人工智能下5G無線網(wǎng)絡優(yōu)化淺析公開課

人工智能下5G無線網(wǎng)絡優(yōu)化淺析摘要：5G通信系統(tǒng)作為新一代的無線通信系統(tǒng)，在不久的將來將對社會產(chǎn)生巨大影響，尤其是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方面顯得極為突出。作為人們社會生活的重要組成部分，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)影響下，5G通信技術(shù)將深入社會生活的各個環(huán)節(jié)，并對人們的生活等各方面帶來巨大變化。人工智能技術(shù)作為另一種關(guān)鍵性技術(shù)也為社會生產(chǎn)發(fā)展提供了新的引擎，對此實現(xiàn)二者的結(jié)合，有助于新應用的拓展。在此背景下，我們開展人工智能的5G無線網(wǎng)絡智能規(guī)劃和優(yōu)化研究。關(guān)鍵詞：人工智能；5G無線網(wǎng)絡；智能規(guī)劃5G通信是當前最新的通信系統(tǒng)，具有高帶寬、低延時、低功耗的特點，對通信技術(shù)發(fā)展具有顯著潛力，尤其是在大數(shù)據(jù)、人工智能等方面具有基礎支持作用。人工智能技術(shù)作為當前最為火熱的尖端技術(shù)，其主要依托智能化機器及機械，通過相關(guān)算法來模擬人的思維模式，依托計算機技術(shù)來實現(xiàn)人性化管理。人工智能技術(shù)起步于20世紀70年代，經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，已經(jīng)形成了統(tǒng)一的概念，即依托當前計算機硬件和軟件，通過配備的自主學習和智能化控制的新型技術(shù)，該技術(shù)從其本質(zhì)上來說是一種依托計算機技術(shù)發(fā)展的新型技術(shù)，其同當前的5G通信技術(shù)有著高度耦合性能。因此加強對人工智能的5G無線網(wǎng)絡融合研究顯得極為重要，對此本文從人工智能的5G無線網(wǎng)絡智能規(guī)劃和優(yōu)化角度進行探討，旨在為5G通信技術(shù)組網(wǎng)發(fā)展縷清脈絡，以促進其發(fā)展。1人工智能基本內(nèi)涵1.1基本概念人工智能技術(shù)，從簡單上說就是依托計算機技術(shù)和信息技術(shù)，通過模仿人的思維模式，通過數(shù)據(jù)處理的方式來替代人開展相關(guān)工作，從而顯著提升工作質(zhì)量和效率。當前該技術(shù)經(jīng)過長時間發(fā)展，已經(jīng)趨向成熟化，能夠依托自主學習、強化學習以及數(shù)據(jù)信息挖掘的方式來對工作環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)化處理，從而能夠逐漸取代人的工作。從當前技術(shù)發(fā)展的整體來看，人工智能技術(shù)應用廣泛（主要應用見圖1）可見該技術(shù)主要具備兩個顯著特征，即：（1）不確定性，該技術(shù)是一種跨學科，多學科融合的信息技術(shù)，這些學科的知識和理論方面千差萬別，從而使得人工智能技術(shù)具備不確定性，這一特性使得其能夠靈活地運用于各個場景并發(fā)揮應有作用；（2）人為控制，該技術(shù)不是自動出現(xiàn)的，而是依托人的智慧開發(fā)出來的新型技術(shù)，因而人對這一智能化技術(shù)具有最終的導向和決定權(quán)，具體就是可以通過修改相關(guān)參數(shù)來適用于不同場景。1.2人工智能優(yōu)勢分析人工智能技術(shù)從本質(zhì)上來看，其主要是將人類智能和自然智能相結(jié)合的產(chǎn)物，其通過對人類思維模式的模擬來實現(xiàn)對人的作用的替代，由此依托機器來處理人類的相關(guān)事宜。