基于城市复杂环境的5G移动网络优化设计技术分析

作者简介：吴端兴（1984— ），男，福建泉州人，工程师，学士；研究方向：无线通信工程规划设计。

摘要：当前城市建设中，人们对网络信号的需求越来越大。移动通信已经从最初的2G，3G，4G发展到了现如今的5G，其中运用了SON技术、异构超密集部署分析技术等多种新技术，使5G移动网络的传输速度及通信能力得到了大幅度的提高，实现了数千兆的宽带传输。文章针对5G网络在部署及承载环境等方面的需求，科学分析网络架构，结合网络优化的目标，通过构建网络评估模型、优化语音话务负载、优化移动信号干扰及覆盖切换性能等方面，对5G网络进行了优化研究。研究表明，优化后的网络与先前相比更加稳定，可满足当前城市对网络的需求。

关键词：5G移动网络；移动通信；网络优化；复杂城市环境

中图分类号：TN929.1 文献标志码：A

0 引言

现阶段，城市建设中5G移动网络在穿透力方面较弱，很容易导致网络信号质量受到影响，且在日益复杂化的城市环境下，更是需要多种优化技术，对5G移动网络进行一定的优化设计，提升其覆盖范围与信号质量，确保人们在城市中的各个区域都可以获取到稳定的网络。

1 5G移动网络架构

1.1 部署场景

5G移动网络的部署需要考虑室内外场景分布情况。首先，应考虑移动宽带的增强，为用户提供质量更高的互联网通信服务，并为用户提供各类大场景体验，如超清视频、社交、网游、VR虚拟空间等，让用户随时随地接入网络，体验高速率的网络传输。其次，应做好低时延应用，满足各类大型场馆的物联网业务需求，如车联网、智能交通、工业控制、远程医疗手术等，为用户做到毫秒级低时延的通信，确保网络的可靠性。最后，应做好大连接数据通信，特别应面向智慧型城市、智慧型农村、森林防火等大型数据，通过高质量数据采集，对目标业务进行控制，同时具备低功耗数据业务与海量数据连接点，让用户随时随地通过网络进行控制，为用户提供更为丰富的网络功能。为此，在5G移动网络的后续优化过程中，就应考虑到部署场景方面，提升用户使用体验与网络优化效果。

1.2 核心网络

5G移动网络仍处于发展阶段，随着相关技术的不断丰富，很多运营商都通过5G移动网络实现了大数据应用，从前期的NSA转变为了SA网络，满足复杂通信需要。特别是在城市复杂环境中更可发挥出较大的作用，例如可通过边缘计算技术，提高5G移动网络的传播速率，并将核心网络进行分流，强化网络服务的资源分配合理性，具有灵活组网等功能，如图1所示。

5G移动网络在构建中还应考虑通信环境，在不同的数据中心提供边缘计算框架，并引入虚拟化技术与云技术等，将局域网、核心网等相互连接，构建IP网络，实现数据传输与互联。而这种方式在城市复杂环境中却很容易受到影响，不同于3G，4G等网络有中转放大装置，5G移动网络穿透性较差，核心网络中的通用服务器与微服务软件直接连接，在传输中容易受到信号衰减影响［1］。

2 城市复杂环境的5G移动网络建设需求

2.1 网络部署需求

为确保5G移动网络为群众提供更大的帮助，国家对5G移动网络的铺设工作提出了相关要求。当前阶段下，我国很多城市已将5G基站建设作为重点工作，以便将5G移动网络实际应用到各类商用或民用建筑中，包括大型超市、广场、地铁交通、住宅楼、办公楼等都已经着手建设，且很多商用的前期工作已经完成。为了确保5G建设工作达到预期，运营商的工作人员也通过了MR采集技术、大数据技术、云计算技术等对网络相关指标进行了调控，并将收集的数据作为商用计划。城市中的大型商场、轨道交通等区域的5G建设工作量是非常大的，需要各运营商将此作为重点发展区域，重视该类区域的5G建设工作，工作人员应选用安装方便、耗时较短的小型基站进行建设，如小微站、直放站等，并对已有的4G基站进行调整与升级。同时，为了确保5G移动信号的全面覆盖，应通过玲珑塔、楼间对打等方式进行信号覆盖范围的扩大，确保城市的全面覆盖［2］ 。

