人工智能的5G无线网络智能规划和优化

◆李奇

（江西工业职业技术学院 江西 330095）

5G通信是当前最新的通信系统，具有高带宽、低延时、低功耗的特点，对通信技术发展具有显著潜力，尤其是在大数据、人工智能等方面具有基础支持作用。人工智能技术作为当前最为火热的尖端技术，其主要依托智能化机器及机械，通过相关算法来模拟人的思维模式，依托计算机技术来实现人性化管理。人工智能技术起步于20世纪70年代，经过近半个世纪的发展，已经形成了统一的概念，即依托当前计算机硬件和软件，通过配备的自主学习和智能化控制的新型技术，该技术从其本质上来说是一种依托计算机技术发展的新型技术，其同当前的5G通信技术有着高度耦合性能。因此加强对人工智能的5G无线网络融合研究显得极为重要，对此本文从人工智能的5G无线网络智能规划和优化角度进行探讨，旨在为5G通信技术组网发展缕清脉络，以促进其发展。

1 人工智能基本内涵

1.1 基本概念

人工智能技术，从简单上说就是依托计算机技术和信息技术，通过模仿人的思维模式，通过数据处理的方式来替代人开展相关工作，从而显著提升工作质量和效率。当前该技术经过长时间发展，已经趋向成熟化，能够依托自主学习、强化学习以及数据信息挖掘的方式来对工作环节数据化处理，从而能够逐渐取代人的工作。从当前技术发展的整体来看，人工智能技术应用广泛（主要应用见图1）可见该技术主要具备两个显著特征，即：（1）不确定性，该技术是一种跨学科，多学科融合的信息技术，这些学科的知识和理论方面千差万别，从而使得人工智能技术具备不确定性，这一特性使得其能够灵活地运用于各个场景并发挥应有作用；（2）人为控制，该技术不是自动出现的，而是依托人的智慧开发出来的新型技术，因而人对这一智能化技术具有最终的导向和决定权，具体就是可以通过修改相关参数来适用于不同场景。

图1 人工智能技术应用

1.2 人工智能优势分析

人工智能技术从本质上来看，其主要是将人类智能和自然智能相结合的产物，其通过对人类思维模式的模拟来实现对人的作用的替代，由此依托机器来处理人类的相关事宜。该技术通过程序化控制实现对海量数据信息的分析和管理，从而实现处理效果的科学化和准确化。由此可见人工智能技术具备很好的优势，正确使用这一技术能够为人类各项产业的发展提供强有力的技术支撑，比如系统管理、决策制定等环节能够给予科学合理的依据，从而能够很好促进相关产业的发展水平提升。

1.3 人工智能的应用形式

从当前人工智能技术的发展情况来看，其主要应用形式体现在专家系统、模式识别、机器学习等相关方面。对于专家系统来说，就是依托相关专业知识，构建专家知识库，从而为相关问题的解决提供策略支撑。对于模式识别来说，就是通过对人的视觉、听觉以及嗅觉等感知外界信息方式的模仿，来处理人们日常信息，这一技术主要应用于扫描仪、指纹识别、人脸识别以及声音识别等环境中。对于机器学习来说，其主要通过对人类思考方式的模拟，依托数学理论构建的算法模型实现对问题的解决，当前这一技术的关键在于以神经网络为主体框架，通过自主学习来实现问题的解决，使其能够实现识别和预测的目的。

2 5G通信概述

2.1 5G通信特点

作为当前最新的通信技术体系，涵盖MIMO技术、空时编码技术、自组织网络SON技术、M2M通信技术、非正交多址技术以及超宽带技术等关键技术，具有极高的频带宽度，具有高容量、高速度通信的效能。5G通信技术具有如下特点及优势：（1）注重用户体验，技术创新发展提速。（2）点对点通信传输转变为多点传输、多用户、多天线以及多小区组合成为技术发展关键。（3）使用更高的通信波段，这样就会削减传输能力，但是使用的频带资源会更多。（4）具备较好的软配置能力，这样运营方可以根据客户需求对网络资源进行优化配置，从而削减成本，提升用户体验。

然而，5G通信使用了较高的波段，其传输能力相比前代系统显著降低，大规模MIMO技术的应用成为推动这一缺陷弥合的关键，但是大规模的天线阵列的应用将会占用大量的车体空间，这样会对整体列车布局有所影响，此外中继基站的设置成为最大问题，网络系统的安全维护难度也会有所增加，因此短期内这一项新技术的应用将面临很多不确定的问题。

2.2 5G通信关键技术

5G作为当前新一代的通信技术，相比第四代通信技术在通信速率和通信带宽等方面有着显著的优势。图2展示了5G通信的基本特点和典型的场景技术解决方案。从图中可知，5G通信技术采用了大规模的天线接入技术，相比4G通信的64*64的收发天线，5G通信的收发天线呈现出大规模化的特性，高达512*512甚至千位级的收发天线规模，显著增加了系统的数据信息收发能力，提升来了通信容量。此外相比4G通信的正交频分复用技术，5G方案中采用以稀疏特性为基础的稀疏多址接入技术，子载波之间的通带重叠大约1/2，因而提升信息符号的子载波数，即大幅度提升单一符号的信息量，呈现出频带利用效率提升特点。全双工通信设计使得通信过程中能够实现通信双方的即时通讯，实现通信效率提升。基于LDPC信道编码显著提升了信息传输中的鲁棒性和抗干扰能力，基于polar码的信道控制方案提升了信道信息传输的调节能力。因此5G通信相比4G通信有着技术上的显著优势和先进性。

