本研究由中國移動通信集團江蘇有限公司、中國移動通信集團有限公司網絡部、中國移動通信集團有限公司研究院共同完成，項目組主要成員有鄭康、卞國東、王冰、孫奇、蔡偉明、董巍、丁智、張建奎、王澄、辛永超。

降本增效是企業創新永恒的動力。受益于摩爾定律，通信產業新一代硬件能力數倍于前。在4G時代，傳統“剛性”網絡的軟資源僅發揮了30%的硬件能力。軟資源的有效利用成為提高投資效益以及網絡智能的關鍵。隨著“無限量”套餐的出現，增量不增收倒逼運營商進行方方面面的改革，從技術層面，網絡層次和數據維度日益復雜，依賴人工網絡優化開展靜態網絡資源管理的低效模式成為改革的重點。

圍繞“感知即數據、智能即高效、網絡即服務”本研究基于人工智能技術構建出新一代全球首個可感知、可重構、可改進的 “柔性網絡”架構和智慧網絡大腦。將載波、頻譜、參數等核心軟資源進行動態管理實現了“網隨人動” ，涉及軟硬解耦、頻譜共享、機器學習參數優化等關鍵技術的突破。該研究能實現效率、質量、效益三提升，節省投資過億元，加速運維效率1000倍，節省90%人力，吸收突發話務，減少30%的高負荷小區，質差下降49%，為5G智能化運維提前積累了經驗和業務模型的基礎。本研究成果在江蘇、廣東、浙江、四川、遼寧等多個省份得到全國推廣。

柔性網絡概述

無限量套餐帶來用戶習慣改變，刺激流量爆發式增長對網絡承載能力提出嚴峻的挑戰。網絡流量同比翻3倍，用戶DOU接近10GB。隨著“抖音”、高清視頻等業務的普及，未來4G流量還有很大的增長空間。

然而，流量“白菜價”迎來了網絡投資效益的拐點，傳統的資源堆疊式擴容，投入資源與產出收益失配，出現增量不增收的現象，面對有限的投資，難以為繼。載波、頻譜、網絡參數都是決定網絡容量的要素，但受限于技術原因，傳統運維體系依賴手工管理，通過人為經驗判斷，進行靜態的資源配置，即“剛性網絡”體系。傳統網絡模式一直是一個“黑盒子”，不可見、難調整、缺乏彈性、粗放管理。面對潮汐效應以及3D-MIMO等新技術“力不從心”，與大數據、人工智能為代表的新趨勢呈現出巨大對立。“剛性網絡”對用戶激增造成的壓力不能很好地進行資源配置，而柔性網絡則在現有硬件設施的基礎上通過調整軟件彌補了這一不足。從而讓網絡變得有彈性，能夠快速調度資源，形成一個全新的網絡架構。

因此，針對傳統剛性網絡“三高”問題（高投資、高運營費、高能耗），本研究提出新一代可感知、可重構、可改進，省錢、省人、省電的具有動態載波、動態頻譜、機器優化“三位一體”特征的柔性網絡。該網絡構架從軟硬解耦、頻譜共享、人工智能優化等關鍵技術突破，解決傳統網絡資源無法動態分配的問。用戶需要網絡容量，想增就增，想減就減，隨需調增調減，并且能夠小規模、可定制，網絡跟隨業務的變化而變化，做到“網隨人動”。

柔性網絡的系統架構與關鍵技術

（一）動態載波

4G載波資源的靜態部署與動態的業務需求變化不能及時匹配，無法應對突發性話務，存在流量損失。網絡“潮汐效應”明顯，業務需求在空域及時域具有明顯的不均衡性。現有“剛性”網絡，為保障客戶感知，只能按照網絡忙時業務需求靜態擴容，但在閑時多余容量產生可觀的投資浪費。如何利用有限的“1”份license資源，去實現“2”份的價值，成為現有網絡深耕的重中之重。

