智慧牧區(qū)寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋解決方案

張巍

【摘要】? ? 本文介紹北疆某省牧區(qū)不同地形地貌地理環(huán)境下建設(shè)寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)牧區(qū)智慧、現(xiàn)代化解決方案。該方案首先通過(guò)分析牧區(qū)特有地形地理特點(diǎn)，指出寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中網(wǎng)絡(luò)覆蓋和傳輸配套兩方面的難點(diǎn)，提出了有線和無(wú)線兩種網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案在這種特殊地理環(huán)境的解決方案，同時(shí)對(duì)傳輸配套方案給出了解決方法。最后，對(duì)本章所研究的方案應(yīng)用做了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】? ? 智慧牧區(qū)? ? 有線無(wú)線網(wǎng)絡(luò)融合? ? 傳輸配套

引言：

牧區(qū)寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)通常因其特殊的地形地貌存在建設(shè)難度大和投資高的問(wèn)題，不能效仿城鎮(zhèn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式，否則很難實(shí)現(xiàn)投資回收。

據(jù)此，通常要經(jīng)過(guò)具體分析牧區(qū)地形地貌和人口分布情況采用有線和無(wú)線等多種方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，同時(shí)傳輸配套方式也要因地制宜采用傳統(tǒng)光纜和數(shù)字微波等手段。

一、研究背景

黨的十九大作出實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重大部署，為我國(guó)推動(dòng)新時(shí)代農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展提供了基本依據(jù)。立足于草原牧區(qū)的客觀實(shí)際，對(duì)實(shí)施“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”中的牧區(qū)振興及現(xiàn)代化建設(shè)，推進(jìn)草原牧區(qū)振興及現(xiàn)代化建設(shè)具有重大戰(zhàn)略意義。

據(jù)牧區(qū)所在省份統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，邊境地區(qū)的村屯嘎查19%不通生活用電，84%不通寬帶，100% 沒(méi)有有線電視信號(hào)[1]。邊境地區(qū)人民群眾享受基本公共文化服務(wù)不均衡不充分，包括廣播電視服務(wù)也無(wú)法得到有效保障。廣電網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的牧區(qū)和邊境地區(qū)，主要采取衛(wèi)星電視的方式進(jìn)行補(bǔ)充，服務(wù)內(nèi)容十分有限并且缺乏針對(duì)性，群眾不但無(wú)法收看蒙語(yǔ)節(jié)目和所在盟市、旗（市）節(jié)目，甚至存在使用衛(wèi)星接收設(shè)備收看境外節(jié)目的問(wèn)題，地方黨委政府不能有效管理，存在意識(shí)形態(tài)安全隱患。

加快廣播電視戶戶通、應(yīng)急廣播村村響、地面數(shù)字電視覆蓋、文化信息資源共享、蘇木（鄉(xiāng)鎮(zhèn)）綜合文化站、草原（農(nóng)家）書屋、農(nóng)村牧區(qū)電影 放映、全民閱讀等重大公共文化惠民工程建設(shè)，提升公共文化設(shè)施建設(shè)、管理和服務(wù)水平，確保邊境、邊疆、邊遠(yuǎn)地區(qū)群眾同等享受文化服務(wù)。

在此背景下，對(duì)偏遠(yuǎn)牧區(qū)等最后幾公里的寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)進(jìn)行建設(shè)方案研究顯得十分重要。

二、牧區(qū)地形地貌分析

2.1 偏遠(yuǎn)牧區(qū)地形地貌特點(diǎn)

在偏遠(yuǎn)牧區(qū)場(chǎng)景進(jìn)行寬帶網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)需要針對(duì)性分析所覆蓋區(qū)域的地貌地形，在實(shí)現(xiàn)合理成本控制并進(jìn)行有效覆蓋的前提下分類歸納出不同的覆蓋場(chǎng)景。在此基礎(chǔ)上編制不同覆蓋場(chǎng)景的寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃方案和施工圖設(shè)計(jì)。

偏遠(yuǎn)牧區(qū)地形大致可以分為三類：平原（含草原）、丘陵（含草原）和山地。

就作者工作在的內(nèi)蒙古自治區(qū)為例，該省級(jí)地域廣闊，地質(zhì)地貌基本包括上文提到的三種情形。其中北部區(qū)域和南部區(qū)域以山地丘陵（含草原）地形為主，高平原區(qū)是西部地形主要特點(diǎn)，東部區(qū)域則為傳統(tǒng)的平原地形。這個(gè)地級(jí)市交替分布了平原地、山崗地、高山地和丘陵（含草原）地形，海拔高度在300米以上2000米以下。這種地形地貌顯著代表了牧區(qū)特點(diǎn)。

