5G移动通信系统在智慧城市中网络建设策略

卢 银，雷 硕

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引 言

当代科技高速发展，5G通信系统的信息传播速度及安全性均显著提升，人们对于网络也就提出了更多、更高以及更具体的要求。相对于既往的4G技术，5G技术的容量更高，频谱效率和能耗也得到了显著改善，因此可以将5G技术作为物联网技术与信息化技术的发展动力，也就更有利于强化网络建设。与此同时，智慧城市的建设已经受到广泛关注，合理的智慧城市建设成果有利于提升人们的生活水平，而将5G技术应用于智慧城市的建设中可以起到较好的应用效果。由此可见，针对5G移动通信系统在智慧城市中的网络建设策略进行分析具有重要意义。

1 5G移动通信系统

1.1 优 势

5G技术是以4G技术为基础进行发展的一项新型无线通信技术，优势较为显著，如成本费用低、无线覆盖能力强、数据传输速度快以及兼容性良好等，但是根据当代人们对于5G技术的需求来看，其中能够呈现出的最大优势为数据传输速度快。从实际上来看，数据传输的效果以及速度极易受到各方面因素的影响，特别是周边的环境、设备、障碍物等。既往1G、2G、3G、4G的通信信号穿透能力均较为薄弱，甚至只要存在障碍物，便导致传输效果受到严重影响。与此同时，其中也存在数据发射器质量不良的情况，因此即使同一地区、同一环境的状态下，不同用户的应用体验也存在差异。此外，当代互联网发展过程中系统兼容性不足的问题尚未得到有效解决，互联网技术的高效发展仍然极易受到限制。而随着5G时代的到来，一直以来存在的兼容性不足情况可以得到有效改善，且各项因素导致数据传输受到的干扰也可逐渐得到缓解。5G技术不仅可以更加有效地穿透障碍物，还可适配更多设备型号，数据传输过程受到的影响较小，互联网技术的高效发展受到的限制更少，也就更能够为智慧城市的网络建设提供基础。

1.2 关键技术

1.2.1 高频段传输

传统模式的移动通信工作通常将频段集中于3 GHz以下，导致频谱资源较为紧张，而高频段的频谱资源仍然丰富，若对其进行合理应用，则必然可以充分缓解当前频谱资源紧缺的情况，同时还可提升短距离的通信速度，并为5G容量的提升以及传输速率的优化提供基础。从实际上来看，在5G技术发展过程中，高频段传输已经获得了高度关注，因为其中能够呈现出天线增益较高、天线设备小型化以及带宽充裕等多方面优势，所以其中的应用价值同样较高。但与此同时，其中也存在易受气候影响、穿透能力薄弱、绕射能力不足、传输距离较短等不足之处。

1.2.2 新型多天线传输

多天线技术属于当代5G技术中的重点研究项目，在其中应用有源天线阵列，基站方面可为128根天线的同步运行提供基础，且原本的2D天线阵列可以发展成为3D模式，从而构成全新的三维多输入多输出（3D-Multiple-Input Multiple-Output，3D-MIMO）技术，不仅有利于减少用户间的干扰，而且无线信号的覆盖性能也可得到优化，大幅度提升信息传输效率[1]。

1.2.3 同时同频全双工

同时同频全双工技术是一项受到诸多关注的技术，通过应用该项技术，同一频谱中的信号发射效果及接收效果更加良好，相对于传统的双工方式，从理论角度来看，空口频谱效率至少提升1倍，并且传统双工方式中的频谱资源应用限制得以突破，频谱资源应用模式灵活性更高，同时其中能够呈现出更加强大的抗干扰能力。但如果处于多天线或是多组网的状态中，则同时同频全双工技术的应用难度较大。

1.2.4 D2D技术

传统模式的蜂窝通信系统组网模式需要将基站作为中心，但是因为基站以及中继站均不可移动，所以网络结构的灵活性必然受到限制，而在无线多媒体业务持续发展的状态下，传统上将基站作为中心的模式已经逐渐被D2D技术所取代。应用D2D技术的过程中不需要应用基站，即可直接实现通信终端的连接，使网络连接方式以及接入方式得以拓展。并且因为D2D技术具有低功耗、低时延、高传输速率的特点，所以可以高效应用频谱资源，网络架构方式以及连接方式也更加灵活，网络应用的可靠性也就更高[2]。

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2 智慧城市网络架构分析

一般来说，可以在智慧城市中应用的通信网络结构主要可被分为感知网络、汇聚网络以及无线网络3个部分。

2.1 感知网络

感知网络可以分为“动态”和“静态”两个类型，网络则由各传感器节点共同组成。应用静态感知网络需要首先进行合理的网络布设，并将网络置于专门的传输区域，再借助节点构成传输路径。感知网络相关的技术包括3项，具体如表1所示。

表1 感知网络相关技术

2.2 汇聚网络

汇聚网络需要借助交换机多个接口实现连接，并逐渐构成主干路，与此同时，汇聚网络可以在各个线路网络之间保持均匀的负载状态，以保障冗余链路的持续提供。从实际上来看，汇聚网络可以体现出的重要优势为可在感知网络中作为远程数据传输过程中的中继节点，能够为网络数据的接入提供基础，之后需要借助无线网络将感知数据传输至各应用平台。根据蜂窝通信网络中既定的通信标准，移动终端需要采用感知网络通信以及通信协议的方式获取感知数据，同时还需以互联网ID协议为基础开展数据封装工作，由此在智慧城市的网络建设工作中使网络得到有效扩展[3]。汇聚网络中包含集中式和分布式两种组网形式，后者在低级终端向更高级终端传输信息时易出现延时情况，而前者以感知网络层为基础构建终端节点，并为后续的功率控制以及资源分配等工作环节奠定基础。

