基于5G移動通信網的家庭寬帶接入方案概論

盛慶圓

湖北郵電規劃設計有限公司 湖北 武漢 430000

引言

目前，5G已實現Gbps峰值速率和100Mbps用戶體驗速率，基本可以媲美普通100Mbps家庭寬帶體驗。現有業務中較難滿足的僅有IPTV的時延要求，所以有必要針對IPTV業務的承載能力進行詳細分析。因此，在北方電信有線接入資源較為匱乏的區域，有必要研究5G用于家庭寬帶接入的可行性。在此基礎上，提出基于5G移動通信網的家庭寬帶接入方案，可以提升用戶體驗。

1 5G移動通信網關鍵技術

1.1 新型多天線傳輸技術

新型多天線傳輸技術是通過波束賦形技術以及大規模天線陣列對每個用戶分配專用的電磁波。MIMO系統就是在基站側使用多根天線發送數據，在終端側使用多根天線同時接收數據。天線長度=波長x1/10～波長x1/4。天線的長度與波長成正比，大約是波長的1/10～1/4。5G時代進入毫米波，天線變成毫米級。天線內置在手機里，甚至可以同時內置很多根天線，出現基站天線“陣”的形式來實現大規模多天線傳輸數據。

1.2 D2D通信

5G采用D2D通信傳輸方式。這種傳輸方式使近距離數據不用經過通信基站直接在會話終端之間傳輸。也就是說同一個基站下的兩個用戶之間可以相互通信。D2D通信優點：一是信道質量高、傳輸時延較小，信息數據傳輸速率高。二是終端分布廣，數據信息不用經過基站直接在終端之間傳輸，減輕了基站傳輸壓力，提高了頻譜利用率。

1.3 多無線接入技術融合

各種無線通信接入技術MRAT的融合是實現5G的一項關鍵技術。5G網絡是由多項不同無線通信技術共同組合在一起的網絡形態。MRAT是通過集中的無線網絡控制能力實現融合的。MRAT融合技術主要包括多制式連接技術、智能接入控制與管理、MRAT無線資源管理和協議與信令優化四個方面。多制式連接技術是在同一個終端上同時接入多種不同制式的網絡節點從而實現并流傳輸并且在不同接入技術的網絡之間動態分流和匯聚業務[1]。智能接入控制與管理是根據不同的無線環境、終端類型以及網絡狀態將不同的業務映射到最合適的接入技術上。根據網絡負載以及處理的業務類型等方面，MRAT無線資源管理協調各種技術對不同網絡的無線資源進行聯合管理與優化、共享和分配無線資源。協議與信令優化構造靈活的網絡接口關系，增強接入網接口的能力，支撐動態的網絡功能分布，5G的MRAT有效提升了網絡效率。

2 基于5G移動通信網的家庭寬帶接入方案

2.1 測試項目

5G承載基礎上網業務的測試：分別在近點、中點和遠點，通過網頁登錄天翼云上傳和下載文件，上傳和下載功能均可正常實現。視頻通話也可正常實現，并且無卡頓情況出現。在近點和中點位置，下行速率穩定在500Mbps以上，上行速率穩定在90Mbps以上；在遠點位置，下行速率降至121.51Mbps，上行速率降至12.17Mbps。5G承載IPTV業務的基本功能測試：在近、中、遠點，分別觀看直播（高清/標清）、點播（高清/4K）和回放節目，均未出現花屏和卡頓的情況，且機頂盒MOS值波動不明顯，IPTV業務質量基本未受影響。MOS值（平均意見值）是描述IPTV業務質量的指標，計算MOS值的基礎數據包括丟包率、媒體丟包速率（MLR）、延時、延遲因素（DF）、TCP（傳輸控制協議）亂序、TCP重傳、下載速率等，MOS閾值為4.0，滿分5.0。本次測試結果均在4.6～4.7之間。5G承載IPTV業務的門限測試：將5G網絡進行限速，分別觀看不同清晰度（標清、高清和4K）、不同節目源（央視、衛視）的直播、點播節目，記錄出現花屏、卡頓時的5G網絡下行速率。5G網絡承載IPTV業務時，4K點播業務的速率門限為30Mbps，高清直播業務的速率門限為10Mbps，標清直播業務的速率門限為5Mbps。5G和有線接入承載IPTV業務的對比測試：將5G網絡限速100Mbps與同速率家庭寬帶同時承載IPTV業務，分別記錄機頂盒上報的MOS值[2]。在同一時間段內，播放同一節目源，將5G網絡限速至100Mbps承載IPTV業務，機頂盒上報MOS值為4.6；使用同速率家庭寬帶承載IPTV業務，機頂盒上報MOS值為4.5；在速率相同的情況下，5G網絡和家庭寬帶承載IPTV業務質量基本相同。

2.2 測試結論

從測試結果可以看出，在5G網絡空載的情況下，用5G承載家庭寬帶接入業務的方案是基本可行的，單用戶體驗速率和MOS值能夠滿足家寬用戶的基礎上網業務、IPTV業務。提取北方某省中國電信現網家庭寬帶用戶忙時數據，計算得出上網業務忙時在線用戶平均速率為2.35Mbps，視聽業務忙時每并發用戶平均速率為6.18Mbps，綜合計算出該省家庭寬帶忙時戶均速率為4.60Mbps。在市區/農村場景，暫定利用小區25%/50%的能力用于承載家庭寬帶業務，分別可以承載家庭寬帶用戶約108/216戶。

3 結束語

采用5G網絡承載家庭寬帶業務需在5G網絡規模化部署后才可以大范圍實施，不建議只為承載家庭寬帶業務而建設5G站點；5G網絡僅可以作為有線家庭寬帶接入的補充，適用于市區內有線家庭寬帶無法接入的小區，以及光纖敷設距離較長、投資較大的農村區域。