基于未來數字化城市的5G 網絡規劃與優化分析

王 顯，鄭碩超，高 衡

（三維通信股份有限公司，浙江 杭州 310053）

0 引 言

目前，我國數字化城市正在朝著多元化方向發展，逐步實現區域一體化。在未來數字化城市建設中，信息化建設仍然是重點內容，需做好5G 網絡規劃部署。加強通信基礎建設，做好5G 網絡規劃和優化，能夠有效發揮5G 網絡的作用，推動數字化城市建設。

1 未來數字化城市建設需求

未來數字化城市建設需求主要包括以下幾點。

第一，傳統場景需求。傳統網絡中，公眾通信服務始終是基本需求，而5G 網絡可以有效滿足家庭、個人、企業辦公等一般通信需求。

第二，現代服務場景需求。基于現代理念構建新型基礎設施和網絡，進行統一設計規劃。將產業園區、商業樓等作為載體，完善服務配套設施，在區域空間提高科研創新、信息服務等現代服務能力。

第三，工業互聯網場景需求。未來數字化城市建設中，工業互聯網主要從產業研發、數字化制造等方面入手，以5G 網絡作為支撐，基于數據流和關鍵制造數字化等技術，建設數字化工廠，提高數字化制造水平。在此基礎上，可以吸引更多前沿產業聚集，形成更具競爭力的創新前沿產業生態鏈[1]。

第四，未來數字化城市需滿足相應的場景需求。場景需求主要體現在數字交通、數字政務、數字社區以及數字教育等方面，具體如表1 所示。

表1 未來數字化城市的場景需求

2 基于未來數字化城市的5G 網絡規劃與優化

2.1 空間同步規劃

5G 網絡是未來數字化城市建設的基礎，其在城市中的覆蓋密度是確保城市各區域智能化和自動化技術分布效果的關鍵，能夠有效幫助數字化城市各區域形成智慧管理網絡。因此，5G 網絡的規劃應與未來數字化城市空間區域布局同步，確保5G 基礎設施和城市空間布局之間的協調性，既能發揮5G 基礎設施的重要作用，又能提高城市美觀性。未來數字化城市規劃建設過程中，可根據5G 網絡部署要求，通過優化5G 網絡空間布局，規劃設計城市空間布局，優化城市建設，營造和諧的區域外觀，集中各類城市資源[2]。在樓宇、街道等空間設計過程中，同樣考慮5G 網絡空間部署，關注建筑樓頂空間、承載力、管道以及管線預留等問題，確保5G 網絡在城市建設中發揮基礎作用。

2.2 層次網絡規劃

未來數字化城市的建設需要應用大量智能技術，促進5G 網絡建設多層次網絡體系。傳統網絡規劃模式與未來5G 網絡規劃不適應，因此需要利用層次分析法進一步優化5G 網絡規劃，通過訪問、轉發及控制3 個層面全面細化設計，形成5G 網絡體系，提高5G 網絡資源利用效率，提高無線接入控制效果。訪問層面規劃設計中，無線接入設備和5G 信號基站等作為5G 網絡入網接口，在城市各空間內分布，如建筑屋頂、地下空間、地面空間等。利用超密集異構網絡技術，確保接入網絡信號穩定性。轉發層面規劃設計中，重點在于設計數據傳輸方案，提高數據傳輸效率。基于城市空間規劃，做好網絡分布式布局，改進5G 網絡流量功能，提高終端路由的靈活性。控制層面規劃設計中，主要開展5G 網絡功能重構工作，協調5G 無線資源，集中控制和管理5G 網絡各項功能。同時，利用自組織網絡技術，實現平面控制的智能化和自動化。

5G 網絡應用范圍較廣，涉及的通信業務相對繁雜，促使5G 網絡向多樣化結構發展。因此，在未來數字化城市建設過程中，必須充分分析和全面考慮5G網絡規劃方案，防止在5G 網絡使用期間出現網絡容量配置不合理問題。利用靜態分析配置法，適當優化5G 網絡。在網絡容量配置中，使用虛擬化技術、共享化技術等，分區域補給容量，實現網絡容量的平衡分布，提高數據傳輸效率和資源利用效率[3]。

2.3 特殊區域規劃

未來數字化城市中，既要實現5G 網絡全面銜接，又要實現城市空間網格中5G 網絡全面深化覆蓋。特殊區域網絡規劃是5G 網絡在數字化城市中的規劃重點。特殊區域主要包括室內和地下區域的網絡規劃。不少5G 應用場景會在室內發生，科學規劃室內區域網絡是城市規劃發展的重點。該過程中，需重點關注5G 信號室內與室外間的全面覆蓋需求，確保5G 網絡的覆蓋深度。5G 網絡室分技術逐漸向有源數字化方向發展。雖然無源室分技術目前得到了廣泛應用，但隨著技術的不斷發展，其將逐漸被有源室分技術取代。因此，需要做好有源室分技術的發展規劃，保證技術更替的平緩性。