2.2 网络承载环境需求

5G移动网络的覆盖范围较为广泛，在运用中不仅可以与各类智能设备形成连接，还可以通过虚拟技术、AI技术等将车辆、传感器、数控床等多类型设备连入网络。此外，由于5G移动网络自身传输速度较快、时延较低、连接范围较为广泛，可被应用到许多领域中，因此需要提高5G移动网络的资源容量，发挥网络设施的各类功能。为了满足社会资源需求及人们的生活需要，5G移动网络在架设中，需要通信人员对网络进行优化。

在城市复杂环境下，人们对于5G移动网络的应用不断增加，网络架构每时每刻都需要承担更大的数据流，如在大型商超、居民密集区、大型写字楼等区域，特别是很多地下环境空间，更是对5G移动网络的穿透性能提出了挑战。为此，进一步保障5G移动网络通信的信号质量，强化5G移动网络的传输性能及传输稳定性，是当前城市复杂环境中的一大难题。工作人员更应着重于强化5G移动网络的调节功能，提升移动网络传输性能，降低人为因素或网络容量因素所导致的对5G移动网络的影响。

3 城市复杂环境的5G移动网络优化设计思路

3.1 网络优化设计的目标

在城市复杂环境下的5G移动网络优化设计工作中，应与城市规划进行紧密结合，旨在通过优化网络，使城市建设得到更好的发展，也能更加满足现代化城市中人们的要求。同时，还应通过高质量的5G移动网络来更好地协调城市的资源，确保人们日常所需及相关企业的资源需求。因此，在移动网络优化工作中，首先应着眼于城市未来发展，只有实现物联网全覆盖，将网络真正带入人们的生活，才可以促进城市的进一步发展。但现阶段距离该项目标还有一定的距离，为此在优化设计中，应充分发挥5G移动网络的效用，通過其高效率的传输，确保数据流量的实时性。例如在汽车应用中，可通过5G移动网络的高效传输，短时间分析出车辆状态，并获取到城市内所有车辆行驶的信息，从而规划出更为合适的路线，确保行车安全，加快城市的发展。

3.2 网络优化设计的方向

5G移动网络相比于以往的其他移动网络，拥有多样化的优势，其中最为明显的优势就是5G移动网络更为立体化与多元化，因此网络的优化设计就可以该项优势为工作方向，采用分层次分析的方式，将原本较为分散化的网络布局转变成系统化布局。该布局中应有核心、各个功能点位及各个方面，并有组织地分散到城市的各个角落中，确保城市网络的覆盖性，同时再通过各项技术手段，依照类别或环境地分别进行优化，确保网络使用的稳定性。另外，5G移动网络与传统的其他网络不同，5G可以根据接入的网络设备进行分析，感应及配型网络，并满足各类业务的需求，同时还可以自动进行网络容量资源分配，更好地处理多任务并行时网络的使用效果，确保5G移动网络的传输效果，为此应积极强化该项功能，提高网络质量。

3.3 网络优化设计的方式

城市复杂环境下的5G移动网络优化，应立足于当前城市的各项需求，结合5G移动网络的自身特点，突出其多元化的业务功能、复杂化的架构以及一些突发性需求，从中建立网络容量配置，这不仅是当前阶段对于5G移动网络进行优化的必要方式，同时也是5G移动网络在发展中必须经历的关键点。为此在5G移动网络发展中，应立足整个发展趋势，将5G移动网络的需求进行综合，全面考虑网络容量配置，确保网络资源的共享化与实时化。5G移动网络不仅应最大化地发挥自身价值，还应平衡各个地区之间的网络资源与网络调度情况，均衡各个地区的使用。为此，需要在城市复杂环境中构建专属于5G移动网络的海绵型架构，以适应突发性需求更多、业务较为不均衡的复杂城市环境。

