5G 网络在城市小区的覆盖效果优化研究

一、影响城市小区5G 覆盖效果的主要因素

（一）高楼密度与建筑材料对信号衰减的影响

城市小区高楼林立，中高频段 5G 信号（Sub-6GHz、毫米波）穿透力差，墙体、玻璃、金属幕墙等反射、散射、吸收，衰减大。高楼拉长了传播距离，多径效应明显，干扰衰落严重。材料不同影响大，钢筋混凝土屏蔽强，节能玻璃反射多，室内外覆盖不均，深度覆盖不足。

（二）基站部署位置与天线高度的适配性

城市小区里，基站摆放得是否恰当，直接影响着覆盖情况。如果基站放置得太集中，就可能出现局部信号强度过高，周围却弱覆盖的情形，要是部署得过于分散，那么盲区和重叠覆盖就会并存，天线高度也是关键参数，天线太高虽然能覆盖较大范围。但是在高楼林立的地方，很容易产生楼宇遮挡的“ 阴影区” ，天线太低的话，覆盖半径就会变小，得增加站点数量才能补足。对于5G 来说，天线波束赋形技术能够改善垂直方向上的覆盖性能，不过它的效果要看部署时的高度，角度以及周边地形是否相匹配。

（三）频段选择与传输损耗的关系

5G 多频段组网要权衡损耗，覆盖和速率，低频段 700MHz 覆盖广，穿透好，适合做基本覆盖，中频段3.5GHz 容量和覆盖兼顾，适合做热点小区。高频段毫米波速率高，时延低，但是距离短，容易被阻挡。适合做高密度补充覆盖，频段组合和功率配置合理与否直接影响到覆盖质量，规划不合理就会造成覆盖不均，边缘体验差。

（四）外部环境干扰与网络负载压力

除了物理因素之外，5G 覆盖还会受到外部环境的干扰，其他基站带来的同频及邻频干扰。周围 Wi-Fi 和其他无线设备产生的电磁干扰，这些都会影响到信号的质量。另外还有网络负载压力所带来的间接影响。在人流量大的高峰期时段，尽管物理的覆盖范围没有发生变化，但是小区内的人数暴增造成小区内部的资源调配十分紧张，这时候边缘用户的速率以及时延就会下降很多。而且城市中的小区通常会有树木和广告牌等季节性的或偶尔出现的障碍物，因此它们会在不同的时间以及季节给覆盖带来动态的影响。

二、5G 网络覆盖优化的技术与方法

（一）宏基站与小基站协同布局策略

在高密度城市小区里，单靠宏基站无法做到全面优质覆盖，宏基站担当起广域的基础覆盖，小基站用来弥补宏基站难以触及的深度室内，地下停车场这些弱覆盖地区。通过宏小协同，可以兼顾整体覆盖又加强热点区域的容量，宏基站可布置在高层楼顶，从而让信号扩展到最大范围，小基站则灵活放置于小区楼宇内外，商业街道，公共设施等地，缩减盲区并改良室内信号质量。而且，按照小区的人口密度，出行规律以及业务高峰时段的动态数据，运营商能够依照需求打开或关闭小基站，既削减能耗又维持用户的体验感。

（二）多波束与 Massive MIMO 技术应用

相比于 4G 网络，5G 网络在传输速率、覆盖范围等方面都有较大的提升，为万物互联奠定了良好基础。但5G 网络具有较强的复杂性与多样性，只有不断通过大数据等技术手段对其进行优化处理，才能够促进5G 网络的良好发展。5G 网络 MassiveMIMO（大规模多输入多输出）和多波束赋形技术，可以同一时间给不同的方向、不同的用户发出独立的波束。这样就提高了频谱的利用效率和抗干扰能力，在城市小区里，用多波束技术可以对准某个楼宇的方向去覆盖。这样就能减少信号的浪费和干扰，而MassiveMIMO 是靠增加天线阵列的数量来改善小区边缘用户的信号质量和速率表现。这些技术要想有效发挥，就得跟网络规划结合起来，用仿真来预估不同波束角度下的覆盖情况，然后调整发射的方向和功率分配，做到最好的覆盖。

