基于5G移動通信網(wǎng)的家庭寬帶接入方案概論

盛慶圓

湖北郵電規(guī)劃設(shè)計有限公司 湖北 武漢 430000

引言

目前，5G已實現(xiàn)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?，F(xiàn)有業(yè)務(wù)中較難滿足的僅有IPTV的時延要求，所以有必要針對IPTV業(yè)務(wù)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(qū)域，有必要研究5G用于家庭寬帶接入的可行性。在此基礎(chǔ)上，提出基于5G移動通信網(wǎng)的家庭寬帶接入方案，可以提升用戶體驗。

1 5G移動通信網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 新型多天線傳輸技術(shù)

新型多天線傳輸技術(shù)是通過波束賦形技術(shù)以及大規(guī)模天線陣列對每個用戶分配專用的電磁波。MIMO系統(tǒng)就是在基站側(cè)使用多根天線發(fā)送數(shù)據(jù)，在終端側(cè)使用多根天線同時接收數(shù)據(jù)。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(nèi)置在手機里，甚至可以同時內(nèi)置很多根天線，出現(xiàn)基站天線“陣”的形式來實現(xiàn)大規(guī)模多天線傳輸數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)不用經(jīng)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(yōu)點：一是信道質(zhì)量高、傳輸時延較小，信息數(shù)據(jù)傳輸速率高。二是終端分布廣，數(shù)據(jù)信息不用經(jīng)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(shù)融合

各種無線通信接入技術(shù)MRAT的融合是實現(xiàn)5G的一項關(guān)鍵技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)是由多項不同無線通信技術(shù)共同組合在一起的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。MRAT是通過集中的無線網(wǎng)絡(luò)控制能力實現(xiàn)融合的。MRAT融合技術(shù)主要包括多制式連接技術(shù)、智能接入控制與管理、MRAT無線資源管理和協(xié)議與信令優(yōu)化四個方面。多制式連接技術(shù)是在同一個終端上同時接入多種不同制式的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點從而實現(xiàn)并流傳輸并且在不同接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)之間動態(tài)分流和匯聚業(yè)務(wù)[1]。智能接入控制與管理是根據(jù)不同的無線環(huán)境、終端類型以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)將不同的業(yè)務(wù)映射到最合適的接入技術(shù)上。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載以及處理的業(yè)務(wù)類型等方面，MRAT無線資源管理協(xié)調(diào)各種技術(shù)對不同網(wǎng)絡(luò)的無線資源進行聯(lián)合管理與優(yōu)化、共享和分配無線資源。協(xié)議與信令優(yōu)化構(gòu)造靈活的網(wǎng)絡(luò)接口關(guān)系，增強接入網(wǎng)接口的能力，支撐動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)功能分布，5G的MRAT有效提升了網(wǎng)絡(luò)效率。

2 基于5G移動通信網(wǎng)的家庭寬帶接入方案

2.1 測試項目

5G承載基礎(chǔ)上網(wǎng)業(yè)務(wù)的測試：分別在近點、中點和遠點，通過網(wǎng)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(xiàn)。視頻通話也可正常實現(xiàn)，并且無卡頓情況出現(xiàn)。在近點和中點位置，下行速率穩(wěn)定在500Mbps以上，上行速率穩(wěn)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(yè)務(wù)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(jié)目，均未出現(xiàn)花屏和卡頓的情況，且機頂盒MOS值波動不明顯，IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量基本未受影響。MOS值（平均意見值）是描述IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量的指標，計算MOS值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(xié)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(jié)果均在4.6～4.7之間。5G承載IPTV業(yè)務(wù)的門限測試：將5G網(wǎng)絡(luò)進行限速，分別觀看不同清晰度（標清、高清和4K）、不同節(jié)目源（央視、衛(wèi)視）的直播、點播節(jié)目，記錄出現(xiàn)花屏、卡頓時的5G網(wǎng)絡(luò)下行速率。5G網(wǎng)絡(luò)承載IPTV業(yè)務(wù)時，4K點播業(yè)務(wù)的速率門限為30Mbps，高清直播業(yè)務(wù)的速率門限為10Mbps，標清直播業(yè)務(wù)的速率門限為5Mbps。5G和有線接入承載IPTV業(yè)務(wù)的對比測試：將5G網(wǎng)絡(luò)限速100Mbps與同速率家庭寬帶同時承載IPTV業(yè)務(wù)，分別記錄機頂盒上報的MOS值[2]。在同一時間段內(nèi)，播放同一節(jié)目源，將5G網(wǎng)絡(luò)限速至100Mbps承載IPTV業(yè)務(wù)，機頂盒上報MOS值為4.6；使用同速率家庭寬帶承載IPTV業(yè)務(wù)，機頂盒上報MOS值為4.5；在速率相同的情況下，5G網(wǎng)絡(luò)和家庭寬帶承載IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量基本相同。

2.2 測試結(jié)論

從測試結(jié)果可以看出，在5G網(wǎng)絡(luò)空載的情況下，用5G承載家庭寬帶接入業(yè)務(wù)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(chǔ)上網(wǎng)業(yè)務(wù)、IPTV業(yè)務(wù)。提取北方某省中國電信現(xiàn)網(wǎng)家庭寬帶用戶忙時數(shù)據(jù)，計算得出上網(wǎng)業(yè)務(wù)忙時在線用戶平均速率為2.35Mbps，視聽業(yè)務(wù)忙時每并發(fā)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(qū)/農(nóng)村場景，暫定利用小區(qū)25%/50%的能力用于承載家庭寬帶業(yè)務(wù)，分別可以承載家庭寬帶用戶約108/216戶。

3 結(jié)束語

采用5G網(wǎng)絡(luò)承載家庭寬帶業(yè)務(wù)需在5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；渴鸷蟛趴梢源蠓秶鷮嵤?，不建議只為承載家庭寬帶業(yè)務(wù)而建設(shè)5G站點；5G網(wǎng)絡(luò)僅可以作為有線家庭寬帶接入的補充，適用于市區(qū)內(nèi)有線家庭寬帶無法接入的小區(qū)，以及光纖敷設(shè)距離較長、投資較大的農(nóng)村區(qū)域。