多場景5G網絡接入技術研究與應用

張衛爭 劉齊

【摘要】? ?為解決因室外營銷、業務演示等臨時網絡搭建造成的線纜資源重復利用率低、單次投入成本高、二次調整操作困難的問題，以市場為導向，堅持“貼近網絡、貼近業務、貼近用戶”的創新工作方針，通過采用客戶前置終端（CPE）接入5G核心網滿足客戶端互聯網訪問需求，對多場景下5G網絡接入關鍵參數進行試驗研究，得到相關應用的接入指標，以減少線纜布放、光路調度、設備調試等過程，提升網絡搭建便利性，提高5G網絡的利用率。

【關鍵詞】? ? 5G網絡? ? 客戶前置終端（CPE）? ? 多場景? ? 接入技術

引言：

目前，移動通信系統經歷了從1G到4G的發展歷程，現有的網絡是一種包含多種無線制的復雜網絡，而5G技術的接入網，能滿足多場景多層次異構網絡，容納多種無線接入技術[1]，新發展的5G網絡架構將具有更靈活的網絡拓撲結構，能高效地實現資源的協同。

一、5G網絡多場景

為了適應互聯網業務的快速發展，5G網絡不再是解決人與人之間通信的問題，還能解決人與機器、機器與機器之間通信的問題，根據5G網絡的業務特點，5G網絡可以應用在多場景中，包括室外廣域覆蓋、室內熱點覆蓋、數據采集以及物聯網控制。

1.1營銷活動室外廣域覆蓋

在營銷活動中，最基本的覆蓋方式就是室外廣域覆蓋，為移動用戶提供連續無縫的移動業務服務，以用戶的移動性和業務的連續性為目標，在5G網絡中，重點研究如何在為用戶提供10Mbps時，確保無線速率在大范圍內實現連續覆蓋。

1.2營銷活動室內熱點覆蓋

在校園營銷活動中，要實現室內熱點覆蓋，以提供高速數據傳輸速率和流量密度為目標，在5G網絡中，重點研究如何在較小的營銷活動區域內，為用戶提供高速的數據傳輸速率。

1.3營銷活動數據采集

從4G向5G演變的過程中，基于大數據、云計算等以傳感器和數據采集為目標的應用需求不斷拓展，因此，在進行營銷活動時，需要接入更多的設備終端數，基站分布的范圍要更廣，但由于對數據的傳輸效率要求較低，多數是通過小數據包進行發送，因而發射功率也比較低[2]。

二、方案介紹及關鍵問題

2.1接入方案

通過方案可行性分析、單臺承載能力測試、批量接入能力測試、網絡質量差異化測試等步驟，探索5G網絡多場景使用方案，明確客戶前置終端（以下簡稱5G CPE）可提供的上下行帶寬與并發數據處理能力，通過5G+業務中臺的結合，可衍生制定出多種接入方案，進而孵化為5G新應用與新產品，助力5G發展與推廣應用。

5G CPE主要通過內置5G sim卡，將5G信號轉換成本地局域網信號，供用戶設備使用。市面上常見的5G CPE通常外界220V交流電源后即可工作，設備自帶兩個以太網接口，2.4GHz與5GHz WiFi無線熱點，具有良好的移動性與便利性。與高帶寬、低時延的5G網絡相結合，可提供可靠的高帶寬互聯網接入能力。實現原理圖如圖1所示[3]。

由于前置終端接入技術需經5G公網訪問互聯網，在實際生產工程中，部分業務中臺對公網訪問進行限制，5G+業務中臺時要避免觸碰網絡安全紅線。

2.2關鍵問題

在網絡搭建過程中，確保多場景下5G網絡的接入能力，需解決以下幾個關鍵問題：

問題一：5G基站小區負荷。5G基站受接入數量影響，站點負荷不可控，由于流量突增，可能造成網絡質量劣化，如何快速準確掌握站點負荷情況，對保證網絡質量十分重要。

問題二：多場景模擬。開展多場景接入條件模擬受客觀條件限制較多，搭建多場景測試平臺較為困難。

三、試驗驗證

業務運營支撐系統（BOSS系統）作為公司業務中臺不可或缺的部分，是實現橫向與縱向管理的統一框架，各類業務辦理對BOSS系統的訪問十分頻繁[4]。自辦廳一般通過數據專線直連服務器，完成數據交互;代辦廳主要通過互聯網登錄云端虛機訪問服務器。BOSS系統業務辦理過程涉及文檔、圖片、視頻的上傳下載，對網絡穩定性、可靠性具有較高要求。為確保方案可行性，采用5G CPE+BOSS桌面云產品的接入方式與傳統專線直接訪問BOSS服務器的接入方式進行比對，對5G CPE承載能力、單個小區負荷進行對比分析。

