5G系统是一个多种设备、多层网络, 多种用户交互的端到端生态系统, 支持动态的无线拓扑, 实现人与设备的无缝接入, 5G架构中的核心网EPC具有四大构件, MME负责用户终端认证与授权, 用户与用户、用户与终端、终端与终会话的建立和移动性的管理, HSS为MME提供用户数据, 协助MME的网络联通性的管理, SGW负责数据传输, 将接收到的数据转给指定的PDN网关, 经返回的数据传输到e NB, PGW负责为用户分配IP地址。5G网络具有良好的低延时性、端对端毫秒级的对接速度, 5G网络通信技术将蜂窝网与人的生活区域链接更为紧密, 3D、物联网、增强现实等将以更灵活的方式组入网络, 5G网络通信技术与城市整体规划相结合, 提高人们群众移动通信水平, 实现城市资源的有效利用, 积极研究5G无线网络建设与城市规划相结合具有重要的意义。
一、5G应用场景以及相关要求
城市建设中自动化安保体系, 人脸识别匹配, 摄像头识别自动报警以及现代建筑物的智能家居等系统需要可靠迅速的网络作支撑[1,2,3], 随着5G网络时代的到来, 5G网的3D—MIMO技术可以使多个用户在同一时间内通信, SDN/NFV关键技术可以实现数据和控制面板的分离, 对网络资源进行集中控制, MEC技术实现互联网和基站业务良好结合, 5G网网络平均速率大约10Gbps, 可实现机器间的大规模同时通信, 无论是人脸识别匹配的图像提取, 还是利用智能算的预测分析, 都需要巨大的计算量和数据量, 由终端设备接收数据, 通过5G通信网络的快速传输, 将数据传输至服务层, 服务层进行分布式数据储存和处理, 将数据传递到应用层, 从而开展各项应用。国内三大运营商积极布局5G网建设工作, 中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的5G试验频率, 中兴通讯为中国移动5G建设做好商用铺垫, 中国移动将在2019年向市场推出5G终端设备, 将5G芯片研究与创新纳入公司重要战略, 中国移动建设的5G核心网架构是5G网的唯一标准;中国联通获得3500MHz-3600MHz5G试验频率, 预计2019年第二季度发布5G终端NSA试商用, 将5G应用与城市规划相结合, 重点投向云计算、家庭互联网、零售体系等区域,
二、5G网络场景和技术手段与城市规划结合
5G时代实现的“万物互联”将成为城市发展新的驱动力, 在城市规划中需要做好信息通信基础设施的前瞻性, 城市5G网络规划时应采用共建共享的思路, 5G网作为互联网和物联网的主要使用工具, 城市规划时应预留5G小基站建设所需要的城市管道、电力等设备设施空间, 减少建设用地。不同城市的地理环境和经济发展状况不一样, 应用5G网时要对城市的空间布局和基础设施建设进行未雨绸缪, 统筹安排, 北京作为首批试点5G建设的城市之一, 2018年北京加快推进5G智能通信基础设施建设, 北京联通采用3GPP非独立组网NSA模式的5G新空口标准在部分区域开展两辆汽车实时控制, 远程切换的无人智能驾驶测试, 北京推进建设新能源智能汽车产业架构, 推动北京成为通信基站、车载终端等关键设备的研发和生产基地, 其中怀柔区试验场的5G试验工作取得了良好的效果, 北京市也加强了通州地区5G网与智慧城市相结合, 不断落实通州地区5G设施、智慧城市工程项目的实施, 持续建设5G公共服务平台, 制定建设智慧灯杆、智能交通和城市物联网相关政策并推动实施, 5G的到来将给北京的用户提速降费, 为企业和个人带来更多数字化红利。北京通过5G网络和AI技术相结合, 使视频监控实时分析, 打击潜在危险分子, 为首都平安贡献力量。深圳通过5G网络将警务无人机将拍摄实时高清视频上传至警务相关机构, 提高警务效率, 通过5G通信技术实时回传巴士路径图像实现远程辅助驾驶, 传输速度比4G网提升10倍, 深圳市将大力扶持5G相关企业, 促进5G与城市建设中的产业应用相结合, 开展规模试验, 实现5G网络与深圳城市建设的良好结合。