該技術(shù)通過程序化控制實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)信息的分析和管理，從而實現(xiàn)處理效果的科學化和準確化。由此可見人工智能技術(shù)具備很好的優(yōu)勢，正確使用這一技術(shù)能夠為人類各項產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強有力的技術(shù)支撐，比如系統(tǒng)管理、決策制定等環(huán)節(jié)能夠給予科學合理的依據(jù)，從而能夠很好促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平提升。1.3人工智能的應用形式從當前人工智能技術(shù)的發(fā)展情況來看，其主要應用形式體現(xiàn)在專家系統(tǒng)、模式識別、機器學習等相關(guān)方面。對于專家系統(tǒng)來說，就是依托相關(guān)專業(yè)知識，構(gòu)建專家知識庫，從而為相關(guān)問題的解決提供策略支撐。對于模式識別來說，就是通過對人的視覺、聽覺以及嗅覺等感知外界信息方式的模仿，來處理人們?nèi)粘Ｐ畔?，這一技術(shù)主要應用于掃描儀、指紋識別、人臉識別以及聲音識別等環(huán)境中。對于機器學習來說，其主要通過對人類思考方式的模擬，依托數(shù)學理論構(gòu)建的算法模型實現(xiàn)對問題的解決，當前這一技術(shù)的關(guān)鍵在于以神經(jīng)網(wǎng)絡為主體框架，通過自主學習來實現(xiàn)問題的解決，使其能夠?qū)崿F(xiàn)識別和預測的目的。25G通信概述2.15G通信特點作為當前最新的通信技術(shù)體系，涵蓋MIMO技術(shù)、空時編碼技術(shù)、自組織網(wǎng)絡SON技術(shù)、M2M通信技術(shù)、非正交多址技術(shù)以及超寬帶技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，具有極高的頻帶寬度，具有高容量、高速度通信的效能。5G通信技術(shù)具有如下特點及優(yōu)勢：（1）注重用戶體驗，技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展提速。（2）點對點通信傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)槎帱c傳輸、多用戶、多天線以及多小區(qū)組合成為技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵。（3）使用更高的通信波段，這樣就會削減傳輸能力，但是使用的頻帶資源會更多。（4）具備較好的軟配置能力，這樣運營方可以根據(jù)客戶需求對網(wǎng)絡資源進行優(yōu)化配置，從而削減成本，提升用戶體驗。然而，5G通信使用了較高的波段，其傳輸能力相比前代系統(tǒng)顯著降低，大規(guī)模MIMO技術(shù)的應用成為推動這一缺陷彌合的關(guān)鍵，但是大規(guī)模的天線陣列的應用將會占用大量的車體空間，這樣會對整體列車布局有所影響，此外中繼基站的設置成為最大問題，網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全維護難度也會有所增加，因此短期內(nèi)這一項新技術(shù)的應用將面臨很多不確定的問題。2.25G通信關(guān)鍵技術(shù)5G作為當前新一代的通信技術(shù)，相比第四代通信技術(shù)在通信速率和通信帶寬等方面有著顯著的優(yōu)勢。圖2展示了5G通信的基本特點和典型的場景技術(shù)解決方案。從圖中可知，5G通信技術(shù)采用了大規(guī)模的天線接入技術(shù)，相比4G通信的64*64的收發(fā)天線，5G通信的收發(fā)天線呈現(xiàn)出大規(guī)?；奶匦?，高達512*512甚至千位級的收發(fā)天線規(guī)模，顯著增加了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息收發(fā)能力，提升來了通信容量。