3.1 5G CPE承載能力

CPE承載能力將從網絡質量與終端并發接入數兩個維度進行分析。

從網絡質量角度：5G CPE按照不同規格可分為單流與雙流兩類，5G CPE單終端接入，上行為雙流時速率理論最高可達252Mbps，終端為單流時上行速率最高可達126Mbps;終端下行為四流時速率最高1800Mbps，終端為雙流時下行速率最高可達900Mbps。根據實測，單個電腦使用BOSS云桌面上行速率要達到1.6Mbps，下行速率要求達到6.4Mbps。

根據計算，理論單臺CPE可帶78個終端，而實際使用中由于小區負荷不同，且小區內用戶使用的業務不同，CPE可接入終端數只能通過實測來確定。

從終端并發接入數角度：為檢測5G CPE可接入終端數量極限值，將5G CPE下掛一臺24口華為交換機，同時接入多臺電腦辦公進行測試。可有效檢設備信息處理能力，得出終端并發接入極限數量。

按照實際測試結果，單臺5G CPE同時登入10個BOSS桌面云產品，可滿足使用需求。繼續增加接入數量，到達承載瓶頸，終端出現掉線情況。

3.2 5G基站小區負荷

不同網絡質量下可接入CPE的數量不同，按照承載網絡質量要求較高的視頻業務為例測算，根據理論測試[5]，單站上行最大4流504Mbps=252Mbps*2，下行最大16流6.8Gbps=1.7Gbps*4。

分析表1第二、三列數據，對現網5G小區負荷日均值進行統計，小區上下行利用率均值約為滿負荷狀態下25%，整體資源充足。

5G基站的實時負荷無法直接觀察得到，需通過專業人員登錄后臺網管平臺查詢。可設置50%與70%兩個預警值，通過后臺網管實時搜集負荷情況，對試用期間站點長時間高負荷情況進行預警。通過提高CPE接入優先級，可有效改善網絡擁塞CPE使用狀況。

3.3多場景模擬

結合高校迎新以及現場營銷情況，進行多場景模擬。

在7月至8月迎新期間，累計收到18所學校支撐需求，根據各院校覆蓋信號情況，3所院校無信號覆蓋，通過臨時專線開通。9所院校通過多場景接入方式開通，因接入終端設備為暫時借用，累計節約成本支出約1.8萬元。

7月20日-7月22日，按照用戶要求，敷設臨時專線影響用戶日常辦公，要求變更接入方式。經現場測試，用戶指定場所網絡質量滿足辦理需求，使用5G CPE+BOSS桌面云快速開通用于上門進行業務辦理，累計節約成本支出約2000元。

8月3日，為某用戶提供100M互聯網專線，用于活動儀式現場視頻轉播使用。經現場測試，5G網絡滿足使用需求，設備直連轉播車提供穩定網絡，減少線路布放與設備調試成本支出約2000元。

四、結束語

為了解決移動公司線纜資源重復利用率低、單次投入成本高、二次調整操作困難等問題，以市場為導向，堅持“貼近網絡、貼近業務、貼近用戶”的創新工作方針，得到如下結果：

1.綜合考慮便捷性，穩定性，設備成本等因素，建議承載視頻信號、人臉識別等業務時，單臺CPE承載終端數量不超過7臺。辦理一般業務時，單臺CPE承載數量不超過10臺。（以上承載數量均需搭配交換機使用）。

2.根據不同用戶使用需求，多場景接入形式可用在高校迎新、上門辦理業務、現場營銷活動、會議、現場網絡直播等場景，隨著以后5G網絡的普及和技術的進一步完善，5G網絡與各類平臺應用相結合的接入模式運行會更加豐富，滿足不同場景使用需求，應用范圍會更加廣闊。

參? 考? 文? 獻

[1]劉瑋，董江波，任冶冰.面向商用的5G網絡關鍵問題研究及驗證[J].電信科學，2018，34（8）：56-61.

[2]李陽德，林亮，鄭舟.5G網絡典型應用場景與關鍵支撐技術探討[J].廣西通信技術，2017（3）：6-10，16.

[3]周宏成.5G無線接入網絡架構設計[J].電子科學技術，2017，4（5）：102-105.

[4]鄭忠斌，阮大治，熊增薪.5G以用戶為中心的無線接入網方案設計[J].自動化技術與應用，2021，40（7）：62-66.

[5]谷志群，肖玉明，張佳瑋，等.5G時代光與無線融合接入網及其關鍵技術研究進展[J].太原理工大學學報，2021，52（4）：525-533.