4 城市复杂环境的5G移动网络的优化措施

4.1 构建网络评估模型

相比传统网络，5G移动网络拥有更为突出的优势，这也是5G移动网络可以承载大量用户数据的必备条件。为了降低城市内部复杂环境对5G移动网络传输质量的影响，在网络优化设计中，首先应构建起网络评估模型，以5G移动网络本身为架构，甄选出网络传输中面临的各类问题，并通过单基站性能评估与规划法等方式进行评估，测试网络优化效果。在当前的城市复杂环境下，5G网络需要承载日渐复杂化的用户信息，因此也需要接入大量的设备，拥有大量的基站。为了确保5G移动网络信号质量，可通过动态评估的方式对基站传递信号进行分析，使工作人员及时发现5G网络信号存在的问题及受到的影响，再结合大数据库，保存、对比该类信息，为后续的优化工作提供帮助［3］ 。

4.2 语音话务负载均衡优化

当前我国城市化建设快速发展，很多城市人员过于密集、信息数据量庞大，5G移动网络的基站容易超载，导致很多用户难以享受到稳定的5G网络体验，如在语音通信服务中出现掉线、卡断等情况，为此应对现有的5G网络基站进行优化与创新。先对网络基站的运行状态进行评估，分析该基站的网络资源容量是否存在超载现象，并测试其信号传输能否满足当前城市中人们的使用需求，是否需要升级或扩容。分析后可通过语音话务负载均衡技术，合理分配各个基站的资源容量，对基站的通信任务量进行重新规划，实现基站的合理承载，解决基站超载问题，并对未来一段时间内的话务承载量进行预测与统计，提升5G移动网络的通信稳定性，起到实际的优化效果。

4.3 移动信号干扰控制优化

5G移动网络虽然拥有较高的传输速率，较大的网络资源容量，但穿透性及抗干扰性较差，特别是在城市复杂环境中，5G移动网络所面临的外界干扰因素非常多，工作人员可通过建设网络评估模型，找寻网络的干扰因素，包括各类型电磁设备、恶劣天气、干扰信号等多种因素，特别是在大型商超、多功能写字楼等场所，5G移动网络很容易受到外界干扰，导致信号出现中断的情况。为此，应广泛运用干扰控制技术，在网络基站及覆盖范围内加装抗干扰设备，降低电磁干扰及信号干扰。同时，还应在网络信号弱势范围中搭载较为先进的屏蔽器装置，增加基站的发射功率，并降低范围内其他因素干扰，确保5G网络信号的稳定性，提升网络传输质量，起到一定的优化效果，满足使用需求。

4.4 覆盖切换性能优化

城市复杂环境下，5G移动网络在优化设计中应提高覆盖范围，为网络的运行提供保障。城市的通信环境较为复杂，当前5G网络普遍采用2.1 GHz与3.5 GHz的信号频率，而这些高频率会产生较为严重的信号衰减，为此应采用NR-PDCCH覆盖增强方案，扩大信道基本映射单元RE数，支持更高的聚合等级。同时，信道的结构方式及PDCCH的传输模式也应向集中化优化，合理调控基站的覆盖范围。如果基站的覆盖范围过小，会存在较大的盲区；如果基站覆盖范围过大，又会增加信号干扰情况。为此，应通过覆盖优化技术，了解基站周边环境，灵活调整基站发射功率，合理设置各个基站的参数，降低相互干扰性。为了提升网络信号强度，还应通过切换优化技术，降低移动网络频谱资源短缺的影响，提升网络信号性能，随时通过模糊逻辑分析，切换智能天线运行状态，提升网络质量［4］ 。

5 结语

总而言之，5G网络是当前城市网络通信的重要组成部分，而在城市复杂环境下，工作人员更应做好5G网络传输的优化设计，应构建网络评估模型、强化语音话务负载均衡优化、移动信号干扰控制优化、覆盖切换性能优化等，提升5G移动网络的信号传输质量，合理分配5G网络资源容量及任务调度，降低外界因素干扰，满足现代化城市中的网络应用需求。

参考文献

［1］马天祥，贾伯岩，李春海.一种基于博弈论的5G异构网络多目标优化干扰算法［J］.电讯技术，2022（6）：702-710.

［2］王琦.对面向城市复杂环境的5G移动网络优化设计技術的几点探讨［J］.数字通信世界，2021（7）：100-101.

［3］杨真，陈彬，巢巍.面向城市复杂环境的5G移动网络优化设计技术研究［J］.中国新通信，2020（18）：51-52.

［4］趙国华.面向城市复杂环境的5G移动网络优化设计技术研究［J］.中国新通信，2020（3）：82-83.

（编辑 沈 强）

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