G移動信號的全面覆蓋，應通過玲瓏塔、樓間對打等方式進行信號覆蓋范圍的擴大，確保城市的全面覆蓋［2］ 。

2.2 網絡承載環境需求

5G移動網絡的覆蓋范圍較為廣泛，在運用中不僅可以與各類智能設備形成連接，還可以通過虛擬技術、AI技術等將車輛、傳感器、數控床等多類型設備連入網絡。此外，由于5G移動網絡自身傳輸速度較快、時延較低、連接范圍較為廣泛，可被應用到許多領域中，因此需要提高5G移動網絡的資源容量，發揮網絡設施的各類功能。為了滿足社會資源需求及人們的生活需要，5G移動網絡在架設中，需要通信人員對網絡進行優化。

在城市復雜環境下，人們對于5G移動網絡的應用不斷增加，網絡架構每時每刻都需要承擔更大的數據流，如在大型商超、居民密集區、大型寫字樓等區域，特別是很多地下環境空間，更是對5G移動網絡的穿透性能提出了挑戰。為此，進一步保障5G移動網絡通信的信號質量，強化5G移動網絡的傳輸性能及傳輸穩定性，是當前城市復雜環境中的一大難題。工作人員更應著重于強化5G移動網絡的調節功能，提升移動網絡傳輸性能，降低人為因素或網絡容量因素所導致的對5G移動網絡的影響。

3 城市復雜環境的5G移動網絡優化設計思路

3.1 網絡優化設計的目標

在城市復雜環境下的5G移動網絡優化設計工作中，應與城市規劃進行緊密結合，旨在通過優化網絡，使城市建設得到更好的發展，也能更加滿足現代化城市中人們的要求。同時，還應通過高質量的5G移動網絡來更好地協調城市的資源，確保人們日常所需及相關企業的資源需求。因此，在移動網絡優化工作中，首先應著眼于城市未來發展，只有實現物聯網全覆蓋，將網絡真正帶入人們的生活，才可以促進城市的進一步發展。但現階段距離該項目標還有一定的距離，為此在優化設計中，應充分發揮5G移動網絡的效用，通過其高效率的傳輸，確保數據流量的實時性。例如在汽車應用中，可通過5G移動網絡的高效傳輸，短時間分析出車輛狀態，并獲取到城市內所有車輛行駛的信息，從而規劃出更為合適的路線，確保行車安全，加快城市的發展。

3.2 網絡優化設計的方向

5G移動網絡相比于以往的其他移動網絡，擁有多樣化的優勢，其中最為明顯的優勢就是5G移動網絡更為立體化與多元化，因此網絡的優化設計就可以該項優勢為工作方向，采用分層次分析的方式，將原本較為分散化的網絡布局轉變成系統化布局。該布局中應有核心、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，確保城市網絡的覆蓋性，同時再通過各項技術手段，依照類別或環境地分別進行優化，確保網絡使用的穩定性。另外，5G移動網絡與傳統的其他網絡不同，5G可以根據接入的網絡設備進行分析，感應及配型網絡，并滿足各類業務的需求，同時還可以自動進行網絡容量資源分配，更好地處理多任務并行時網絡的使用效果，確保5G移動網絡的傳輸效果，為此應積極強化該項功能，提高網絡質量。

3.3 網絡優化設計的方式

城市復雜環境下的5G移動網絡優化，應立足于當前城市的各項需求，結合5G移動網絡的自身特點，突出其多元化的業務功能、復雜化的架構以及一些突發性需求，從中建立網絡容量配置，這不僅是當前階段對于5G移動網絡進行優化的必要方式，同時也是5G移動網絡在發展中必須經歷的關鍵點。為此在5G移動網絡發展中，應立足整個發展趨勢，將5G移動網絡的需求進行綜合，全面考慮網絡容量配置，確保網絡資源的共享化與實時化。5G移動網絡不僅應最大化地發揮自身價值，還應平衡各個地區之間的網絡資源與網絡調度情況，均衡各個地區的使用。為此，需要在城市復雜環境中構建專屬于5G移動網絡的海綿型架構，以適應突發性需求更多、業務較為不均衡的復雜城市環境。