（三）室分系统与中继站建设方案

对城市小区内的高层建筑，地下空间等室内空间，要创建室内分布体系（DAS），创建室内分布体系能优化覆盖。室分体系会把天线单元均匀布置在建筑物内部，然后把信号均匀地引入室内，这样就可以免除穿墙衰减带来的质量降低。针对信号无法直接到达的地下停车场，地铁出口等地方，可以设置中继站或者皮基站，把外界信号收到之后再加以放大转发，从而保证信号达到。5G 毫米波被应用之后，室分体系要支撑更高频段的传输，而且要采用低损耗分布电缆以及有源分布技术，以此来削减传输损耗。

（四）智能网络规划与仿真优化工具的应用

借助人工智能和大数据分析手段，运营商可以在规划环节运用三维建模以及射线追踪仿真技术，模拟出各种部署方案下的信号传播状况。预先识别可能存在的盲区和干扰问题，在网络运作期间，凭借即时的用户位置信息、业务流量情况以及终端信号品质数据。可以灵活地调整每个小区的功率分配、波束朝向以及频谱资源，进而形成一种自适应改善的机制，智能规划既提升了覆盖的精确性，又缩减了建造时长并削减了经营费用。而且，通过采用机器学习模型，还可以对未来的流量变动走向作出预估，从而做到前瞻性的容量及覆盖改良。

三、城市小区5G 覆盖优化的实施与评估

（一）分阶段建设与试点验证机制

城市小区开展5G 覆盖改善时要采取分阶段创建策略，初期可以选取典型小区当作试点，先行搭建基站和室分系统。通过实地检测来考察规划方案是否可行以及覆盖效果如何，这个阶段既可累积施工和改良经验。又可根据反馈去调整后续创建方案，中期慢慢向类似结构和密度的小区延伸，进而形成批量创建模式。后期针对某些环境或者特殊需求的小区展开个性化改良，从而保证整体创建速度和投资回报率。

（二）覆盖效果的量化评估指标体系

科学的评估体系是提升成效的重要保证，可以涵盖覆盖率、信号强度（RSRP）、信噪比（SINR）、数据下行/上行速率、时延、切换成功率等关键指标。通过对比建设前后各项数据的变动，客观体现覆盖改善状况，而且联系不同频段的性能表现。针对宏基站、小基站、室分系统等分别给予分项评判，从而改良资源调配，长久观测这些指标还可以找出网络衰退、干扰增多之类的毛病，然后开展维修。

（三）用户体验反馈与动态调整机制

用户感知是衡量 5G 覆盖质量的终极标准，通过移动运营商 APP，网上问卷，客户服务热线这些途径来搜集用户反馈信息，包含通话质量，视频流畅程度，应用加载速度之类的感受性指标。把用户体验同网络运作数据融合起来加以剖析，就能找出覆盖盲区和高负荷热点，按照这些消息，运营商可以随时改变天线方向，调节功率大小，重新安排频谱分配。必要时还可能临时设置应急小基站，保证在节假日或者大型活动的时候保持良好的体验感。

（四）与智慧社区建设的融合发展路径

5G 网络覆盖优化既包含通信基础设施建设部分，也应当同智慧社区的发展目标相互结合。在实际操作期间，可以一并规划智能安防，智慧停车，智慧能源管理等系统对于网络的接入需求，从而保证5G 网络可给予物联网设备低延迟，高可靠性的连接环境。通过统一的网络规划以及资源调配，既可以改进小区居民的生活品质，又能够给社区管理者赋予数字化经营支撑，促使5G 同智慧社区达成共同发展。

结论：

5G 于城市小区的良好覆盖要顾及环境特点，技术途径和施行方法。通过恰当的基站安排，多种频段协作，优良天线技术和室内外一体覆盖计划，可以改善信号品质和用户感受，联系分步创建，恰当评价和智慧社区融合，做到网络效能和服务价值的双重加强，为以后智慧城市建设形成稳固根基。

参考文献：

[1]周岩. 基于 5G 网络的物联网技术在智慧城市中的应用[J]. 通信电源技术, 2020, 37(9):256-258.

[2]周维. 5G 移动网络规划技术在智慧城市中的应用研究[J]. 科学与信息化, 2019, (34):47，50.