2.4 塔城融合規劃

為保證5G 網絡運行優勢，必須嚴格控制基站鋪設密度，確保其在城市區域內全面覆蓋，充分發揮城市各項功能模塊的作用。5G 基站鋪設過程中，應當遵循協同原則，形成室內外協同、宏微站協同、高低站協同布局，建設多層次網絡架構。宏觀上，廣泛覆蓋主要基站，深度覆蓋小微基站，高密度鋪設小微基站，利用多功能信息桿實現這些功能，從而形成信號塔。在城市中，若大規模布設信號塔，將會影響城市的美觀性，因此在規劃優化中促進塔城融合至關重要。

應用塔城融合規劃模式有效融合城市外觀與5G基站，并借助科學化的市政設計實現5G 基站與城市建筑的協調，再應用協同設計方式真正做到5G 基站融合于城市景觀，以提升數字化城市美觀性。為實現這一效果，需要適當調整5G 基站的外觀特征，使其接近周邊環境特點，減少視覺沖擊。目前，在塔城融合探索中，已經出現融合塔、天線倉等設施，還有改變5G 基站外形，使用裝飾品等方式。融合塔是將5G基站信號塔與建筑融合，使其成為建筑的一部分，構建和諧統一的整體。天線倉主要是改造5G 基站，形成裝載天線的艙體，其外形更易與周邊環境相融合[4]。使用裝飾物融合的方式主要借助樓頂亭臺、圍欄等進行裝飾或將其改造成外置空調等形式，與周邊環境相融合，提高資源利用效率，形成和諧統一的城市外觀。

2.5 網絡安全規劃

隨著網絡信息技術的不斷發展，其與社會生產生活的關聯性越來越強，融合度越來越高。網絡本身存在潛在風險和各種未知風險，在未來數字化城市規劃中，5G 網絡的規劃和優化必須重點關注網絡安全問題，將其放在首要地位，做好完備的安全保護措施，確保數字化城市建設的順利進行。

5G 網絡安全規劃主要從以下幾個方面進行。第一，建立完善的網絡防護墻。在城市規劃過程中，優化網絡安全布局，健全安全防護設施，重點保護網絡信息流中各關鍵環節，如傳輸、處理等，形成網絡安全監督體系，有效預防和處理潛在風險問題，減少網絡安全漏洞和不足[5]。第二，優化網絡安全技術管理。構建數據庫，優化網絡安全監督算法，做好網絡安全運行全方位管理。第三，建立動態監管系統。通過動態監管系統，可視化監管網絡運行，及時發現潛在風險并有效管控，健全網絡安全數據庫，提高網絡安全風險的防范效果。

2.6 5G 網絡優化

基于未來數字化城市的5G 網絡優化工作的要點在于進一步優化與維護5G 網絡性能，獲得更高的用戶滿意度，切實實現未來數字化城市建設目標。5G網絡優化需綜合考慮到各方因素，尤其是網絡覆蓋、容量、質量以及可靠系數，根據不同的未來數字化城市場景與需求，應用相應的優化策略與技術手段。5G 網絡優化可在原有的基礎上進一步強化網絡性能，提高用戶滿意度，盡可能減少網絡成本投入，與未來業務發展和市場需求高度匹配。基于未來數字化城市，5G 網絡優化要采取科學合理的技術手段，從根本上解決干擾問題突出、動態變化快及覆蓋不夠充足等問題，推動云化、虛擬化的融合發展。全方位收集與系統化分析網絡數據，全面了解實際網絡問題與困境，為5G 網絡優化提供有力的依據和支持。借助現代化的人工智能技術與機器學習等技術手段，達成5G 網絡優化自動化與智能化目標。合理分配當前所持有的網絡資源與流量，切實規避網絡擁堵和性能下降等問題，促使5G 網絡的可用系數與可靠系數大幅提升。以負載均衡算法引入的方式將業務流量向各個基站與核心設備分擔，并動態化地調整資源，及時響應負載變化，保障資源利用率。無線資源管理優化，主要涉及功率控制、頻譜分配以及連接管理等，以智能頻譜分布算法與精細功率控制策略改善資源干擾與擁塞問題，減少能源消耗，提升網絡信號質量。

3 結 論

在大量應用智能化技術和自動化技術的環境下，為保證城市生活品質，要有效開展5G網絡的建設工作。在5G 網絡規劃和優化中，應基于城市空間規劃和功能需求，開展同步設計、融合設計等工作，完善安全管理，加強技術升級，促進未來數字化城市建設。