多场景5G网络接入技术研究与应用

张卫争 刘齐

【摘要】   为解决因室外营销、业务演示等临时网络搭建造成的线缆资源重复利用率低、单次投入成本高、二次调整操作困难的问题，以市场为导向，坚持“贴近网络、贴近业务、贴近用户”的创新工作方针，通过采用客户前置终端（CPE）接入5G核心网满足客户端互联网访问需求，对多场景下5G网络接入关键参数进行试验研究，得到相关应用的接入指标，以减少线缆布放、光路调度、设备调试等过程，提升网络搭建便利性，提高5G网络的利用率。

【关键词】    5G网络    客户前置终端（CPE）    多场景    接入技术

引言：

目前，移动通信系统经历了从1G到4G的发展历程，现有的网络是一种包含多种无线制的复杂网络，而5G技术的接入网，能满足多场景多层次异构网络，容纳多种无线接入技术[1]，新发展的5G网络架构将具有更灵活的网络拓扑结构，能高效地实现资源的协同。

一、5G网络多场景

为了适应互联网业务的快速发展，5G网络不再是解决人与人之间通信的问题，还能解决人与机器、机器与机器之间通信的问题，根据5G网络的业务特点，5G网络可以应用在多场景中，包括室外广域覆盖、室内热点覆盖、数据采集以及物联网控制。

1.1营销活动室外广域覆盖

在营销活动中，最基本的覆盖方式就是室外广域覆盖，为移动用户提供连续无缝的移动业务服务，以用户的移动性和业务的连续性为目标，在5G网络中，重点研究如何在为用户提供10Mbps时，确保无线速率在大范围内实现连续覆盖。

1.2营销活动室内热点覆盖

在校园营销活动中，要实现室内热点覆盖，以提供高速数据传输速率和流量密度为目标，在5G网络中，重点研究如何在较小的营销活动区域内，为用户提供高速的数据传输速率。

1.3营销活动数据采集

从4G向5G演变的过程中，基于大数据、云计算等以传感器和数据采集为目标的应用需求不断拓展，因此，在进行营销活动时，需要接入更多的设备终端数，基站分布的范围要更广，但由于对数据的传输效率要求较低，多数是通过小数据包进行发送，因而发射功率也比较低[2]。

二、方案介绍及关键问题

2.1接入方案

通过方案可行性分析、单台承载能力测试、批量接入能力测试、网络质量差异化测试等步骤，探索5G网络多场景使用方案，明确客户前置终端（以下简称5G CPE）可提供的上下行带宽与并发数据处理能力，通过5G+业务中台的结合，可衍生制定出多种接入方案，进而孵化为5G新应用与新产品，助力5G发展与推广应用。

5G CPE主要通过内置5G sim卡，将5G信号转换成本地局域网信号，供用户设备使用。市面上常见的5G CPE通常外界220V交流电源后即可工作，设备自带两个以太网接口，2.4GHz与5GHz WiFi无线热点，具有良好的移动性与便利性。与高带宽、低时延的5G网络相结合，可提供可靠的高带宽互联网接入能力。实现原理图如图1所示[3]。

由于前置终端接入技术需经5G公网访问互联网，在实际生产工程中，部分业务中台对公网访问进行限制，5G+业务中台时要避免触碰网络安全红线。

2.2关键问题

在网络搭建过程中，确保多场景下5G网络的接入能力，需解决以下几个关键问题：

问题一：5G基站小区负荷。5G基站受接入数量影响，站点负荷不可控，由于流量突增，可能造成网络质量劣化，如何快速准确掌握站点负荷情况，对保证网络质量十分重要。

问题二：多场景模拟。开展多场景接入條件模拟受客观条件限制较多，搭建多场景测试平台较为困难。

三、试验验证

业务运营支撑系统（BOSS系统）作为公司业务中台不可或缺的部分，是实现横向与纵向管理的统一框架，各类业务办理对BOSS系统的访问十分频繁[4]。自办厅一般通过数据专线直连服务器，完成数据交互;代办厅主要通过互联网登录云端虚机访问服务器。BOSS系统业务办理过程涉及文档、图片、视频的上传下载，对网络稳定性、可靠性具有较高要求。为确保方案可行性，采用5G CPE+BOSS桌面云产品的接入方式与传统专线直接访问BOSS服务器的接入方式进行比对，对5G CPE承载能力、单个小区负荷进行对比分析。

