田艷中

（湖南省郵電規(guī)劃設計院有限公司，長沙 410126）

基于Wi-Fi技術的農村寬帶接入解決方案

田艷中

（湖南省郵電規(guī)劃設計院有限公司，長沙 410126）

本文結合網絡建設經驗，提出了一套基于Wi-Fi技術的農村無線寬帶接入解決方案，并進行了應用分析，為農村寬帶網絡的規(guī)劃和建設提供一種借鑒。

農村；Wi-Fi；解決方案；投資分析

近幾年，我國農村互聯(lián)網市場得到較快的發(fā)展。對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地和已有有線接入資源的行政村，各電信運營商應在做好用戶預測和投資分析的基礎上，根據自身的資源情況，綜合考慮選取EPON/GPON、xDSL、FTTx+LAN或HFC等有線寬帶接入方式。對于其他農村地區(qū)（如沒有有線接入資源或資源不足的行政村、偏遠的行政村或自然村等），一般用戶較少且分散，如果快速推進有線寬帶接入方式，會導致投資效益過差和資源浪費；而目前3G無線基站能提供的速率相對較小，無法給予用戶較好的電腦上網體驗。

因此，本論文在總結網絡建設和實地測試的基礎上，提出一套基于Wi-Fi技術的農村無線寬帶接入解決方案，為寬帶村通工程建設提供一種參考。

農村Wi-Fi解決方案是采用產品成熟的802.11n室外型500 mW AP+定向天線對用戶區(qū)進行定向覆蓋。根據光纜接入點位置、AP安裝位置與用戶區(qū)之間的距離，具體可分為以下3種組網方式。

1 室外型AP直接覆蓋組網方式

室外型AP直接覆蓋方式是室外型AP直接接入用戶終端進行網絡連接，要求AP盡量利舊已有移動基站鐵塔進行安裝?？紤]到會有越來越多的用戶Wi-Fi網卡支持2×2 MIMO系統(tǒng)，因此建議AP天線采用2根支持MIMO的高增益定向天線，掛高在30～50 m，要求用戶在AP天線視距范圍內。AP通過超5類線或光纖接入機房內的1臺ONU或其它傳輸設備，然后通過光纜接入IP城域網。該方式組網結構如圖1所示。

1.1 容量分析

由于目前大部分用戶Wi-Fi網卡基本上不支持2×2 MIMO系統(tǒng)，從而無法實現2個空間流速率300 Mbit/s，因此目前單個AP能提供的最大理論速率為150 Mbit/s（實際速率約為理論的50%），并發(fā)用戶數按20戶設計。另外，2.4 GHz頻段的14 dB及其以上高增益天線的水平半功率角小于等于35°，因此可以根據用戶數量及用戶離AP方位在鐵塔上均勻安裝1～6臺AP。AP所連傳輸設備的上行端口采用100/1 000 Mbit/s自適應端口，要求保證帶寬以免上行IP城域網的速率受限。

圖1 農村室外型AP直接覆蓋組網結構圖

1.2 覆蓋能力分析

下面通過鏈路預算來分析該組網方式的AP覆蓋距離，計算出來的覆蓋距離與網絡實測數據基本一致。在2.4 GHz頻段上，通過COST231-HATA無線傳播模型進行鏈路預算，室外型500 mW AP設備接收機靈敏度參考電信運營商技術規(guī)范書，用戶終端選擇自帶網卡的筆記本電腦。AP設備的2根MIMO定向天線在上行產生3 dB的分集接收增益。

（1）當室外型AP和單臺筆記本自帶網卡工作在數據速率為150 Mbit/s時（GI=400 ns，且工作在40 MHz帶寬下），AP接收機靈敏度為-64 dBm、自帶網卡接收機靈敏度為-62 dBm，這時鏈路預算得出了最小覆蓋距離如表1所示。

（2）當室外型AP和單臺筆記本自帶網卡工作在數據速率為6.5 Mbit/s時（GI=800 ns，且工作在20 MHz帶寬下），AP接收機靈敏度為-85 dBm、自帶網卡接收機靈敏度為-83 dBm，在表1中修改接收機靈敏度即得出最大覆蓋距離如表2所示。

表1 室外型500 mW AP直接覆蓋鏈路預算表（工作在150 Mbit/s時）

（3）根據電信運營商“設計規(guī)范”規(guī)定：目標覆蓋區(qū)域內95%以上的位置，接收信號電平不小于-75 dBm，即這時自帶網卡的接收機靈敏度取-75 dBm，得出兩種情況下的鏈路預算結果如下：