2.2 偏遠(yuǎn)牧區(qū)村落分類

為方便統(tǒng)計(jì)寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋現(xiàn)狀及排列優(yōu)先級(jí)制定分步建設(shè)進(jìn)度，可通過(guò)表1對(duì)村落等級(jí)進(jìn)一步細(xì)化，根據(jù)各個(gè)村落的戶數(shù)假設(shè)寬帶終端數(shù)，根據(jù)終端數(shù)確定采用“全覆蓋方式”還是“延伸（兼顧）覆蓋方式”。

以上地形地貌特點(diǎn)和村落分類結(jié)果為下文寬帶網(wǎng)絡(luò)和傳輸配套方案提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

三、牧區(qū)寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案研究

牧區(qū)和邊境地區(qū)地廣人稀，以畜牧業(yè)為主，牧民流動(dòng)性較大，若廣電網(wǎng)絡(luò)覆蓋全程采取光纖覆蓋的方式成本將很高，同時(shí)與牧民流動(dòng)為主的生產(chǎn)生活方式契合度也不高。

針對(duì)上述問(wèn)題，工程中可以采用有線無(wú)線融合技術(shù)方案和資源共建共享的方式實(shí)施。

3.1 有線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

光纖覆蓋網(wǎng)采用 EPON 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的 FTTH 覆蓋，距離鄉(xiāng)鎮(zhèn)較近的嘎查村建設(shè)主干光纜，就近接入鄉(xiāng)鎮(zhèn) OLT，距離較遠(yuǎn)的嘎查村通過(guò)下沉小型 OLT 進(jìn)行覆蓋，通過(guò)匯聚層交換設(shè)備上聯(lián)鄉(xiāng)鎮(zhèn)或旗縣傳輸設(shè)備。涉及各旗縣區(qū)到鄉(xiāng)鎮(zhèn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)到村、光纖進(jìn)村入戶三個(gè)層面的光纜網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)，部署數(shù)據(jù)通信設(shè)備和無(wú)源光接入網(wǎng)設(shè)備，具備承載有線廣播電視、視頻會(huì)議培訓(xùn)、平安監(jiān)控、信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)，具備全面實(shí)現(xiàn)光纖入戶和雙向?qū)拵Ы尤氲哪芰2]。

為滿足寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，減少對(duì)草原環(huán)境的破壞，并能夠在計(jì)劃時(shí)間內(nèi)完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，減少新建桿路、直埋和管道光纜建設(shè)。對(duì)通達(dá)光纜的嘎查村通過(guò)加掛電力和三大運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有桿路方式，或采用租用光纜纖芯方式建設(shè)。

3.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

有線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法通達(dá)的地區(qū)采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行覆蓋，例如按照表1中歸納的針對(duì)50戶以下的牧區(qū)用戶，有線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋時(shí)采用無(wú)線交互網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行覆蓋。

無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)通過(guò)新建基站、配套采用新建鐵塔或共享鐵塔建設(shè)方式，采用 802.11ac 標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)采用優(yōu)化的高容量、廣覆蓋應(yīng)用方案。其采用 Beamforming（空間自適應(yīng)波束成型）技術(shù)具有良好的非視距覆蓋能力，從而使得在任何環(huán)境都易于部署客戶端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋。同時(shí)，無(wú)線寬帶網(wǎng)基站還具備了超強(qiáng)的鏈路增益儲(chǔ)備及信號(hào)發(fā)射接收的多路徑智能合并，具備良好的穿透特性和非視距能力。

針對(duì)以小功率多點(diǎn)分布式覆蓋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)，頻譜的使用是以劃分頻道為依托 而實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)規(guī)劃，針對(duì)以小功率多點(diǎn)分布式系統(tǒng)的頻譜規(guī)劃仍依托傳輸?shù)姆涓C式網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，同時(shí)結(jié)合系統(tǒng)的特點(diǎn)，整個(gè)覆蓋網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃在蜂窩式的基礎(chǔ)上以多組頻道共建站點(diǎn)的原則，即采用一站多頻、多頻復(fù)用原則，在頻率規(guī)劃上通過(guò)在區(qū)域上分隔，形成以半徑為 12km 的蜂窩覆蓋圈，并對(duì)每個(gè)站點(diǎn)使用三至四個(gè)扇向進(jìn)行規(guī)劃 3～4 組的頻道來(lái)實(shí)現(xiàn)蜂窩區(qū)內(nèi)的不同扇區(qū)覆蓋，同時(shí)對(duì)每一個(gè)蜂窩使用相同的3～4 組頻道，通過(guò)以兩個(gè)蜂窩相隔足夠遠(yuǎn)間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)空間的隔離及信號(hào)組網(wǎng)。

