基于5G移動(dòng)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(jì)有限公司 湖北 武漢 430000

引言

目前，5G已實(shí)現(xiàn)Gbps峰值速率和100Mbps用戶體驗(yàn)速率，基本可以媲美普通100Mbps家庭寬帶體驗(yàn)。現(xiàn)有業(yè)務(wù)中較難滿足的僅有IPTV的時(shí)延要求，所以有必要針對(duì)IPTV業(yè)務(wù)的承載能力進(jìn)行詳細(xì)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(dòng)通信網(wǎng)的家庭寬帶接入方案，可以提升用戶體驗(yàn)。

1 5G移動(dòng)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(guò)波束賦形技術(shù)以及大規(guī)模天線陣列對(duì)每個(gè)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(shí)接收數(shù)據(jù)。天線長(zhǎng)度=波長(zhǎng)x1/10～波長(zhǎng)x1/4。天線的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)成正比，大約是波長(zhǎng)的1/10～1/4。5G時(shí)代進(jìn)入毫米波，天線變成毫米級(jí)。天線內(nèi)置在手機(jī)里，甚至可以同時(shí)內(nèi)置很多根天線，出現(xiàn)基站天線“陣”的形式來(lái)實(shí)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(guò)通信基站直接在會(huì)話終端之間傳輸。也就是說(shuō)同一個(gè)基站下的兩個(gè)用戶之間可以相互通信。D2D通信優(yōu)點(diǎn)：一是信道質(zhì)量高、傳輸時(shí)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(guò)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(wú)線接入技術(shù)融合

各種無(wú)線通信接入技術(shù)MRAT的融合是實(shí)現(xiàn)5G的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)是由多項(xiàng)不同無(wú)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(guò)集中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制能力實(shí)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(wú)線資源管理和協(xié)議與信令優(yōu)化四個(gè)方面。多制式連接技術(shù)是在同一個(gè)終端上同時(shí)接入多種不同制式的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)并流傳輸并且在不同接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)之間動(dòng)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(wú)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(fù)載以及處理的業(yè)務(wù)類型等方面，MRAT無(wú)線資源管理協(xié)調(diào)各種技術(shù)對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線資源進(jìn)行聯(lián)合管理與優(yōu)化、共享和分配無(wú)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(qiáng)接入網(wǎng)接口的能力，支撐動(dòng)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(dòng)通信網(wǎng)的家庭寬帶接入方案

2.1 測(cè)試項(xiàng)目

5G承載基礎(chǔ)上網(wǎng)業(yè)務(wù)的測(cè)試：分別在近點(diǎn)、中點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)登錄天翼云上傳和下載文件，上傳和下載功能均可正常實(shí)現(xiàn)。視頻通話也可正常實(shí)現(xiàn)，并且無(wú)卡頓情況出現(xiàn)。在近點(diǎn)和中點(diǎn)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(yuǎn)點(diǎn)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(cè)試：在近、中、遠(yuǎn)點(diǎn)，分別觀看直播（高清/標(biāo)清）、點(diǎn)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(jī)頂盒MOS值波動(dòng)不明顯，IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量基本未受影響。MOS值（平均意見(jiàn)值）是描述IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量的指標(biāo)，計(jì)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(shí)、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(cè)試結(jié)果均在4.6～4.7之間。5G承載IPTV業(yè)務(wù)的門(mén)限測(cè)試：將5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行限速，分別觀看不同清晰度（標(biāo)清、高清和4K）、不同節(jié)目源（央視、衛(wèi)視）的直播、點(diǎn)播節(jié)目，記錄出現(xiàn)花屏、卡頓時(shí)的5G網(wǎng)絡(luò)下行速率。5G網(wǎng)絡(luò)承載IPTV業(yè)務(wù)時(shí)，4K點(diǎn)播業(yè)務(wù)的速率門(mén)限為30Mbps，高清直播業(yè)務(wù)的速率門(mén)限為10Mbps，標(biāo)清直播業(yè)務(wù)的速率門(mén)限為5Mbps。5G和有線接入承載IPTV業(yè)務(wù)的對(duì)比測(cè)試：將5G網(wǎng)絡(luò)限速100Mbps與同速率家庭寬帶同時(shí)承載IPTV業(yè)務(wù)，分別記錄機(jī)頂盒上報(bào)的MOS值[2]。在同一時(shí)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(jī)頂盒上報(bào)MOS值為4.6；使用同速率家庭寬帶承載IPTV業(yè)務(wù)，機(jī)頂盒上報(bào)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(cè)試結(jié)論

從測(cè)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(yàn)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(guó)電信現(xiàn)網(wǎng)家庭寬帶用戶忙時(shí)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出上網(wǎng)業(yè)務(wù)忙時(shí)在線用戶平均速率為2.35Mbps，視聽(tīng)業(yè)務(wù)忙時(shí)每并發(fā)用戶平均速率為6.18Mbps，綜合計(jì)算出該省家庭寬帶忙時(shí)戶均速率為4.60Mbps。在市區(qū)/農(nóng)村場(chǎng)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(yǔ)

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)模化部署后才可以大范圍實(shí)施，不建議只為承載家庭寬帶業(yè)務(wù)而建設(shè)5G站點(diǎn)；5G網(wǎng)絡(luò)僅可以作為有線家庭寬帶接入的補(bǔ)充，適用于市區(qū)內(nèi)有線家庭寬帶無(wú)法接入的小區(qū)，以及光纖敷設(shè)距離較長(zhǎng)、投資較大的農(nóng)村區(qū)域。