基于用户感知的5G立体组网及智能方案研究

叶利丽

（乐山职业技术学院，四川 乐山 614000）

1 5G立体组网的方案对比

1.1 独立组网

根据5G独立组网的应用情况来看，要运用全新的5G核心网NGC，构建端到端的网络，并依据5G技术优势提升实践服务质量。基于全新的网络架构和新型的核心网NGC，运用gNodeB建设无线系统，支持5G新空中接口，并提供5G类服务。根据图1所示的架构图分析可知，5G基站和核心网的连接要运用NG接口，可以有效传递数据和NAS信令；无线空中接口会依据5GNR传递数据、广播禁令等内容；终端只能连接4G或5G；手机终端可以在NR侧行双发。

图1 独立组网的结构图

1.2 非独立组网

这种组网结构会运用双连接技术依据4G和5G联合组网。其中，核心网会运用EPC，5G无线网会经过4G网络融合到核心网EPC中，融合的锚点就是4G无线网。4G基站和5G基站的用户面可以直接连到核心网EPC中，控制面板会通过4G基站连接到4G核心网EPC中。用户面可以基于5G基站、4G基站、核心网EPC完成分流，具体结构图如图2所示。

图2 非独立组网的结构图

1.3 对比结果

第一，基本性能。根据终端吞吐量分析发现，非独立组网会利用4G和5G双向连接，实际下行峰值的速率较高，通常要比独立组网高7%，且上行边缘速率也非常高。而独立组网是终端5G双发，实际上行峰值的速率较高，且比非独立组网高87%，上行的边缘速率相对较低。第二，语音能力。独立组网会运用4G和5G松耦合的方式，选用语音回落4G和5G承载语音的VoNR，实际性能取决于5G基站的覆盖面积；而非独立组网会运用双连接技术，实际语音方案会沿用4G语音方案，也就是VoNR/CSFB。第三，业务能力。独立组网可以支持5G新业务，满足不同场景的用户需求；而在非独立组网的4G核心网EPC能力的限制下，无法提供5G的全新服务。第四，改造4 G网。独立组网会升级4G基站，实际影响较大，需要完成的工作较多；而非独立组网要升级改造现有无线网络和4G核心网。第五，5G实施难度。一方面，独立组网会在建设5G基站的基础上实现无线网技术，实际工作压力较大，工作难度较高；而非独立组网建设的5G基站和4G基站相连接，实际连续覆盖的压力较低，参数配置较少，操作难度较小[1]。

2 5G立体组网架构的设计思路

2.1 非独立组网的设计思路

首先，非独立组网架构的5G载波可以以现有4G网络为核心，增添新型载波，主要用于热点区域的扩容；其次，非独立组网架构具备双连接特性，不仅能保障4G和5G之间的业务具有连续性，还可以提升用户的体验效果；再次，非独立组网的投资建设成本更低，只需要在现有网络资源基础设施中整合全新的5G网络，既能方便投资回收，又可以降低部署成本；最后，非独立组网的5G商用需求可以灵活选择，有助于运营商在实践发展中快速提出更多全新的5G业务[2]。

2.2 独立组网的设计思路

独立组网的设计方案要在启动5G网络初期直接构建基站，4G和5G网络之间的协同发展要利用核心网来实现。从业务角度来看，因为5G核心具有新特性，所以可以提供更多全新服务，实际业务能力更强；而从语音业务角度来看，初期利用5G回落VoLTE方案可以保障语音具有连续性，后期可以结合5G网络覆盖进展选用其他方案。在5G核心网中，用户面的分布更加灵活，4G和5G网络协同可以依据库操作实现；在无线网测，5G建设初期要完成CU/DU，由此逐渐演变成全新架构。从实践应用角度来看，独立组网的设计优势在于可以充分展现5G新业务特征，且具备可靠性、低时延、高速率等性能，同时4G和5G业务能并行操作，不会影响当前的商用4G网络。需要注意的是，在设计独立组网时也面临着全新挑战。一方面，独立组网选用了全新技术和架构接口，实际技术挑战远比现有网络更高；另一方面，因为5G的频段更高，单站点的覆盖范围更小，所以持续覆盖会让5G建设投资超过4G[3]。由此可见，在新时代建设发展中，如何基于5G新业务构建有效的商业模式是实践探讨的主要课题。