此外相比4G通信的正交頻分復用技術(shù)，5G方案中采用以稀疏特性為基礎的稀疏多址接入技術(shù)，子載波之間的通帶重疊大約1/2，因而提升信息符號的子載波數(shù)，即大幅度提升單一符號的信息量，呈現(xiàn)出頻帶利用效率提升特點。全雙工通信設計使得通信過程中能夠?qū)崿F(xiàn)通信雙方的即時通訊，實現(xiàn)通信效率提升?；贚DPC信道編碼顯著提升了信息傳輸中的魯棒性和抗干擾能力，基于polar碼的信道控制方案提升了信道信息傳輸?shù)恼{(diào)節(jié)能力。因此5G通信相比4G通信有著技術(shù)上的顯著優(yōu)勢和先進性。從當前揭露的數(shù)據(jù)信息可知，5G通信的典型應用場景為超密集組網(wǎng)、低時延高可靠通信現(xiàn)場、M2M通信、D2D通信、高頻通信以及頻譜共享等應用場景。超密集組網(wǎng)的設計為超大規(guī)模的連接，如城市物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等提供了技術(shù)支持，能夠提供數(shù)以億計的通信網(wǎng)絡節(jié)點，為城市智慧生態(tài)打造提升足夠的拓展能力。高效的通信體系實現(xiàn)了低延時的設計，整個通信延時在1ms以內(nèi)，為城市無人駕駛領(lǐng)域的發(fā)展、城市物聯(lián)網(wǎng)設計提供了可靠技術(shù)解決方案。M2M、D2D方式的通信，提升了通信組網(wǎng)的靈活度，接入網(wǎng)絡方式顯得更加靈活多變，優(yōu)化的網(wǎng)絡路由鏈接，在提升網(wǎng)絡信息極速傳輸?shù)捏w驗同時也保障了通信可靠無障礙效果。高頻帶的應用，降低了傳統(tǒng)頻帶資源的復用程度，延緩了頻帶資源緊張的局面。此外高頻帶意味著寬帶寬，高容量，為實現(xiàn)高效高容量通信過程提供便捷優(yōu)勢。頻譜共享提升了頻帶資源的利用率，為進一步優(yōu)化頻帶資源提供可靠的技術(shù)途徑。3人工智能的5G無線網(wǎng)絡智能規(guī)劃和優(yōu)化3.1網(wǎng)絡規(guī)劃網(wǎng)絡覆蓋規(guī)劃設計是否得當會對最終使用效果產(chǎn)生影響，對此需要遵循如下原則開展相關(guān)工作：（1）覆蓋規(guī)劃面積不能過大。覆蓋規(guī)劃面積過大則會對其他網(wǎng)絡中的其他扇區(qū)產(chǎn)生影響，造成扇區(qū)疊加，由此降低用戶端的網(wǎng)絡規(guī)劃的靈活程度，由此會降低整體規(guī)劃性能；（2）覆蓋規(guī)劃面積不宜過小。覆蓋規(guī)劃面積過小則會導網(wǎng)絡中的扇區(qū)數(shù)目的增加，整個網(wǎng)絡維護難度大，同時也會對位置更新通信開銷有著不利的影響；覆蓋規(guī)劃區(qū)域設置于低話務區(qū)域。覆蓋規(guī)劃的范圍邊界直接對尋呼邊界產(chǎn)生影響。對此為了降低整體位置更新頻次，對應的覆蓋規(guī)劃邊界盡量設置于低話務區(qū)域或者低速移動區(qū)域，由此以降低位置更新開銷。一般設計中，在城市與郊區(qū)的分界點上，覆蓋規(guī)劃的分界點一般放在外線的基站，而不是密集的郊區(qū)路口，以避免路口用戶頻繁的位置更新。同時，分區(qū)盡量不以街道為界。一般來說，覆蓋規(guī)劃邊界不應與街道平行或垂直，而應是斜的。此外，覆蓋規(guī)劃邊界應垂直于用戶流的方向（或業(yè)務流的方向），而不是平行于用戶流的方向，避免乒乓效應位置或路由更新。3.2網(wǎng)絡優(yōu)化3.2.1單站點優(yōu)化。單站點優(yōu)化作為工程優(yōu)化首要環(huán)節(jié)，其主要涵蓋對所在站點的基本的功能檢測，從而實現(xiàn)對整個站點相關(guān)信息數(shù)據(jù)的有效獲取，為后續(xù)的優(yōu)化工程開展提供可靠完整的技術(shù)資料，確保對應的各站點小區(qū)網(wǎng)絡基本功能和網(wǎng)絡信息覆蓋情況處于正常水平。