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摘要：智慧城市指的是在创新理念的指导下，运用信息化、智能化、大数据技术对城市资源进行整合、利用和调度，打造高效、有序、人性化的现代城市，提高广大市民的生活质量。如今，我国已经进入了智慧城市建设的第二个十年，从1.0发展到2.0，再升级到“新型智慧城市”的内涵，最终演变到现阶段的以5G技术为核心的新型智慧城市。文章首先对智慧城市与5G技术进行概述，重点对5G移动通信网络关键技术以及5G移动通信网络在智慧城市建设中的规划策略进行阐述。

关键词：智慧城市；5G技术；移动通信网络；规划

一、智慧城市概述

（一）概念

智慧城市是遵循信息技术与智慧化理念，让城镇化的各项管理内容更加系统和集中，从而为广大群众提供完善、优质的服务，优化并合理分配各项城市资源，让有限的资源尽可能的满足市民的生活需求，提高人们的幸福感以及对城市的归属感。

2016年的“十三五”期间，我国对智慧城市建设进行了详细描述：（1）以计算智能、城市模型、协同服务等理论为基础，在多维度的城市中突出立体化感知；（2）通过对数据的集中管理实现跨行业、跨领域管理；（3）通过数据融合突破时间、地点的限制，优化决策；（4）结合城市数据对基础公共服务进行优化，保障城市系统安全。

2022年，我国的5G技术的应用成绩不俗，“十四五”期间的公共服务规划方案中，明确提出了智慧城市建设的具体要求，在强化5G技术建设的同时，提高5G技术与各领域的相互结合，提高文化服务水平，更好的帮助市民打造智慧城市，提高生活的便捷性。

（二）特点

“智慧”是智慧城市的重点，需要在网络全面覆盖的基础上进行建设，制定并完善信息共享机制，保证信息的智能化处理合理、到位，能够把不同的信息拓展到各个领域。总体而言，智慧城市具有两大突出特征：（1）广泛的覆盖性：信息感知网络是发展、建设智慧城市的先决条件，信息感知网络涉及多个方面，智慧城市的建设也涉及各个领域、各种资源的整合与利用，及时的获取各项数据信息，才能全面了解城市的真实情况[1]。智慧城市信息化平台实现了不同要素之间的相互转换，信息感知网络从时间和空间两个维度覆盖城市的各个角落，保证了系统平台能够实时、动态的收集各种信息。（2）深度的互联性：建设智慧城市是一个长期、系统的工程，不同网络连接都有具体要求，应最大程度的保证网络连接的完善和有效，让信息互通访问技术和调度技术深度结合，充分满足信息资源的全面化、一体化发展。

5G智慧城市的发展与建设是一个长期过程，需要统筹规划，结合国内外智慧城市建设经验，5G智慧城市的整体框架应遵循“五横三纵”原则来构建。“五横”由技术层、采集层、网络层、平台层、应用层构成；“三纵”由安全管理体系、运维管理体系、标准规范体系构成。

二、5G技术概述

5G可以实现在数据速率、延迟、可靠性、覆盖范围、能源效率和连接密度等方面不同要求的广泛应用。它以其独特的功能和能力满足灵活性、可扩展性和效率要求。支持宽频率、大带宽（BW）、动态调度和先进的波束形成特性，这些特性使它适合于具有严格的数据速率和延迟要求的各种业务场景。

5G的eMBB、uRLLC和mMTC三大场景中，eMBB首要针对4K/8K、VR/AR等大带宽应用，uRLLC首要针对远距离机械控制、主动驾驶等超高可靠、超低时延应用，而NB-IoT将演进为mMTC，首要针对低速度的大规模物联网应用保持。

5G新空口协议需要支持各种参数集、新编码、新调制、多流与大规模天线技术，并通过先进的调度与多连接等方案，基于灵活配置的平台和软件架构，以满足不同场景的业务需求。针对连续广域覆盖场景，需要采用大规模天线技术、公共信道波束扫描、高效编码等技术实现大带宽高性能传输。针对低时延高可靠场景，需要采用自包含、Mini-Slot、上行免调度方式来降低空口传输时延，通过HARQ快速重传和降低资源碰撞等技术方案来提供数据传输可靠性。另外，针对低时延高可靠场景，还可通过对用户面的协议栈架构进行精简，以最少的协议子层来完成对数据的处理的技术手段来降低业务面时延。针对高频段场景，需要支持大带宽，数模混合波束赋形，多波束扫描等技术实现高传输速率。