該功能實現有兩項關鍵技術：

（1）面向機器學習的柔性系統構架

（2）軟硬解耦的系統能力。具體如下：

1、采用面向機器學習的架構設計，實現基于云化的可擴展無線柔性網絡智能動態管理

本研究提出了一種面向機器學習的無線網絡智能化管理架構和流程。

其中數據采集單元、模型訓練單元、實時策略單元和執行單元可根據網元及平臺計算、存儲能力及無線網絡決策實時性需求靈活分布式部署，進行資源分配及通信方式決策。

2、軟硬解耦，虛擬資源池，突破異構網4G載波資源池化動態調度難題

據統計，現網4G軟載波開通量實際使用僅占硬件最大支持能力的30%，已有硬件具有很大的“彈性”擴容空間。本研究提出一種基于用戶業務需求的靈活資源配置方法，實現網絡資源分配動態適配業務需求，充分利用宏微組網的傳輸能力。軟硬解耦的總體管理要求如下：

（1）機制有保障：

省內軟、硬件許可資源共享，不得與基站或OMC綁定，所有操作必須支持全部在網管上以命令行方式實現，不得有外部限制；調度時限地市本地網5分鐘內，地市間3小時內

（2）容量更彈性：

4G現網及未來新增所有軟、硬件許可將以省為單位實現各地網內、基站間自由調度

（3）調整更靈活：

在TDD網絡中，要求所有許可（除單載頻許可）均可實時調度，雙（及以上）載頻涉及的載頻許可可實時調度；在FDD網絡中，要求所涉及的許可均可實時調度

在實踐中發現，部分廠家（中興）的軟載波是以城市為單位進行管理，與硬件無綁定關系。通過開放廠家內部指令接口，將調度方案封裝成MML命令批處理，通過Telnet/ssh2協議即可實現僅通過軟件遠程載波的擴減容。形成了城市為單位的虛擬載波資源池如圖 3所示，為動態載波調度奠定了基礎。該方案同樣適用于所有網絡軟資源許可。

對于軟件與硬件無法解耦的廠家（華為、愛立信），需進行差異化方案如圖 4所示，采用平臺間方案委托方式對接，調度實時性會有損失。

（二）動態頻譜

隨著用戶向4G網絡遷移，2G網絡承載負荷快速下降，一部分2G頻譜資源可以釋放給4G使用。傳統2G和LTE雖然可以在同頻段部署，但是需要二者之間留出一定的頻率保護間隔， 2020年后GSM網絡仍然需要5-10M頻譜維持長尾，如何充分利用原有2G低頻黃金頻譜與4G長期和諧共存成為挑戰。特別是不同區域的2G網絡也存在忙閑不均和潮汐效應，業務負荷低的2G網絡可以騰挪出更多的頻譜資源。然而現在“一刀切”的靜態頻譜分配，無法根據場景按需分配頻譜資源。2G老舊制式面臨長尾運營，現網2G頻譜資源釋放是一個緩慢漸進的過程，做好頻譜高效共享是提升網絡容量的重要手段。同時從5G未來發展來看，5G與4G頻譜共享將成為重要技術點。

本研究2G/4G頻譜云化動態共享，突破頻譜專網專用，在全國首個根據2G/4G異系統間動態時分共享同一頻譜資源，基于業務占用情況以及制式間干擾評估釋放更多頻率資源給LTE，提升LTE空口容量，支持900/1800雙頻靈活帶寬，為4G/5G頻譜動態共享探路。

系統構架關鍵技術點包括：

（1）雙頻按需頻譜共享和

（2）2G/4G聯合分配調度。

1、雙頻按需頻譜共享：在900M/1800M頻段進行2G/LTE多模部署，靈活按需使用相同頻譜，2G優先使用共享頻譜，通過調整可復用電平差，可提高LTE使用共享頻譜的概率，提升頻譜效率。

2、2G/4G聯合分配調度：新增BSC和eNodeB之間接口，進行干擾協調信息的有效傳遞，BSC、eNodeB基于GL干擾鄰區關系、共享頻點的用戶占用狀況，計算出LTE在共享頻譜上的可用時頻資源，并進行合理的分配和調度。