2.3 无线网络

无线网络借助数个基站节点方可接入到网络中，且期间的各个节点均可相互开展合作。而应用无线网络可促使汇聚网络方面的多项业务数据向互联网中传输，且传输效果更加良好。此外，无线网络基站之间也可以应用网络在当前的状态预测未来状态，网络资源的配置可以得到进一步优化，网络状态得到改善，其中存在的故障也就可以快速恢复，且网络在运行过程中产生的成本也能够大幅度下降。但从实际上来看，受到多方面不良因素的影响，当前我国无线接入网络的传输速率及质量均具有较大的提升空间，但是通过充分应用物联网技术以及大数据技术等各项先进技术，智慧城市的建设和发展效果必将越来越好，相应的网络通信质量也必然能够得到显著改善[4]。

3 以5G技术为基础的智慧城市移动通信系统建设措施

3.1 核心及中心集合模式的融合

核心及中心集合的模式在网络规划中占据重要地位，如果仅采用传统模式针对5G网络开展规划工作，则规划结果难以满足相关建设要求，所以应该根据层次分析结果，将全部的5G网络规划内容进行整合。在层次分析工作的过程中，5G网络一般分为3个层次，分别是转发、控制以及接入。因此，只有重新构建网络结构才可保障5G网络中的无线资源得到充分利用及合理整合。以此为基础，建设智慧城市的过程中需要进一步优化整体规划工作，并以当地实际情况为基础，了解无线传播模型的具体情况，并优化业务规划内容。需要注意的是，构建智慧城市的过程中，必须针对5G网络的应用予以充分重视，以不同的场景特点为根据，选择各自适宜的基础设施，以保障5G网络的应用可以满足各项业务发展需求[5]。

3.2 构建海绵式网络

应用海绵式的发展模式可以缓解当前实际业务水平与群众需求之间持续存在的矛盾。因为以5G技术为基础规划和建设智慧城市中的移动通信系统时内容较为复杂，所以必须从多个角度出发进行综合考虑，并且从实际上来看，网络容量配置能够受到的影响较多，所以如果仅应用静态网络模式，则不仅会增加应用成本，而且网络资源的利用率也难以提升。而采用共享化和虚拟化的模式，网络容量配置管理水平大幅度提升，即使业务需求内容存在一定的突发性特点，也能够得到较好地满足。因此，从总体上来看，针对5G网络资源采用合理的调度措施，有利于更加科学地评估和管理网络容量。

3.3 综合应用关键技术

智慧城市网络架构系统的主要功能即为向远端传输感知层数据以及业务数据，用户能够以此获得清晰、稳定的网络传输信号，并且传输质量更高、效果更好。当前地组网方式包括集中式和分布式两种，合理应用组网方式有利于提升5G网络系统的整体建设水平，也就可以更加合理地优化社会关系的感知情况、信任管理情况等[6]。

3.3.1 社会关系感知技术

以智慧城市建设过程中的移动网络基本原理为基础，确认终端节点的活跃度以及重要程度，以一个节点的实际情况为依据，确认节点间存在的社会关系，还需合理应用这一社会关系促使数据信息的转发效果得到提升。另外，在各个网络阶段中，不同状态下的信息受到不同的影响，所以可以采用全局监测的模式，获取其中的影响情况，并掌握社区机构的整体应用效果，从而了解节点实时的数据转发情况。与此同时，还可针对其中各方面进行合理调整，以优化网络性能，提升节点的数据转化能力。

3.3.2 信任管理

如果无线网络的节点在移动状态下，则可能导致节点链路发生断裂，为了解决该情况，需要应用中继站优化通信通路中的不良情况。在转发汇聚网络数据时，需要数个节点共同为其提供支持，但实际上转化过程易受到多项因素的不良影响，如网络通信质量和社会关系强度等。受到各方面因素影响时，节点之间能够出现协作效果极差甚至不协作的情况，也就需要根据相关工作要求，合理处理数据转发时的节点缓存不足问题。而如果存在设备故障，则应及时明确设备故障位置，并及时修复，以避免节点社会关系不足导致节点间的合作效果不能有效发挥。因此需要构建起以5G网络为基础的通信系统，并且完善中继站关系评估工作，确认其当前运行状态以及既往运行情况，保障节点间社会关系良好，同时需要收集其中的交互信息，以开展细致的分析工作[7]。

3.3.3 可靠性保障

汇聚网络节点需要采用分布式通信的方式开展处理工作，应用频谱资源控制终端发射功率，同时提升通信网络容量，再开启复用模式，即能够有效优化终端链路及基站间存在的干扰现象。在构建以5G技术为基础的智慧城市移动通信系统时，必须从多个不同的角度出发，考虑各方面影响因素，以能够为智慧城市网络建设的效果起到保障作用。

4 结 论

在针对智慧城市开展基础设施建设工作时，保障5G移动通信网络的合理落实十分重要，所以落实5G移动通信网络系统时必须首先开展科学合理的规划，且规划过程必须具有良好的前瞻性，以避免后续智慧城市的建设和发展受到影响。从总体上来看，以5G技术为基础建设智慧城市移动通信系统时，需要融合核心及中心集合模式，同时构建海绵式网络，并综合应用各项关键技术，以优化5G移动通信系统的构建，并将其合理应用于智慧城市的网络建设工作中。