同时，5G为了进一步服务于垂直行业，还可以结合切片、CAG、TSN、大上行、通感一体化等技术，满足诸如智慧家居、智慧交通、智慧医疗等多种智能应用场景的需求。

三、5G移动通信网络建设的重要技术

（一）切片技术

为了应对不同的网络服务需求、5G网络引入切片概念，在切片内按需组织核心网、无线及传输资源，从而为不同场景提供差异化服务。

网络切片是在通用的网络平台上根据不同的业务场景部署不同的网络逻辑功能，灵活编排网络架构和功能，满足不同的业务和用户需求。网络切片为端到端的逻辑网络功能和组网所需的资源的集合；AMF、PCF、NRF可以作为多切片共享功能。针对智慧城市场景，可以通过切片满足智慧家居、智慧交通、智慧医疗等多种智能应用场景的业务感知需求。

如上图所示，为了同时服务于ToC和ToB行业，核心网可以分设。若UE携带有效的Temp ID（GUTI或GUAMI），则RAN基于Temp ID选择AMF；否则RAN选择默认AMF，由AMF重定向到合适的AMF。接入网及核心网的切片与传输网之间通过VLAN ID和切片ID映射。无线网侧支持通过载波隔离的方式公网专用，或者通过切片组的方式为切片预留资源，或者切片与公网用户共享资源等多种方式。

对于智慧城市中智慧家居、智慧交通、智慧医疗等场景，基于切片方式实现更为科学合理的资源选择，在充分利用公专网络资源的前提下，保障各类场景的用户感知。

（二）大上行

5G 具有更大的传输容量、更高的可靠性、更低的时延，不但可以满足ToC 持续增长的大带宽移动互联网需求，还能够与垂直行业的多种业务融合，满足工业制造、交通、能源、医疗等ToB 行业应用需求，因此5G 作为新一代数字化基础设施，正在成为经济社会发展的新动能。同时随着移动互联网、物联网、云存储、智能监控等业务的多元化发展，海量数据的上传要求也快速增长，包括超高清视频通信、大数据采集、智能监控、AR/VR 视频直播等都对5G 的性能，特别是上行容量、上行覆盖等提出了高要求。

目前主流的5G 商用部署频段主要为3.5GHz/2.6GHz 等TDD-NR 频段，这些频段的主要特点是带宽大、容量高，但由于穿透损耗相对较高，上行占空比较低等原因其上行覆盖、容量等方面都存在不足。因此为了保障多元化业务的发展，提升用户体验和降低部署成本，亟需提升5G 网络的上行性能。在超级大上行增强技术中就包括载波聚合（CA）相关的上行增强技术。

作为对R15上行的进一步增强，Uplink Tx Switching技术可以应用于频段间载波聚合，通过时域和频域两个方面来提高频谱资源利用率。通过Uplink Tx Switching技术可以使终端在载波1 和载波2之间切换，Uplink Tx Switching技术如下图所示（以TDD-NR 3.5G和FDD-NR 2.1G为例）。

从上图中可以看到Uplink Tx Switching对应两种场景，分别是Case1和Case2，两种场景的区别在于，Case 1时终端的一个发射通道给2.1GHz 使用，另一个发射通道固定给3.5GHz 使用。Case 2时终端的一个发射通道切换到3.5GHz，由于另一个发射通道还是3.5GHz，此时就可以支持TDD-NR 双流传输。

上行速率增强的另一种方式是在一个传输周期中给上行配置更多的传输机会，如图3所示的3U1D帧结构，基于2.5ms单周期3U1D帧结构的基站配置，增强了上行传输速率，满足垂直行业高清视频回传需求。

（三）RedCap

RedCap技术是针对5G高速率小带宽低功耗的物联网应用场景，弥补了现有NR标准设备的应用空白，它的性能与成本介于NB-IoT与NR eMBB/uRLLC之间，针对NR设备功耗和成本的关键问题进行了优化，主要应用于工业物联网传感器、监控摄像头、可穿戴设备等场景。这些都和智慧城市的应用场景有很大的关联性。

工业物联网传感器：通过RedCap解决工业物联网中的过程监控、自我诊断和维护，以及视频辅助应用（从资产监控到增强现实）。可以实现自我诊断和维护，从而确保工厂的安全稳定运行。通信服务可靠性高于99.99%，端到端延迟小于100毫秒（增强现实和与安全相关的传感器小于10毫秒）。工业无线传感器通常在功耗方面受到限制，一般要求传感器电池使用时间超过5年。