3 基于用户感知的5G立体组网智能方案分析

3.1 网络频段

以DU为界限，结合实际5G基站的配置参数分析发现，一个基站包含3个区的回传带宽如下所示：

假设1个小区达到峰值，其他小区是均值，那么就可以得到一个小区的峰值+均值×（N-1）：

根据实践累积经验显示，60 GHz以上的高频段大宽带主要用在热点容量需求更高的场所，1～6 GHz频段是5G系统的核心频段，主要用来解决网络覆盖范围更广的问题，这也是移动网络必须要具备的服务能力，继续延续2G/4G广域覆盖水平，5G网络要满足各类用户在不同区域100 Mbps下限速率的指标，需要更多低频段大宽带资源作为支撑，以此保障用户业务和网络覆盖具有持续性[4]。1 GHz以下的要运用5G网络实验万物互联所需的优良低频段资源，因为其具备低频段的良好覆盖性，所以能用来处理覆盖场景问题。根据近年来5G立体组网建设应用情况来看，未来频谱部署场景的分类预测结果如表1所示。

表1 频谱需求的预测表

3.2 应用场景

根据某网站在当月的日均流量数据分析结果来看，目前网站平均日均流量可以达到8.1 GB，其中流量最高的场所就是高校、机场、医院、高铁等人流量较为密集的区域[5]。因此，在研究5G立体组网和智能方案时要从用户感知入手，针对不同场景的流量需求提出有效规划。

3.3 组网方案

在划分5G系统频段的过程中，6 GHz以上的高频段大宽带主要用在热点容量需求更高的区域，用来承担线网流量；6 GHz以下的低频段主要实现移动性管理、线网覆盖、线网连接等功能，具体组网方案结构如图3所示。

图3 组网方案的结构图

在建设组网方案时，宏基站要选用和周边宏站进行同频组网，容量承载小的基站要和周边宏站异频组网。根据现代化网络演变过程分析发现，选择适宜的区域进行建址，科学调节天线挂高、设备的发射功率、电子下倾角等，可以有效控制微小区间的重叠覆盖和干扰。同时，为了保障吸收更多的话务量，承担更多的流量，可以选用微小区优先驻留的对策，运用频点优先级参数来实现。另外，要搭配适宜的负载均衡策略，确保用户可以长时间停留在微小区[6]。

本次研究测评会根据目前5G网络特征，将考察指标分为两种形式，一种是指网络基础性能指标，另一种是指5G网络用户感知指标。前者包含速率类和覆盖类，主要用来研究5G网络可以提供的质量水平和覆盖面积。而后者主要用来模拟5G终端用户关注的应用功能，比如说下载速度、播放流畅度等，具体如表2所示。同时利用标准传播模型进行仿真计算，实际模型计算公式如下所示：

表2 5G网络用户的感知指标

依据点线面的测试场景在5G网络已经建设范围内随机抽选测试样本和相关数据，并运用线性加权的方式，准确计算综合评估得分，换句话说要对所有具体指标的标准化数据进行计算分析，由此获取所有分类得分，最终依据分类得分加权平均计算出总分[7]。其中，5G网络基础性能的指标综合评估得分的计算公式为

式中，i代表运营企业的5G网络的权重数值；l代表运营企业的数量；Qi代表运营企业的权重数值；j代表测量方法；m代表测量方法的数量；Wj代表测量方法的权重数值；k代表基础测量指标的权重数值；n代表基础测量指标的数量；Uk代表基础测量指标的权重数值；Vk代表基础测量指标的分数。

5G网络用户感知的综合评估得分的计算公式为

式中，i代表运营企业的5G网络的权重数值；l代表运营企业的数量；Qi代表运营企业的权重数值；k代表用户感知测试指标的权重数值；n代表用户感知测量指标的数量；Xk代表用户感知测量指标的权重数值；Yk代表用户感知测试指标的分数。

根据上述研究结果显示，5G网络运营状态和运营商的5G基站建设基本匹配，在部分重要城区实现了5G网络的全面覆盖，用户下载的平均速率可以达到335.19 Mbps，是4G网络下载平均速率的10倍，有的区域可以更高。而上传的平均速率可以达到46.9 Mbps，是4G网络的四倍。5G网络用户感知测评结果证明，在营运商公布的覆盖区域内，5G的实际应用表现良好，相比4G网络的下载和上传速率，5G网络的优势非常明显。

4 结束语

综上所述，在现代技术革新发展中，结合用户感知测评结果持续优化5G立体组网和智能方案，注重结合现实业务需求，强化5G网络的基础设施建设力度，不仅能提升5G网络的优化水平，还可以改善用户的体验效果。■