基于大数据的5G规划方法分析
赵栋
引言：
每一次移动通信的发展都是为了解决当时存在的通信需求问题，而在通信业务和传输应用多元化发展的背景下，智能终端的数量也急速增加，5G需要为用户制定全面的信息化系统，不断满足用户需求。
一、5G网络的关键技术
1.1超密集组网技术
信息时代的快速发展对通信传输和网络覆盖提出了更高的要求，也对5G关键技术提出了挑战，为满足移动业务流量的增长，5G将提高频谱效率，扩展频谱资源，并覆盖到更多的小区。在信息化时代的背景下，伴随着各种智能终端的广泛应用，数据流量也呈现井喷式、扩散式的发展格局，数据业务将大量集中在通信热点地区，5G网络也需要针对这种现象进行布局。
超密集组网就是实现5G规划的答案之一。超密集组网可以改善现有的网络覆盖情况，其还具有更灵活、更高效的频率复用能力，可以大幅度提升网络容量。5G时代中微基站将会发挥其实力，尤其是人口密集区域，微基站虽然对移动业务帮助较小，但可以满足当前用户网络通信的大量需求，在上传下载速率提供关键辅助效果，这就更需要微基站去实现。
1.2大规模阵列天线技术
大规模阵列天线技术（Massive MIMO）是5G实现规划设计目标的关键组成部分。从物理层面来看，5G必须要提高目标速率，才能提升频谱效率，可以通过扩大带宽、增加小区数量的方式实现，而大規模阵列天线技术就成为5G提高频谱利用效率的必然选择。
传统阵列天线子系统多是2、4、8个，在实际信号覆盖时只能在水平方向移动，信号发射趋于一个平面。而大规模阵列天线的子系统可以达到64、128甚至256个，与传统阵列天线相比，可以使网络性能提高数倍并能够为更多用户提供服务。而且大规模阵列天线在水平维度空间的基础上引入垂直维度的运用概念，实现垂直方向的波束赋形，其可以根据用户位置和信道状态计算出最优的权重向量，为用户提供相匹配的波速方向，还能够对产生干扰的方向形成零陷，降低区域内的信号干扰[1]。
二、5G规划难中的点
2.1网络规划难点
5G可以实现在网络环境中的高效数据传输，提高现有的网络传输速率。不过从实际网络规划来看，5G网络会受到不同网络层面的限制。例如在数据信息跨层传输时，不同网络层面对数据信息的映射情况不同，难免会造成数据空间定位的偏差情况。而在数据传输过程中，4G升级为5G必然会出现分歧。这是因为在网络技术中，SA、NSA的组网模式不同，大多数5G规划都是由NSA向SA拓展的，使NSA成为过渡内容，从而造成4G与5G处理信息时产生数据耦合性，进而造成站址约束问题。若在实际组网规划中既要区分4G与5G，又要符合高密度组网的需求，提升信号传输质量，将会大量增加工作难度与经济成本。
2.2空间利用难点
相比较4G网络空间利用，5G基站的设计与安装对场地空间的要求更高。这是因为在超密集组网技术与大规模阵列天线技术的应用情况下，传统3G、4G的RRU网络结构无法在5G结构中通用，需要建立AAU网路结构来容纳更多数据流量，以此达到数据业务的传输要求。正常来看AAU网络结构的布局是对原有RRU结构的优化，但实际建设中两者属于独立的系统，不能兼容，若在现有的4G网络上增添5G网络必然会造成空间利用基础不足的现象，从而影响基站资源的使用率。并且5G天线设备、射频装置的系统更为精密，施工难度也有所增加。
2.3基站系统难点
为降低建设成本，提高资源利用率，5G基站多是建立在原有的网络系统之上，这就面临着原有3G、4G网络系统的使用限制，受空间格局和安装技术的限制，需要额外为5G添加架设需求，必然会占据原有的空间资源，这就需要在保持原有基站空间不变的基础上，为5G提供一定的系统资源，很容易造成整个基站系统拓展性不足。此外，为支持5G基站的运行驱动，还需要投入一定量的电能，供电机制和供电网络也要同时进行扩容处理。
三、基于大数据的5G规划方法
3.1基于大数据的5G规划准备
为了使5G网络能够达到设计要求，应当在前期就做好对规划区域的数据信息收集，并根据准确的信息预测与计算，后续的建设标准。例如区域内的用户基数就是容量规划和覆盖规划的基础，根据用户分布情况制定相应的策略，从而确定建网规模。5G规划可分为资料收集和业务需求预测两方面。先是规划区域内的资料收集工作，可以利用大数据技术收集城市规划区域的各类信息，这些信息涉及城市区域特点、通信站址、社会资源、建筑交通情况、人口密度等，是5G网络规划应该收集的信息。然后是对规划区域的用户预测。用户预测多使用时间序列预测方法，顾名思义，这类方法会以时间为对象呈现出某种上升或下降趋势，且没有明显的波动，不过传统人为收集数据很容易受到发展趋势的影响，导致预测出现偏差。而利用大数据技术可以站在客观实际的角度对用户未来发展趋势进行定量的估计，保证5G规划的合理性和科学性。此外，5G规划准备还有一项较为重要的输入依据，便是通信网络的业务量，是通信网络建设规模和服务能力的体现。不过5G的业务量预测与4G网络不同，5G可以利用数据收集系统分析的方式预测未来通信业务的发展格局，以此评定各个区域的指标参数，预测在不同区域内可能发生的业务。这就需要利用大数据对规划前期资料及用户预测进行分析，从而推断出规划区域内5G的总业务量需求。另外由于各城市情况不同，规划区域的设定应结合实际调整[2]。