视频监控：RedCap的另一个参考用例是用于监视的闭路电视（CCTV）通信服务。用于视频监控的摄像头可以是静态的，也可以是移动的。在智慧城市甚至智慧农业中有多种应用。一般对于端到端延迟要求小于 500ms和通信服务可靠性要求为99% - 99.9%的情况，低画质视频比特率为2-4Mb /s。高画质视频（例如，智慧养殖）需要更高的比特率，从7.5 Mb/s到25Mb/s。视频监控在功耗方面不用考虑，一般摄像头需要持续供电。

可穿戴设备：智能可穿戴设备涵盖了很多设备，从智能眼镜到医疗监测设备，但最具代表性和最成熟的是智能手表。智能手表为用户交互提供精心设计的用户界面（如触摸屏或语音控制），其流量要求（如吞吐量、可靠性和延迟）高于低端可穿戴设备。智能可穿戴应用的参考下行速率为10–50 Mb/s，上行最低为5 Mb/s。某些特殊设备的峰值速率可以达到下行150Mb/s，上行链路50Mb/s。该设备的电池应该可以使用多天（最多一至两周）。

（四）5G LAN

5G LAN技术是针对企业跨地域办公区之间组局域网需求而提出的。该技术不同于现有的跨地域间VPN连接技术，因为在4G中跨地域VPN连接技术是在4G PGW处开启VPN隧道，该隧道通过互联网连接到企业网上。因为这个隧道是要跨越互联网，存在天然的不安全性，另外时延也大、在移动网下的用户属于一个企业组的用户之间、企业组与组之间的通信也存在很多障碍。鉴于此，3GPP将局域网LAN技术引入到5G中，在5G PSA UPF之间引入类似VPN隧道技术，实现移动网下组用户之间通信，而通信数据报文不需要经由互联网，提高了安全性、缩短了时延。

（五）AI智能运维

5G 和AI 技术在技术特点方面能够相互促进、相辅相成，两者的结合将推动5G智能化的发展。促进 5G 网络的自我维护、自动优化、智慧运营能力和运维效率提升，使得网络自主灵活调整以适配不同场景、不同行业应用、不同用户的个性化需求更具可实施性；缩短网络优化周期，使得网络能随着用户的移动和业务特征的变化进行敏捷的动态调整。能够向网络运维人员提供更加清晰直观的网络视图，简化运维操作，降低人力成本。对网络故障、流量突发等异常能够提前预测做好备案、及时发现并迅速响应。

（六）通感一体化

基于无线电波对目标或环境进行识别与感知，通过对方位、距离、速度、材质等信息的感知，对目标设备或事件或环境等进行检测、跟踪、识别、成像等。

无线通信与无线感知融合系统，将同时提供无线通信与无线感知服务，充分利用移动通信系统作为关键基础设施的优势，挖掘无线通信系统的潜能，有助于激发用户的应用需求，推动移动通信系统的进一步演进。通过辅助波束赋形，小区接入与切换，网络资源调度等技术，将感知信息的传递、汇聚与融合，可以拓展感知的广度、深度，提高感知的准确性、时效性。全面提升通信系统性能。

通感一体化可以服务于智慧生活，包括医疗健康，智能家居，休闲娱乐。也可以服务于智能工厂，智慧农业等产业升级。同时，还可以融入社会治理，包括城市管理，智能交通，环境监测，公共安全等，这些都是智慧城市的重要组成部分。

四、智慧城市建设中5G移动通信网络的规划

基于5G移动通信网络的关键能力，本章节从智慧医疗、智慧交通、智能家居、智慧教育、智慧照明、智能电网六方面展开分析，根据如上应用场景对网络能力的需求，精准建设5G网络，有效部署网络能力，将5G移动网络关键能力融入到智慧城市当中，在赋能智慧城市的同时，5G移动通信网络本身也要绿色高效。

