基于未来数字化城市的5G 网络规划与优化分析

2024-05-23郑硕超

通信电源技术 2024年7期

关键词：基站网络安全规划

王显，郑硕超，高衡

（三维通信股份有限公司，浙江杭州 310053）

0 引言

目前，我国数字化城市正在朝着多元化方向发展，逐步实现区域一体化。在未来数字化城市建设中，信息化建设仍然是重点内容，需做好5G 网络规划部署。加强通信基础建设，做好5G 网络规划和优化，能够有效发挥5G 网络的作用，推动数字化城市建设。

1 未来数字化城市建设需求

未来数字化城市建设需求主要包括以下几点。

第一，传统场景需求。传统网络中，公众通信服务始终是基本需求，而5G 网络可以有效满足家庭、个人、企业办公等一般通信需求。

第二，现代服务场景需求。基于现代理念构建新型基础设施和网络，进行统一设计规划。将产业园区、商业楼等作为载体，完善服务配套设施，在区域空间提高科研创新、信息服务等现代服务能力。

第三，工业互联网场景需求。未来数字化城市建设中，工业互联网主要从产业研发、数字化制造等方面入手，以5G 网络作为支撑，基于数据流和关键制造数字化等技术，建设数字化工厂，提高数字化制造水平。在此基础上，可以吸引更多前沿产业聚集，形成更具竞争力的创新前沿产业生态链[1]。

第四，未来数字化城市需满足相应的场景需求。场景需求主要体现在数字交通、数字政务、数字社区以及数字教育等方面，具体如表1 所示。

表1 未来数字化城市的场景需求

2 基于未来数字化城市的5G 网络规划与优化

2.1 空间同步规划

5G 网络是未来数字化城市建设的基础，其在城市中的覆盖密度是确保城市各区域智能化和自动化技术分布效果的关键，能够有效帮助数字化城市各区域形成智慧管理网络。因此，5G 网络的规划应与未来数字化城市空间区域布局同步，确保5G 基础设施和城市空间布局之间的协调性，既能发挥5G 基础设施的重要作用，又能提高城市美观性。未来数字化城市规划建设过程中，可根据5G 网络部署要求，通过优化5G 网络空间布局，规划设计城市空间布局，优化城市建设，营造和谐的区域外观，集中各类城市资源[2]。在楼宇、街道等空间设计过程中，同样考虑5G 网络空间部署，关注建筑楼顶空间、承载力、管道以及管线预留等问题，确保5G 网络在城市建设中发挥基础作用。

2.2 层次网络规划

未来数字化城市的建设需要应用大量智能技术，促进5G 网络建设多层次网络体系。传统网络规划模式与未来5G 网络规划不适应，因此需要利用层次分析法进一步优化5G 网络规划，通过访问、转发及控制3 个层面全面细化设计，形成5G 网络体系，提高5G 网络资源利用效率，提高无线接入控制效果。访问层面规划设计中，无线接入设备和5G 信号基站等作为5G 网络入网接口，在城市各空间内分布，如建筑屋顶、地下空间、地面空间等。利用超密集异构网络技术，确保接入网络信号稳定性。转发层面规划设计中，重点在于设计数据传输方案，提高数据传输效率。基于城市空间规划，做好网络分布式布局，改进5G 网络流量功能，提高终端路由的灵活性。控制层面规划设计中，主要开展5G 网络功能重构工作，协调5G 无线资源，集中控制和管理5G 网络各项功能。同时，利用自组织网络技术，实现平面控制的智能化和自动化。

5G 网络应用范围较广，涉及的通信业务相对繁杂，促使5G 网络向多样化结构发展。因此，在未来数字化城市建设过程中，必须充分分析和全面考虑5G网络规划方案，防止在5G 网络使用期间出现网络容量配置不合理问题。利用静态分析配置法，适当优化5G 网络。在网络容量配置中，使用虚拟化技术、共享化技术等，分区域补给容量，实现网络容量的平衡分布，提高数据传输效率和资源利用效率[3]。