當室外型AP和單臺筆記本自帶網卡工作在數據速率為28.9 Mbit/s時（GI=400 ns，且工作在20 MHz帶寬下），AP接收機靈敏度為-77 dBm、自帶網卡接收機靈敏度為-75 dBm，在表1中修改接收機靈敏度即得出鏈路預算結果如表2所示。

由于數據業(yè)務具有不對稱特性，即對上行速率要求不高。當單臺筆記本自帶網卡工作在下行數據速率為28.9 Mbit/s、上行數據速率為14.4 Mbit/s時，AP接收機靈敏度為-82 dBm、自帶網卡接收機靈敏度為-75 dBm，在表1中修改接收機靈敏度即得出鏈路預算結果如表2所示。

高等學校“以人為本”的學生管理模式，是以高素質的大學生為中心，提升學生能力，與高校自身發(fā)展目標相融合，將管理制度的強制性實施，變?yōu)榇髮W生自覺遵守和執(zhí)行，這是對嚴格規(guī)范管理的升華。通過互聯(lián)網進行高校思想政治教育是高等學校與時俱進的必然選擇。傳統(tǒng)說教式的思想政治教育和學生管理方法已經落后，不能引起大學生的興趣，必須要從簡單的灌輸方式轉變?yōu)橐l(fā)學生探究的方式。

表2 室外型AP直接覆蓋工程設計取值

（4）從鏈路預算表可以看出，室外型AP直接覆蓋系統(tǒng)屬于上行受限系統(tǒng)，即覆蓋距離取上行值。因此，得出室外型AP直接覆蓋+自帶網卡4種情況下鏈路預算結果及推薦的工程設計取值如表2所示。

1.3 投資分析

該組網方式下最多可設置6臺AP。現在選取1臺AP和3臺AP兩種情況進行投資分析，其它情況同理，其中傳輸設備為固定投資，每種情況下都是1臺。兩種情況下的每用戶綜合造價如表3所示。

表3 室外型AP直接覆蓋的每用戶綜合造價

2 室外型AP+CPE組網方式

室外型AP+CPE方式是當室外型AP直接覆蓋用戶效果不好時，在用戶側房屋外墻或樓頂加裝CPE，根據用戶離AP的距離選擇CPE天線增益（主要有8dB和14dB兩種），CPE通過5類線連接用戶終端；室外型AP側的要求與室外型AP直接覆蓋方式中一樣。該方式組網結構如圖2所示。

2.1 容量分析

圖2 農村室外型AP+CPE組網結構圖

由于目前CPE基本上支持2×2 MIMO系統(tǒng)，因此單個AP能提供的最大理論速率為300 Mbit/s，并發(fā)用戶數按30戶設計。根據用戶數量及用戶CPE離AP方位在鐵塔上均勻安裝1～6臺AP。

2.2 覆蓋能力分析

下面通過鏈路預算來分析該組網方式的AP覆蓋距離。

（1）當室外型AP和CPE工作在數據速率為300 Mbit/s時，AP接收機靈敏度為-64 dBm、CPE接收機靈敏度為-62 dBm，在表1中修改相關數值即得出最小覆蓋距離如表4所示。

（2）當室外型AP和CPE工作在數據速率為6.5 Mbit/s時，AP接收機靈敏度為-85 dBm、CPE接收機靈敏度為-83 dBm，在表1中修改相關數值即得出最大覆蓋距離。

（3）根據電信運營商“設計規(guī)范”規(guī)定：目標覆蓋區(qū)域內95%以上的位置，接收信號電平不小于-75 dBm，即這時CPE的接收機靈敏度取-75 dBm。由于CPE發(fā)射功率比網卡大得多，因此鏈路預算上下行覆蓋距離差不多，因此只分一種情況分析即可。這時AP接收機靈敏度為-77 dBm，數據速率為28.9 Mbit/s。在表1中修改相關數值即得出鏈路預算結果。

（4）由于CPE安裝在房間外，因此不考慮有穿透損耗后的室內覆蓋距離。室外型AP+CPE 3種情況下鏈路預算結果及推薦的工程設計取值。

2.3 投資分析

該組網方式下每用戶綜合造價是在第一種組網方式的基礎上增加CPE費用，目前每臺CPE約300元（一般由用戶購買，或根據套餐贈送計入成本），即1臺AP情況下每用戶綜合造價為925元，3臺AP情況下為842元。

