基于5G移动通信网的家庭宽带接入方案概论

盛庆圆

湖北邮电规划设计有限公司 湖北 武汉 430000

引言

目前，5G已实现Gbps峰值速率和100Mbps用户体验速率，基本可以媲美普通100Mbps家庭宽带体验。现有业务中较难满足的仅有IPTV的时延要求，所以有必要针对IPTV业务的承载能力进行详细分析。因此，在北方电信有线接入资源较为匮乏的区域，有必要研究5G用于家庭宽带接入的可行性。在此基础上，提出基于5G移动通信网的家庭宽带接入方案，可以提升用户体验。

1 5G移动通信网关键技术

1.1 新型多天线传输技术

新型多天线传输技术是通过波束赋形技术以及大规模天线阵列对每个用户分配专用的电磁波。MIMO系统就是在基站侧使用多根天线发送数据，在终端侧使用多根天线同时接收数据。天线长度=波长x1/10～波长x1/4。天线的长度与波长成正比，大约是波长的1/10～1/4。5G时代进入毫米波，天线变成毫米级。天线内置在手机里，甚至可以同时内置很多根天线，出现基站天线“阵”的形式来实现大规模多天线传输数据。

1.2 D2D通信

5G采用D2D通信传输方式。这种传输方式使近距离数据不用经过通信基站直接在会话终端之间传输。也就是说同一个基站下的两个用户之间可以相互通信。D2D通信优点：一是信道质量高、传输时延较小，信息数据传输速率高。二是终端分布广，数据信息不用经过基站直接在终端之间传输，减轻了基站传输压力，提高了频谱利用率。

1.3 多无线接入技术融合

各种无线通信接入技术MRAT的融合是实现5G的一项关键技术。5G网络是由多项不同无线通信技术共同组合在一起的网络形态。MRAT是通过集中的无线网络控制能力实现融合的。MRAT融合技术主要包括多制式连接技术、智能接入控制与管理、MRAT无线资源管理和协议与信令优化四个方面。多制式连接技术是在同一个终端上同时接入多种不同制式的网络节点从而实现并流传输并且在不同接入技术的网络之间动态分流和汇聚业务[1]。智能接入控制与管理是根据不同的无线环境、终端类型以及网络状态将不同的业务映射到最合适的接入技术上。根据网络负载以及处理的业务类型等方面，MRAT无线资源管理协调各种技术对不同网络的无线资源进行联合管理与优化、共享和分配无线资源。协议与信令优化构造灵活的网络接口关系，增强接入网接口的能力，支撑动态的网络功能分布，5G的MRAT有效提升了网络效率。

2 基于5G移动通信网的家庭宽带接入方案

2.1 测试项目

5G承载基础上网业务的测试：分别在近点、中点和远点，通过网页登录天翼云上传和下载文件，上传和下载功能均可正常实现。视频通话也可正常实现，并且无卡顿情况出现。在近点和中点位置，下行速率稳定在500Mbps以上，上行速率稳定在90Mbps以上；在远点位置，下行速率降至121.51Mbps，上行速率降至12.17Mbps。5G承载IPTV业务的基本功能测试：在近、中、远点，分别观看直播（高清/标清）、点播（高清/4K）和回放节目，均未出现花屏和卡顿的情况，且机顶盒MOS值波动不明显，IPTV业务质量基本未受影响。MOS值（平均意见值）是描述IPTV业务质量的指标，计算MOS值的基础数据包括丢包率、媒体丢包速率（MLR）、延时、延迟因素（DF）、TCP（传输控制协议）乱序、TCP重传、下载速率等，MOS阈值为4.0，满分5.0。本次测试结果均在4.6～4.7之间。5G承载IPTV业务的门限测试：将5G网络进行限速，分别观看不同清晰度（标清、高清和4K）、不同节目源（央视、卫视）的直播、点播节目，记录出现花屏、卡顿时的5G网络下行速率。5G网络承载IPTV业务时，4K点播业务的速率门限为30Mbps，高清直播业务的速率门限为10Mbps，标清直播业务的速率门限为5Mbps。5G和有线接入承载IPTV业务的对比测试：将5G网络限速100Mbps与同速率家庭宽带同时承载IPTV业务，分别记录机顶盒上报的MOS值[2]。在同一时间段内，播放同一节目源，将5G网络限速至100Mbps承载IPTV业务，机顶盒上报MOS值为4.6；使用同速率家庭宽带承载IPTV业务，机顶盒上报MOS值为4.5；在速率相同的情况下，5G网络和家庭宽带承载IPTV业务质量基本相同。

2.2 测试结论

从测试结果可以看出，在5G网络空载的情况下，用5G承载家庭宽带接入业务的方案是基本可行的，单用户体验速率和MOS值能够满足家宽用户的基础上网业务、IPTV业务。提取北方某省中国电信现网家庭宽带用户忙时数据，计算得出上网业务忙时在线用户平均速率为2.35Mbps，视听业务忙时每并发用户平均速率为6.18Mbps，综合计算出该省家庭宽带忙时户均速率为4.60Mbps。在市区/农村场景，暂定利用小区25%/50%的能力用于承载家庭宽带业务，分别可以承载家庭宽带用户约108/216户。

3 结束语

采用5G网络承载家庭宽带业务需在5G网络规模化部署后才可以大范围实施，不建议只为承载家庭宽带业务而建设5G站点；5G网络仅可以作为有线家庭宽带接入的补充，适用于市区内有线家庭宽带无法接入的小区，以及光纤敷设距离较长、投资较大的农村区域。