2.3 特殊区域规划

未来数字化城市中，既要实现5G 网络全面衔接，又要实现城市空间网格中5G 网络全面深化覆盖。特殊区域网络规划是5G 网络在数字化城市中的规划重点。特殊区域主要包括室内和地下区域的网络规划。不少5G 应用场景会在室内发生，科学规划室内区域网络是城市规划发展的重点。该过程中，需重点关注5G 信号室内与室外间的全面覆盖需求，确保5G 网络的覆盖深度。5G 网络室分技术逐渐向有源数字化方向发展。虽然无源室分技术目前得到了广泛应用，但随着技术的不断发展，其将逐渐被有源室分技术取代。因此，需要做好有源室分技术的发展规划，保证技术更替的平缓性。

2.4 塔城融合规划

为保证5G 网络运行优势，必须严格控制基站铺设密度，确保其在城市区域内全面覆盖，充分发挥城市各项功能模块的作用。5G 基站铺设过程中，应当遵循协同原则，形成室内外协同、宏微站协同、高低站协同布局，建设多层次网络架构。宏观上，广泛覆盖主要基站，深度覆盖小微基站，高密度铺设小微基站，利用多功能信息杆实现这些功能，从而形成信号塔。在城市中，若大规模布设信号塔，将会影响城市的美观性，因此在规划优化中促进塔城融合至关重要。

应用塔城融合规划模式有效融合城市外观与5G基站，并借助科学化的市政设计实现5G 基站与城市建筑的协调，再应用协同设计方式真正做到5G 基站融合于城市景观，以提升数字化城市美观性。为实现这一效果，需要适当调整5G 基站的外观特征，使其接近周边环境特点，减少视觉冲击。目前，在塔城融合探索中，已经出现融合塔、天线仓等设施，还有改变5G 基站外形，使用装饰品等方式。融合塔是将5G基站信号塔与建筑融合，使其成为建筑的一部分，构建和谐统一的整体。天线仓主要是改造5G 基站，形成装载天线的舱体，其外形更易与周边环境相融合[4]。使用装饰物融合的方式主要借助楼顶亭台、围栏等进行装饰或将其改造成外置空调等形式，与周边环境相融合，提高资源利用效率，形成和谐统一的城市外观。

2.5 网络安全规划

随着网络信息技术的不断发展，其与社会生产生活的关联性越来越强，融合度越来越高。网络本身存在潜在风险和各种未知风险，在未来数字化城市规划中，5G 网络的规划和优化必须重点关注网络安全问题，将其放在首要地位，做好完备的安全保护措施，确保数字化城市建设的顺利进行。

5G 网络安全规划主要从以下几个方面进行。第一，建立完善的网络防护墙。在城市规划过程中，优化网络安全布局，健全安全防护设施，重点保护网络信息流中各关键环节，如传输、处理等，形成网络安全监督体系，有效预防和处理潜在风险问题，减少网络安全漏洞和不足[5]。第二，优化网络安全技术管理。构建数据库，优化网络安全监督算法，做好网络安全运行全方位管理。第三，建立动态监管系统。通过动态监管系统，可视化监管网络运行，及时发现潜在风险并有效管控，健全网络安全数据库，提高网络安全风险的防范效果。

2.6 5G 网络优化

基于未来数字化城市的5G 网络优化工作的要点在于进一步优化与维护5G 网络性能，获得更高的用户满意度，切实实现未来数字化城市建设目标。5G网络优化需综合考虑到各方因素，尤其是网络覆盖、容量、质量以及可靠系数，根据不同的未来数字化城市场景与需求，应用相应的优化策略与技术手段。5G 网络优化可在原有的基础上进一步强化网络性能，提高用户满意度，尽可能减少网络成本投入，与未来业务发展和市场需求高度匹配。基于未来数字化城市，5G 网络优化要采取科学合理的技术手段，从根本上解决干扰问题突出、动态变化快及覆盖不够充足等问题，推动云化、虚拟化的融合发展。全方位收集与系统化分析网络数据，全面了解实际网络问题与困境，为5G 网络优化提供有力的依据和支持。借助现代化的人工智能技术与机器学习等技术手段，达成5G 网络优化自动化与智能化目标。合理分配当前所持有的网络资源与流量，切实规避网络拥堵和性能下降等问题，促使5G 网络的可用系数与可靠系数大幅提升。以负载均衡算法引入的方式将业务流量向各个基站与核心设备分担，并动态化地调整资源，及时响应负载变化，保障资源利用率。无线资源管理优化，主要涉及功率控制、频谱分配以及连接管理等，以智能频谱分布算法与精细功率控制策略改善资源干扰与拥塞问题，减少能源消耗，提升网络信号质量。