（三）動態參數

3D-MIMO默認不分場景和業務分部的按照統一權值設置帶來性能損失。然而3D-MIMO的廣播波束優化中，天線權值和下傾角參數組合有283種，在邊緣用戶速率優化時，異頻切換參數A1/A2/A4/A5每個取值空間超過10，組合超過10000種；由于優化參數多，優化目標存在差異，導致投入人力多、優化耗時長、影響網絡性能。

研究3D-MIMO等復雜參數優化為5G參數動態設置積累經驗，以“容量、質量”等多維加權目標，結合機器學習解決基于網絡大數據的參數迭代動態自優化，流量增長11%，質差下降49%。在283個參數組合中快速尋優，使業務、場景、用戶、終端在網絡中動態變化自適應。

主要關鍵技術點如下：

（1）基于MR報告的阿波羅尼斯圓的弱覆蓋用戶定位方法，深挖LOG日志的業務分布特征分析法，相比傳統方法更能確定高業務、高干擾、弱覆蓋場景，使3D-MIMO部署場景更合理

（2）引入人工智能的3D-MIMO優化模式，基于MR定位以及波束LOG日志，得到業務量以及覆蓋分布，作為機器學習（強化學習+監督學習）的建模輸入，然后預測最優參數

（3）通過多維空間建模，結合機器學習，首先引入“多參數”聯合優化，快速尋找最優參數組合

根據不同的優化目標，可以設置不同的優化多目標機器參數優化系統設計，具體案例如下：

實例1

3D-MIMO容量: Y = { 用戶數、數據流量}??? X = { 水平波束話務、垂直波束話務}

實例2

VoLTE上行丟包率參數自優化: Y = { VoLTE上行丟包率}??? X = { 功控類、覆蓋類參數 }

實例3

用戶下行速率提升參數自優化:? Y = { 下行用戶速率 }??? X = { 功控類、切換類、調度類參數 }

研究應用效果

本研究通過柔性網絡構架突破了網絡“軟資源”池化調度的難題，在不額外增加投資的前提下，基于網絡大數針對用戶的需求進行網絡容量等軟資源的動態調整，實現“網隨人動”。研究并實現了基于人工智能的高效低成本的集中管理，應用場景廣泛。能有效應對突發話務、潮汐效應、潛在業務、重大活動、節假日保障五大主要場景。

項目成果由江蘇移動提出，首先在江蘇省內幾十萬小區試點和驗證，服務數千萬用戶，在省內進行了試點并得到了推廣，節省了網絡建設和運維成本。形成示范效應，最終在整個中國移動集團內得到了全國性推廣。

目前，載波調度已經在浙江、湖北、安徽等22個省份推廣部署，中興、大唐區域可實現全自動調度，華為、愛立信、諾基亞需廠家輔助。

研究成果主要應用效益如下：

1、節省投資：

最多節省20%第二載波LICENSE，隨著第二載波部署范圍的擴大，調度數量不斷增加，效果將進一步增大，僅江蘇可節省約1億元。

2、降低運營成本：

節省網絡優化擴容保障人工成本超過2000萬元。

3、增加收入：

克服資源短缺，額外激發流量增長10.5%，試點區增收數千萬元。

4、提高效率：

打通資管，取消各個環節的人工審核，網優容量調度全流程時間從2周縮短至最少8分鐘，節省90%人力。

5、改善網絡容量空間均衡度，每T流量的高負荷小區數量下降68%。

小結與展望

本研究中4G柔性網絡的提出和實踐僅僅是面向智慧網絡轉型的第一步，面向5G未來網絡，中國移動提出了感知即數據、智能即高效、網絡即服務的5G智慧網絡，構建端到端的智慧“新架構”，實現終端泛在化、網絡虛擬化、計算邊緣化、全面智能化、能力開放化的宏偉藍圖。5G新感知、新能力、新生態、新架構智慧網絡將通過頂層設計布局。

但值得注意的是4G與5G網絡將長期共存，如何在5G設計初始考慮到多網智慧協同將成為后續研究的難點。?