3.2基于大数据的5G规划
5G网络规划要考虑到经济成本，优先市区中用户密集的热点区域，并且5G规划要充分利用现有资源，包括各类社会资源，才能在保证5G覆盖的同时，减少5G建设成本。在规划策略上应先保证覆盖要求，并在此基础上逐渐拓展容量需求。上文已经提出微基站是5G规划建设的重要组成部分。传统宏基站蜂窝覆盖方式在数据爆发的背景下已然难以满足业务需求，5G规划建设中应利用微基站设备本身的特点，将其灵活布置在各个区域，例如市政路灯、交通灯等社会社会资源上，不仅可以优化基站选址，还能够保证微基站较短的覆盖距离。
在5G通信网络的规划中，覆盖和容量是两个关键的内容。覆盖能力主要是分析单个基站的覆盖情况，而单个基站的覆盖能力是多种因素相互作用的结果，包括基站设备、天线特性、空气传播情况及接收终端系统等因素。并且5G要选用相应场景的传播模型，首先应按照覆盖区域的业务速率和基站布局情况，计算出场景区域内的路径损耗，以此确定服务质量。然后将路径损耗数据代入到系统计算分析当中，最后就能得到5G基站在保证服务质量基础上的覆盖半径，也能够进一步推算出覆盖区域的基本规划布局和基站建设数量。在5G容量规划方面，需要基于覆盖面积和建网目标综合考虑。
在上文规划准备的计算中，能够得到规划区域的总容量需求情况，而5G基站容量相比4G更加充足，以覆盖规划为主，容量规划可以在基站规模确定后，验证是否满足即可。若不能满足规划區域的容量需求，可以通过增加5G微基站的方式补充容量[3]。
3.3基于大数据的5G实际规划
在理论上确定可行的基站布局后，应通过现场实际勘察和原有的3G、4G网络布局情况，来确定5G的站址规划布局。目前5G网络的主流频段高于3G、4G的频段，基站的覆盖范围对于现有系统将会进一步缩小，这也是为什么5G网络规划要考虑社会资源或原有站址资源的原因，而微基站虽然是一种有效的提高通信速率的方法，却也会增加建网成本，需要5G网络利用现有资源，实现热点区域的超密集组网规划。
5G实际规划可以分为三个层面。第一层是基础布局层，也是5G网络的主要覆盖层面，通过构建基础覆盖网络，为5G网络运行提供稳定的覆盖保障，可以结合电信企业的网络结构，实现规划区域室外的广覆盖以及室内的浅层覆盖。
第二层为补充覆盖层，在基础布局层的基础上，针对部分规划盲点，运用宏基站、微基站或其他覆盖方式精准覆盖。主要有横向覆盖、点覆盖、交叉覆盖三种类型。横向覆盖主要针对面积小、结构简单、封闭性低的建筑;点覆盖则是覆盖受网络布局影响，部分低层建筑覆盖较差的区域结构;交叉覆盖针对建筑体积大、楼宇之间阻碍严重的区域，可以利用楼顶、楼面建立多层次交叉覆盖式网络。
第三层被称为吸热层，这个热指的是业务热点区域，在满足一般业务量需求的前提下，利用存量站址或新建站址补充5G容量。不过要注意若架设宏基站需要考虑区域内网络结构，不能引起严重的干扰。否则应采用5G微基站的部署粉丝，做好宏微协同，控制好覆盖范围，实现规划区域的超密集组网。
除了三个层面外，5G规划在实际应用中还会出现微调的情况。已经规划好的站址按照10%距离以内的误差进行调整，在保证覆盖区域的基础上，达到节约资源的目的，而未建设的站址的分布偏差应小于基站间距的四分之一。
四、结束语
5G规划建设已经成为基础设施建设领域中的重要内容，探索出合理的5G规划方案，是满足城市发展需求，提高通信业务增长的重要课题。在了解5G关键技术后，结合实际情况分析5G规划中的难点，以此运用大数据技术设定5G规划方法，提出从准备阶段到实施阶段中5G规划建设的要点，丰富了5G网络规划建设的方案。
参? 考? 文? 献
[1]李浩. 面向5G的大规模MIMO系统能效优化研究[D].电子科技大学，2020.
[2]李杰，吴威，关伟杰.基于4G大数据的5G覆盖规划方法[J].广东通信技术，2020，40（12）：2-5+27.
[3]徐婷.大数据时代下5G规划方法分析[J].数字通信世界， 2021（01）：173-174.