从当前揭露的数据信息可知，5G通信的典型应用场景为超密集组网、低时延高可靠通信现场、M2M通信、D2D通信、高频通信以及频谱共享等应用场景。超密集组网的设计为超大规模的连接，如城市物联网系统等提供了技术支持，能够提供数以亿计的通信网络节点，为城市智慧生态打造提升足够的拓展能力。高效的通信体系实现了低延时的设计，整个通信延时在1ms以内，为城市无人驾驶领域的发展、城市物联网设计提供了可靠技术解决方案。M2M、D2D方式的通信，提升了通信组网的灵活度，接入网络方式显得更加灵活多变，优化的网络路由链接，在提升网络信息极速传输的体验同时也保障了通信可靠无障碍效果。高频带的应用，降低了传统频带资源的复用程度，延缓了频带资源紧张的局面。此外高频带意味着宽带宽，高容量，为实现高效高容量通信过程提供便捷优势。频谱共享提升了频带资源的利用率，为进一步优化频带资源提供可靠的技术途径。

图1 5G通信关键技术

3 人工智能的5G无线网络智能规划和优化

3.1 网络规划

网络覆盖规划设计是否得当会对最终使用效果产生影响，对此需要遵循如下原则开展相关工作：

（1）覆盖规划面积不能过大。覆盖规划面积过大则会对其他网络中的其他扇区产生影响，造成扇区叠加，由此降低用户端的网络规划的灵活程度，由此会降低整体规划性能；

（2）覆盖规划面积不宜过小。覆盖规划面积过小则会导网络中的扇区数目的增加，整个网络维护难度大，同时也会对位置更新通信开销有着不利的影响；

覆盖规划区域设置于低话务区域。覆盖规划的范围边界直接对寻呼边界产生影响。对此为了降低整体位置更新频次，对应的覆盖规划边界尽量设置于低话务区域或者低速移动区域，由此以降低位置更新开销。一般设计中，在城市与郊区的分界点上，覆盖规划的分界点一般放在外线的基站，而不是密集的郊区路口，以避免路口用户频繁的位置更新。同时，分区尽量不以街道为界。一般来说，覆盖规划边界不应与街道平行或垂直，而应是斜的。此外，覆盖规划边界应垂直于用户流的方向（或业务流的方向），而不是平行于用户流的方向，避免乒乓效应位置或路由更新。

3.2 网络优化

3.2.1 单站点优化

单站点优化作为工程优化首要环节，其主要涵盖对所在站点的基本的功能检测，从而实现对整个站点相关信息数据的有效获取，为后续的优化工程开展提供可靠完整的技术资料，确保对应的各站点小区网络基本功能和网络信息覆盖情况处于正常水平。在上述优化完成后基本可以达成工程设备功能性质量问题，对于后续调试优化奠定基础。同时通过该项技术能够对正当年的基本信息进行有效掌控，这样在后续的优化环节能够充分予以考虑，从而为后续优化的良好开展提供可靠的基础支持。

3.3.2 分簇优化

在上述工程技术优化后则需要开展分簇优化，以实现网络性能的确定和提升。根据LTE网络系统设计要求，低于进行分簇优化站点则要去保证每簇的基站数不能低于15个，且要求每一簇中的九成站点经过上述优化作业后方可启动，而剩余的站点则直接在开通后继续按单站点优化即可。从当前施工情况看，分簇优化主要分为如下几个步骤：

（1）制定簇优化的目标。针对网络的覆盖、接入性、保持性（掉线率）、移动性（切换成功率）、吞吐率等指标开展分簇优化工程技术准备工作。

（2）簇测试。开展这一作业，需要关注如下事项：开展路测环节，需要确保整改测试过程网络系统机器设备都能够处于稳定的工作状态，并杜绝任何关于网络的操作事宜。在整个测试环节，充分考虑实际情况，做好信号的后台跟踪，以实时监控信号传输情况，对异常情况进行有效的分析，重点关注终端的接入/掉线行为以及吞吐量的趋势，并对这一趋势进行预测性分析，从而实现对异常情况的及时预警和反馈。

（3）数据分析及问题处理。优化的手段包括：参数优化、邻区优化、天馈优化（在LTE与2G/3G共天馈的情况下受限）、工程质量问题处理、产品问题处理等。数据分析及问题处理的内容包括：覆盖优化、吞吐率优化、掉线优化、接入失败优化、切换优化、时延优化等，通过分析，给出优化建议。

（4）调整以及验证。在数据分析及问题处理阶段给出了优化建议并执行调整。整个调整验证环节需要如实记录，并对异常情况进行关注，并及时发现问题并进行反馈，从而以实现问题的处理，最终实现整体网络优化效果。

3.3.3 分区优化

分区优化作为一种重要的网络优化技术，其一般和簇优化一起使用。当出现连续的簇实现了分簇优化工作后，那么进行分区优化则是对其辅助和补充，其将一些连续的区域进行区域化的路测优化，以实现实际应用场景。此外在对分区环节操作需要结合实际情况，考虑站点的地理位置、优化建设程度、测试线路以及测试开销预算等方面。当然分区优化作为簇优化的补充，其根据注重对每个簇之间的边界区域，考虑该区域的网络覆盖、分区切换以及网络干扰等情况。在此基础上继续完全区域的频点和PCI优化，并结合路测优化要求对部分分区的频点和PCI进行修整和调配，从而确保其具备优越的网络连接性能。

4 结语

当前无线网络用户大量增加，为人民便捷的沟通交流体提供了条件，然而随着用户对沟通交流甚至生活娱乐方面的需求的提升，并且需求规模的急速增长，对于网络的优化设计势在必行。对此主要体现在对网络的覆盖程度的提升和网络容量的扩展。对此本文在人工智能背景下，开展5G无线网络智能规划和优化设计，通过对5G技术和人工智能技术的探讨，并结合分析实现了上述目的，为当前的5G无线网络的智能规划和优化提供基础参考。