三、5G无线网络与城市规划结合面临的挑战
5G网络带来国内城市巨量效益的同时也面临着巨大的挑战。5G高频网络覆盖热点和范围小, 这需要对基站站址的选择和位置规划更严密, 带来的工程成本相应增高, 城市建设需要精准的站址规划方案以降低成本;对于中国移动、中国联通、中国电信等运营商来说5G业务在待机、低延时性、可靠性体验的评估方法、仿真实验处于空白或者刚起步的时段, 高聚集人群带来的超密组网网络规划方案国内目前处于刚起步阶段, 需要开展研究的课题很多;5G新架构的形成通过网络切片提供业务编排和部署, 使网络规划的资源配置和调度变得更加复杂;城市目前流量主要集中在室内, 城市3D立体空间的建模的仿真技术对于5G网络通信技术的建设尤为重要;5G应用时收发同时双频, 消除全双工发射机的发射信号对本地接收机干扰比较复杂, 建设的5G基站基带运算的复杂度和相位噪声校对不好处理, 5G网与城市结合时随着小区部署密度的增加, 回传的链路干扰, 传输资源和部署成本较高, 5G试验室研究大带宽、低噪声、高效率的高频器件进展缓慢;国内5G芯片的建设方面, 华为、中兴落后于美国高通、英特尔, 我国BAW和FBAR滤波器核心技术缺失, 砷化镓、氮化镓以及锗硅和绝缘硅材料工艺被国外大厂控制, 形成商业壁垒;云计算服务器、储存系统等被国外亚马逊、三星等企业垄断, 国内储存器发展落后;我国5G高频试验频段较少应用民用区域, 相关产业配套环节不完善, 5G移动通信网络使用通信硬件可能会被人工智能病毒攻击, 威胁5G移动通信网络接入城市设备运营安全。5G移动通信技术建设过程中要考虑新站站址规划, 新建站址和原有3G/4G网络站址的协调使社会公共资源协调建设的难点, 新建站址应该以改造和替换原有站址3G/4G为主, 城市土地规划细化分析不同区域的功能, 旧城区主要用来规划居民居住, 文物保护等, 新城区随着城市化进程中逐渐成为城市功能中心集聚区, 根据新城区和旧城区的经济状况、通信用户的数量, 居民居住密集和疏松区域, 来确定基站的建设数量和具体位置, 合理规划通信基础性设备, 保障通信的流畅和居民良好的5G体验。
四、小结
5G系统是一个多种设备、多层网络, 多种用户交互的端到端生态系统, 支持动态的无线拓扑, 实现人与设备的无缝接入, 5G网络具有良好的低延时性、端对端毫秒级的对接速度, 5G网络通信技术将蜂窝网与人的生活区域链接更为紧密, 3D、物联网、增强现实等将以更灵活的方式组入网络, 5G网络通信技术与城市整体规划相结合, 提高人们群众移动通信水平, 实现城市资源的有效利用。
摘要：5G网的3D—MIMO技术可以使多个用户在同一时间内通信, 可实现机器间的大规模同时通信, 无论是人脸识别匹配的图像提取, 还是利用智能算的预测分析, 都需要巨大的计算量和数据量, 由终端设备接收数据, 通过5G通信网络的快速传输, 将数据传输至服务层, 服务层进行分布式数据储存和处理, 将数据传递到应用层, 从而开展各项应用, 本文论述了5G应用场景以及相关要求和城市建设使用5G通信技术带来的机遇和挑战, 城市5G网络规划时应共建共享、统筹安排。
关键词：5G网络技术,城市规划,通信运营商
参考文献
[1] 徐灿辉.5G网络部署影响因素分析[J].电信快报, 2018 (4) .
[2] 曹伟.简析5G无线通信的相关技术介绍及发展趋势[J].数字通信世界, 2018 (1) .
[3] 扈兆明.5G无线网络及其关键技术[J].电子技术与软件工程, 2018 (13) .