3.1 5G CPE承载能力

CPE承载能力将从网络质量与终端并发接入数两个维度进行分析。

从网络质量角度：5G CPE按照不同规格可分为单流与双流两类，5G CPE单终端接入，上行为双流时速率理论最高可达252Mbps，终端为单流时上行速率最高可达126Mbps;终端下行为四流时速率最高1800Mbps，终端为双流时下行速率最高可达900Mbps。根据实测，单个电脑使用BOSS云桌面上行速率要达到1.6Mbps，下行速率要求达到6.4Mbps。

根据计算，理论单台CPE可带78个终端，而实际使用中由于小区负荷不同，且小区内用户使用的业务不同，CPE可接入终端数只能通过实测来确定。

从终端并发接入数角度：为检测5G CPE可接入终端数量极限值，将5G CPE下挂一台24口华为交换机，同时接入多台电脑办公进行测试。可有效检设备信息处理能力，得出终端并发接入极限数量。

按照实际测试结果，单台5G CPE同时登入10个BOSS桌面云产品，可满足使用需求。继续增加接入数量，到达承载瓶颈，终端出现掉线情况。

3.2 5G基站小区负荷

不同网络质量下可接入CPE的数量不同，按照承载网络质量要求较高的视频业务为例测算，根据理论测试[5]，单站上行最大4流504Mbps=252Mbps*2，下行最大16流6.8Gbps=1.7Gbps*4。

分析表1第二、三列数据，对现网5G小区负荷日均值进行统计，小区上下行利用率均值约为满负荷状态下25%，整体资源充足。

5G基站的实时负荷无法直接观察得到，需通过专业人员登录后台网管平台查询。可设置50%与70%两个预警值，通过后台网管实时搜集负荷情况，对试用期间站点长时间高负荷情况进行预警。通过提高CPE接入优先级，可有效改善网络拥塞CPE使用状况。

3.3多场景模拟

结合高校迎新以及现场营销情况，进行多场景模拟。

在7月至8月迎新期间，累计收到18所学校支撑需求，根据各院校覆盖信号情况，3所院校无信号覆盖，通过临时专线开通。9所院校通过多场景接入方式开通，因接入终端设备为暂时借用，累计节约成本支出约1.8万元。

7月20日-7月22日，按照用户要求，敷设临时专线影响用户日常办公，要求变更接入方式。经现场测试，用户指定场所网络质量满足办理需求，使用5G CPE+BOSS桌面云快速开通用于上门进行业务办理，累计节约成本支出约2000元。

8月3日，为某用户提供100M互联网专线，用于活动仪式现场视频转播使用。经现场测试，5G网络满足使用需求，设备直连转播车提供稳定网络，减少线路布放与设备调试成本支出约2000元。

四、结束语

为了解决移动公司线缆资源重复利用率低、单次投入成本高、二次调整操作困难等问题，以市场为导向，坚持“贴近网络、贴近业务、贴近用户”的创新工作方针，得到如下结果：

1.综合考虑便捷性，稳定性，设备成本等因素，建议承载视频信号、人脸识别等业务时，单台CPE承载终端数量不超过7台。办理一般业务时，单台CPE承载数量不超过10台。（以上承载数量均需搭配交换机使用）。

2.根据不同用户使用需求，多场景接入形式可用在高校迎新、上门办理业务、现场营销活动、会议、现场网络直播等场景，随着以后5G网络的普及和技术的进一步完善，5G网络与各类平台应用相结合的接入模式运行会更加丰富，滿足不同场景使用需求，应用范围会更加广阔。

参  考  文  献

[1]刘玮，董江波，任冶冰.面向商用的5G网络关键问题研究及验证[J].电信科学，2018，34（8）：56-61.

[2]李阳德，林亮，郑舟.5G网络典型应用场景与关键支撑技术探讨[J].广西通信技术，2017（3）：6-10，16.

[3]周宏成.5G无线接入网络架构设计[J].电子科学技术，2017，4（5）：102-105.

[4]郑忠斌，阮大治，熊增薪.5G以用户为中心的无线接入网方案设计[J].自动化技术与应用，2021，40（7）：62-66.

[5]谷志群，肖玉明，张佳玮，等.5G时代光与无线融合接入网及其关键技术研究进展[J].太原理工大学学报，2021，52（4）：525-533.