表4 室外型AP+CPE工程設計取值

3 無線網橋+室外型AP直接覆蓋或無線網橋+室外型AP+CPE組網方式

由于目前廣大農村的已有光纜資源末端一般在鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地的通信局所（含鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地的移動基站）或農村其它區(qū)域的移動基站內，因此當有些行政村或自然村沒有移動基站、且離已有移動基站有一定距離時，為了節(jié)約光纜投資和充分利用已有鐵塔資源，則在這些行政村或自然村中心地帶設置AP和無線網橋遠端站，它們之間使用網線連接。在已有的這個移動基站鐵塔上安裝無線網橋中心站。AP和無線網橋安裝位置盡量選擇在3層以上居民樓頂新建9 m或12 m簡易支架，以節(jié)約投資，同時這個高度要保證安裝在AP位置上方的無線網橋遠端站能與中心站在視距范圍內。無線網橋中心站可以接入最多16個遠端站，且通過光纜接入IP城域網。無線網橋+室外型AP直接覆蓋和無線網橋+室外型AP+CPE混合組網結構如圖3所示。

圖3 農村無線網橋下室外型AP直接覆蓋和室外型AP+CPE混合組網結構圖

（1）基于Wi-Fi技術的無線網橋主要解決傳輸問題，多工作5.8 GHz頻段，也有2.4 GHz產品。無線網橋兩端的天線盡量采用高增益天線，如果可能接入多個遠端站，那么中心站天線選擇稍大些的水平半功率角，如中心站采用65°～120°的14 dB天線，遠端站采用21 dB天線。根據網絡實測數據，以及通過表1鏈路預算修改相關參數也可以計算出2.4 GHz產品近似的覆蓋距離，無線網橋傳輸距離一般在1～8 km。

（2）無線網橋+室外型AP直接覆方式的每用戶綜合造價如表5所示。當發(fā)展的用戶有60戶時，建設成本下降很快。

表5 無線網橋+室外型AP直接覆蓋的每用戶綜合造價

無線網橋+室外型AP+CPE方式下每用戶綜合造價是在表5的基礎上增加300元的CPE費用。

4 結論

本論文通過對不同組網方式進行分析，得出它們的技術特點和工程參數，以及應用場景如下。

（1）當用戶離AP在350 m范圍內時，采用室外型AP直接覆蓋方式。

（2）當用戶離AP的距離大于350m且小于等于1 600 m時，采用室外型AP+CPE方式。

（3）當部分用戶離AP在350m范圍內，部分用戶離AP的距離大于350 m且小于等于1 600 m，則采用第一種和第二種混合組網方式。

（4）當光纜接入點所在基站離需要覆蓋的行政村或自然村大部分用戶大于1 600 m時，則采用無線網橋+室外型AP直接覆蓋方式或無線網橋+室外型AP+CPE方式，或者是以上兩種方式混合。這種方式建設成本相對較高，因此要認真考慮投資效益，并與有線寬帶接入投資進行對比分析，比選后得出最終的投資決策。

Wi-Fi無線寬帶接入網具有較理想的高速率、建網周期短、建網成本和維護成本低、網卡普及率高且便宜等優(yōu)勢，在一定時期內既能滿足農村寬帶市場需求，又能產生合理的投資效益。不過由于AP覆蓋受視距傳輸影響明顯，因此在某些山區(qū)農村中應用會受到局限。

[1] 文永鑫． WLAN CPE部署技術探討[J]． 電信科學，2012，(12)．

[2] 陳玲，石磊． WLAN（802．11n）組網技術研究[J]． 郵電設計技術，2012，(7)．

[3] 田艷中． WLAN網絡中AP設備的覆蓋能力分析[J]． 電信工程技術與標準化，2010，(7)．

Discussion about solution based on Wi-Fi of broadband access network in countryside

TIAN Yan-zhong
(Hunan Planning and Designing Institute of Post and Telecommunication Co., Ltd., Changsha 410126, China)

In the paper, combining the experience during construction, one solution based on Wi-Fi of wireless broadband access network in countryside is put forward, and the application of this solution is analyzed. It provides reference for the planning and construction of broadband access network in countryside.

countryside; Wi-Fi; solution; investment analysis

TN929.5

A

1008-5599（2013）10-0051-05

2013-08-16