（一）智慧医疗

我国目前还没有建立起统一、完善的医疗信息系统以及配套的医疗监督机制，导致城乡之间，甚至同一座城市中的医疗资源分布极不平衡，高水平的三甲医院常人满为患，而社区医院患者寥寥。据此可构建一套以5G技术为核心的智慧医疗信息网络平台，通过5G+人工智能+边缘计算技术，提供高清视频流的近实时处理，让偏远地区的患者亦可享受医疗专家的实时会诊，辅以AR/VR，让出行不方便的老年患者享受高品质的医疗服务；而基于5G+物联网技术构建的医疗设备+患者的全连接网络，可实现救护车患者远程预诊断、医院患者输液监护、移动护理、实时位置监测，提升医院的医护效率、降低人工出错概率，改善医患关系。同时可借助5G所具有的高速度、低时耗、泛在性等优势来弥补医院对实验室管理系统、信息系统、传输系统、影像系统等各方面的弊端，完成患者诊疗信息收集、存储、提取和共享。

智慧医疗通信系统将算力部署在基站边缘，进一步降低视频回传时延，减少传输带宽消耗，更好支持增强现实和虚拟现实，在提供处方治疗、在线诊断和培训指导的同时，保障了患者数据安全。与此同时，基于中心云平台，支持医疗资源跨域共享，为患者提供协同高效的医疗服务。

（二）智慧交通

5G技术为城市轨道交通的安全运营提供了充分保障，5G技术可以让列车在高速运行时完成数据交换，将延迟误差控制在最小范围内。在故障情况下依然能够保证列车的安全运行，提高发车时间的精准度，缩短发车时间间隔，让人们的出行更加高效[4]。而借助于5G技术，建设的云网协同平台，可为管理部门和司机提供关键路口/路段实时信息，实现信号灯协同、道路事故/施工提醒，特殊车辆让行，及时缓解城市交通拥堵；采用5G技术实现的公交车辅助驾驶，在进站时实现精准停靠，在恶劣的雨雪大雾天气，亦可安全行驶，极大提升城市交通安全。

车云5G网联智能系统通过路侧的融合感知系统、融合网关、边缘计算节点等设备，云端管控系统亦可将道路拥堵、桥隧管控、匝道行驶、车速诱导、恶劣天气等实时更新和广播，为城市道路车辆提供绿波引导、车路协同、超视距防碰撞、智能车速巡航、安全精准停靠等功能，助力城市道路交通安全。

（三）智能家居

随着物质水平的提高，人们越来越追求和向往高品质的生活方式，5G可提供更低的时延和更好的稳定性，实现对家用电器的远程控制，于是，智能防盗系统、监控系统应运而生，通过记忆家庭成员的人脸数据，能够很好的识别陌生人，及时发现不法分子的行为轨迹，并在第一时间通知家庭成员。全屋家具智能联网感应可让主人在回家前远程提前开启空调，在主人回家后，会自动开启窗帘、开灯、开电视，营造舒适的休息环境。借助5G网络不但可以实现家居的照明和安防智能化、家电智能控制，视频共享等功能之外，还可以实现居家老人和小孩儿防护、紧急电话求助等功能，5G+智能家居为智慧城市开启了新的生活方式。

智能家居5G系统部署在城市的边缘计算节点为城市智能家居用户所共享，可为用户提供AR/VR、互动游戏、高清电影、视频互动等信息流的前端渲染、压缩/解压缩等功能，可降低大带宽视频对城市传输网络的带宽需求，同时提升视频流畅度；

（四）智慧教育

随着我国教育体制的不断改革，教育理念、教学方式、教学设备有了很大完善，但依然无法解决教育资源分布不均衡的问题。在5G移动通信网络的支持下，智慧教学、智慧培训、智慧教研体系不断优化和升级[5]。借助5G网络，采用5G+AR+云计算技术，开发集文字、图像、动画与一体的教学方式，使偏远山区的孩子，亦可享受先进教育资源，并与优秀教师进行线上交流。同时这种新型AR体验性教学趣味性强、效率高，不需要高端教学设备就能丰富课堂授课形式，为课堂教学注入鲜活的生命力，给学生新颖的学习体验，提高学习兴趣。极大激发学生学习热情和主动性；同时利用5G网络还能构建学生信息系统，存储学生阶段性的学习情况。老师可以更好的了解学情，因材施教。

（五）智能照明

照明是维持各项社会活动正常开展的不可或缺的功能，智慧城市建设，必然要考虑到智慧照明对人们生活的影响[6]。5G技术和物联网的深度融合，让智能照明渗透到智慧城市的各个角落，根据人们的需求建立智能照明系统，可以帮助车辆、行人根据需求自动调节光亮度，提高城市照明方式的多元性和智能性，且符合节能环保理念，很好的响应了国家提出的可持续发展倡议；采用5G技术可实现城市各类照明灯、景观灯的遥控、遥信和遥测；遥控实现对照明设施远程控制，遥信和遥测可获取照明设施状态、电流、电压、功率等信息，实现能耗分析，及时进行故障处理和合理调设置整照明时间，在降低设备的运行成本同时节约城市能源[7]。