在上述優(yōu)化完成后基本可以達成工程設備功能性質(zhì)量問題，對于后續(xù)調(diào)試優(yōu)化奠定基礎。同時通過該項技術(shù)能夠?qū)φ斈甑幕拘畔⑦M行有效掌控，這樣在后續(xù)的優(yōu)化環(huán)節(jié)能夠充分予以考慮，從而為后續(xù)優(yōu)化的良好開展提供可靠的基礎支持。3.3.2分簇優(yōu)化。在上述工程技術(shù)優(yōu)化后則需要開展分簇優(yōu)化，以實現(xiàn)網(wǎng)絡性能的確定和提升。根據(jù)LTE網(wǎng)絡系統(tǒng)設計要求，低于進行分簇優(yōu)化站點則要去保證每簇的基站數(shù)不能低于15個，且要求每一簇中的九成站點經(jīng)過上述優(yōu)化作業(yè)后方可啟動，而剩余的站點則直接在開通后繼續(xù)按單站點優(yōu)化即可。從當前施工情況看，分簇優(yōu)化主要分為如下幾個步驟：（1）制定簇優(yōu)化的目標。針對網(wǎng)絡的覆蓋、接入性、保持性（掉線率）、移動性（切換成功率）、吞吐率等指標開展分簇優(yōu)化工程技術(shù)準備工作。（2）簇測試。開展這一作業(yè)，需要關(guān)注如下事項：開展路測環(huán)節(jié)，需要確保整改測試過程網(wǎng)絡系統(tǒng)機器設備都能夠處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，并杜絕任何關(guān)于網(wǎng)絡的操作事宜。在整個測試環(huán)節(jié)，充分考慮實際情況，做好信號的后臺跟蹤，以實時監(jiān)控信號傳輸情況，對異常情況進行有效的分析，重點關(guān)注終端的接入/掉線行為以及吞吐量的趨勢，并對這一趨勢進行預測性分析，從而實現(xiàn)對異常情況的及時預警和反饋。（3）數(shù)據(jù)分析及問題處理。優(yōu)化的手段包括：參數(shù)優(yōu)化、鄰區(qū)優(yōu)化、天饋優(yōu)化（在LTE與2G/3G共天饋的情況下受限）、工程質(zhì)量問題處理、產(chǎn)品問題處理等。數(shù)據(jù)分析及問題處理的內(nèi)容包括：覆蓋優(yōu)化、吞吐率優(yōu)化、掉線優(yōu)化、接入失敗優(yōu)化、切換優(yōu)化、時延優(yōu)化等，通過分析，給出優(yōu)化建議。（4）調(diào)整以及驗證。在數(shù)據(jù)分析及問題處理階段給出了優(yōu)化建議并執(zhí)行調(diào)整。整個調(diào)整驗證環(huán)節(jié)需要如實記錄，并對異常情況進行關(guān)注，并及時發(fā)現(xiàn)問題并進行反饋，從而以實現(xiàn)問題的處理，最終實現(xiàn)整體網(wǎng)絡優(yōu)化效果。3.3.3分區(qū)優(yōu)化。分區(qū)優(yōu)化作為一種重要的網(wǎng)絡優(yōu)化技術(shù)，其一般和簇優(yōu)化一起使用。當出現(xiàn)連續(xù)的簇實現(xiàn)了分簇優(yōu)化工作后，那么進行分區(qū)優(yōu)化則是對其輔助和補充，其將一些連續(xù)的區(qū)域進行區(qū)域化的路測優(yōu)化，以實現(xiàn)實際應用場景。此外在對分區(qū)環(huán)節(jié)操作需要結(jié)合實際情況，考慮站點的地理位置、優(yōu)化建設程度、測試線路以及測試開銷預算等方面。當然分區(qū)優(yōu)化作為簇優(yōu)化的補充，其根據(jù)注重對每個簇之間的邊界區(qū)域，考慮該區(qū)域的網(wǎng)絡覆蓋、分區(qū)切換以及網(wǎng)絡干擾等情況。在此基礎上繼續(xù)完全區(qū)域的頻點和PCI優(yōu)化，并結(jié)合路測優(yōu)化要求對部分分區(qū)的頻點和PCI進行修整和調(diào)配，從而確保其具備優(yōu)越的網(wǎng)絡連接性能。4結(jié)語當前無線網(wǎng)絡用戶大量增加，為人民便