4 城市復雜環境的5G移動網絡的優化措施

4.1 構建網絡評估模型

相比傳統網絡，5G移動網絡擁有更為突出的優勢，這也是5G移動網絡可以承載大量用戶數據的必備條件。為了降低城市內部復雜環境對5G移動網絡傳輸質量的影響，在網絡優化設計中，首先應構建起網絡評估模型，以5G移動網絡本身為架構，甄選出網絡傳輸中面臨的各類問題，并通過單基站性能評估與規劃法等方式進行評估，測試網絡優化效果。在當前的城市復雜環境下，5G網絡需要承載日漸復雜化的用戶信息，因此也需要接入大量的設備，擁有大量的基站。為了確保5G移動網絡信號質量，可通過動態評估的方式對基站傳遞信號進行分析，使工作人員及時發現5G網絡信號存在的問題及受到的影響，再結合大數據庫，保存、對比該類信息，為后續的優化工作提供幫助［3］ 。

4.2 語音話務負載均衡優化

當前我國城市化建設快速發展，很多城市人員過于密集、信息數據量龐大，5G移動網絡的基站容易超載，導致很多用戶難以享受到穩定的5G網絡體驗，如在語音通信服務中出現掉線、卡斷等情況，為此應對現有的5G網絡基站進行優化與創新。先對網絡基站的運行狀態進行評估，分析該基站的網絡資源容量是否存在超載現象，并測試其信號傳輸能否滿足當前城市中人們的使用需求，是否需要升級或擴容。分析后可通過語音話務負載均衡技術，合理分配各個基站的資源容量，對基站的通信任務量進行重新規劃，實現基站的合理承載，解決基站超載問題，并對未來一段時間內的話務承載量進行預測與統計，提升5G移動網絡的通信穩定性，起到實際的優化效果。

4.3 移動信號干擾控制優化

5G移動網絡雖然擁有較高的傳輸速率，較大的網絡資源容量，但穿透性及抗干擾性較差，特別是在城市復雜環境中，5G移動網絡所面臨的外界干擾因素非常多，工作人員可通過建設網絡評估模型，找尋網絡的干擾因素，包括各類型電磁設備、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移動網絡很容易受到外界干擾，導致信號出現中斷的情況。為此，應廣泛運用干擾控制技術，在網絡基站及覆蓋范圍內加裝抗干擾設備，降低電磁干擾及信號干擾。同時，還應在網絡信號弱勢范圍中搭載較為先進的屏蔽器裝置，增加基站的發射功率，并降低范圍內其他因素干擾，確保5G網絡信號的穩定性，提升網絡傳輸質量，起到一定的優化效果，滿足使用需求。

4.4 覆蓋切換性能優化

城市復雜環境下，5G移動網絡在優化設計中應提高覆蓋范圍，為網絡的運行提供保障。城市的通信環境較為復雜，當前5G網絡普遍采用2.1 GHz與3.5 GHz的信號頻率，而這些高頻率會產生較為嚴重的信號衰減，為此應采用NR-PDCCH覆蓋增強方案，擴大信道基本映射單元RE數，支持更高的聚合等級。同時，信道的結構方式及PDCCH的傳輸模式也應向集中化優化，合理調控基站的覆蓋范圍。如果基站的覆蓋范圍過小，會存在較大的盲區；如果基站覆蓋范圍過大，又會增加信號干擾情況。為此，應通過覆蓋優化技術，了解基站周邊環境，靈活調整基站發射功率，合理設置各個基站的參數，降低相互干擾性。為了提升網絡信號強度，還應通過切換優化技術，降低移動網絡頻譜資源短缺的影響，提升網絡信號性能，隨時通過模糊邏輯分析，切換智能天線運行狀態，提升網絡質量［4］ 。

5 結語

總而言之，5G網絡是當前城市網絡通信的重要組成部分，而在城市復雜環境下，工作人員更應做好5G網絡傳輸的優化設計，應構建網絡評估模型、強化語音話務負載均衡優化、移動信號干擾控制優化、覆蓋切換性能優化等，提升5G移動網絡的信號傳輸質量，合理分配5G網絡資源容量及任務調度，降低外界因素干擾，滿足現代化城市中的網絡應用需求。

參考文獻

［1］馬天祥，賈伯巖，李春海.一種基于博弈論的5G異構網絡多目標優化干擾算法［J］.電訊技術，2022（6）：702-710.

［2］王琦.對面向城市復雜環境的5G移動網絡優化設計技術的幾點探討［J］.數字通信世界，2021（7）：100-101.

［3］楊真，陳彬，巢巍.面向城市復雜環境的5G移動網絡優化設計技術研究［J］.中國新通信，2020（18）：51-52.

［4］趙國華.面向城市復雜環境的5G移動網絡優化設計技術研究［J］.中國新通信，2020（3）：82-83.

（編輯 沈 強）

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