5G+智能照明系统通过本地部署的MEC系统，完成对智慧灯杆、隧道灯控、景观灯的就近接入和信息采集、连接管理、资源分配等操作。通过5G网络+智能照明设备，实现道路视频监控、政策广播、广告宣传、报警等增强业务，在提升城市照明运维和管理水平同时，助力城市安防。

（六）智能电网

智慧城市的建设水平与电网的运行密切相关，坚强的城市电网是智慧城市发展的“主动脉”。5G技术对于促进电网发展以及电网系统的改革具有重要意义 [8]。未来城市电网的大量应用集中在配电网侧，光纤和现有公网在建设成本、承载能力等方面，难以有效支撑城市配电网海量终端的可观可测可控。采用5G技术构建的城市电力通信网具有“泛在化、全覆盖”特点。借助5G技术，通过能耗管理功能进行检测与排查，可提高电网能源传输效率；在出现故障时，进行快速定位和精准隔离，减小停电影响；同时利用5G技术可实现城市电网的负荷检测、线损分析、电能质量检测、停电时间统计等拓展应用，提升用户满意度，让城市电网运行更加坚强。

智慧城市的电网有诸多业务场景，如开闭所、环网柜高清视频监控监测；企业和居民海量用电信息采集、高级计量和需求响应；变电站智能巡检、配网三遥、差动保护等高可靠、低时延应用场景；5G切片技术可以满足电网不同场景差异化性能和安全需求；Mini-Slot、上行免调度、用户面下沉部署、重复传输等技术在保障业务端到端时延要求的同时，让电网数据直接落地电网本地，保障了电网高可靠性需求；而通过RedCAp、5G LAN、AI智能运维等技术可以实现电网海量用户信息采集和高级计量应用，满足用户信息及时反馈，亦可让基于5G技术的智能电网运维更简捷方便。

五、对5G移动通信网络的展望

智慧城市是生态地球、优质生活的重要体现。移动网络是构建智慧城市的重要技术，随着5G时代的全面到来，进一步加速了城市的智能化，必然会对智慧城市建设产生长远影响。以5G移动通信网络为核心的智慧城市建设，给人们的出行、工作、生活提供了巨大便利，极大的提升了城市生活品质，符合人们对现代城市生活的期待。在智能化、数字化的时代背景下，在国家政策与5G商用化进程的助推下，智慧城市的发展与建设会更加顺利[10]。

结束语

综上所述：5G移动通信网络技术是目前最先进的一种网络技术，5G通过云计算、互联网、智能技术的相结合，提高了数据传输的高效性与准确性，以及频谱资源的利用率，充分满足了社会各个领域的发展需求，结合智慧城市的规划建设，进一步提高了人们的生活品质。

参考文献：

[1]阎作铃. 基于广电网络5G技术的智慧城市建设分析[J]. 电视技术，2022，46（2）：173-176.

[2]史章锐. 新型智慧城市5G通信技术与人工智能的融合及发展趋势[J]. 中国新通信，2022，24（12）：10-12.

[3]韩清娜. 智慧城市与5G无线网络的规划设计研究[J]. 长江信息通信，2022，35（12）：217-219.

[4]孙泰. 智慧城市中的5G技术全景应用研究[J]. 科技资讯，2022，20（18）：33-35.

[5]徐志荣，孙立华. 广电5G承载网技术分析与建设智慧城市有效融合[J]. 通信电源技术，2022，39（16）：169-170，182.

[6]黄华. 基于5G技术的物联网技术在智慧城市建设中的应用探讨[J]. 通信电源技术，2022，39（6）：77-79.

[7]胡哲卿. 5G助力新型智慧城市与市政交通基础设施发展的研究[J]. 智能建筑与智慧城市，2021（9）：160-161.

[8]肖芳晏. 基于5G时代数字经济发展赋能智慧城市建设的探讨[J]. 中国新通信，2022，24（6）：42-44.

[9]朱正国. 5G背景下物联网技术在智慧城市建设中的应用[J]. 智能城市，2021，7（20）：46-47.

[10]陈俊. 智慧城市建设背景下5G无线网网络的规划研究[J]. 通讯世界，2021，28（8）：31-32.

（作者单位：中信科移动通信技术股份有限公司）