據(jù)上，牧區(qū)無(wú)線交互網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

無(wú)線寬帶建設(shè)必須采用 CPE 終端進(jìn)行接收，CPE 終端接收后轉(zhuǎn)成有線或無(wú)線信號(hào)以供更多終端使用（機(jī)頂盒、PC、PAD、手機(jī)），CPE 用戶終端建議將 CPE 安裝戶外基站視距可見處[3]。

無(wú)線寬帶基站具有自動(dòng)掃頻、自動(dòng)距離測(cè)算和無(wú)線信號(hào)校準(zhǔn)無(wú)線功能，以確保信號(hào)覆蓋的范圍能夠達(dá)到預(yù)計(jì)的效果，確保用戶 CPE 終端距離放置于離基站天線12km 處達(dá)到如下指標(biāo)：

1. CPE 處場(chǎng)強(qiáng)：接收電平值≥-70dBm（最低接收門限-80dBm）;

2. Ping 包：筆記本連接該 CPE 終端 ping 基站設(shè)備（1000 次默認(rèn)包），ping 包延時(shí)均值≤1ms，丟包率≤1%;

3. 10M賬戶測(cè)試速度測(cè)試1000KB/s，20M 賬戶測(cè)試速度大于2000KB/s （用 360 測(cè)速軟件和迅雷綜合測(cè)試）;

4.必須和網(wǎng)管服務(wù)器關(guān)聯(lián)（網(wǎng)管服務(wù)器上可見基站設(shè)備或網(wǎng)管 IP 可以 ping 通基站 IP。

綜上，寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋有線無(wú)線混合網(wǎng)絡(luò)鏈路圖如圖2所示。

四、傳輸配套建設(shè)

本章節(jié)不對(duì)傳輸骨干網(wǎng)和本地網(wǎng)進(jìn)行研究，只針對(duì)在有線傳輸網(wǎng)絡(luò)無(wú)法建設(shè)牧區(qū)山地丘陵地形采用無(wú)線網(wǎng)橋傳輸進(jìn)行研究。

無(wú)線網(wǎng)橋利用無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間搭起通信的橋梁。無(wú)線網(wǎng)橋從通信機(jī)制上分為電路型網(wǎng)橋和數(shù)據(jù)型網(wǎng)橋。無(wú)線網(wǎng)橋的工作原理，其實(shí)就是網(wǎng)橋把空氣作為介質(zhì)來(lái)傳播信號(hào)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一端網(wǎng)橋把網(wǎng)線中的信號(hào)轉(zhuǎn)化為無(wú)線電磁波信號(hào)并定向發(fā)射到空氣中。另外一端的網(wǎng)橋作用剛好相反，它接收空氣中的無(wú)線電磁波信號(hào)并轉(zhuǎn)化為有線信號(hào)。

以無(wú)線網(wǎng)橋傳輸為延伸的方式實(shí)現(xiàn)有線無(wú)法通達(dá)的基站信號(hào)傳輸。無(wú)線網(wǎng)橋可以提供超1000Mbps的傳輸速率，提供30公里的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。可以非常靈活的提供傳輸通道。但是無(wú)線傳輸受頻譜資源限制，無(wú)法像有線傳輸那樣可以通過(guò)增加傳輸手段提高通道利用率，加大傳輸能力。因此無(wú)線網(wǎng)橋作為傳輸延伸手段，如果多站點(diǎn)進(jìn)行多級(jí)連續(xù)跳傳，就會(huì)存在用戶端傳輸延時(shí)過(guò)高和上網(wǎng)速率不夠的情況，因此建議網(wǎng)橋多級(jí)連續(xù)跳傳不超過(guò)3級(jí)，前期建設(shè)盡量不要超過(guò)1級(jí);如果單站對(duì)多站點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)橋傳輸，由于頻率限制，也不能超過(guò)3個(gè)。

五、結(jié)束語(yǔ)

智慧牧區(qū)建設(shè)要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)漸趨完善的今天，針對(duì)偏遠(yuǎn)牧區(qū)最后幾公里的寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)，解決當(dāng)?shù)啬撩駥?duì)網(wǎng)絡(luò)的渴求是十分必要的。

本文概括性說(shuō)明了牧區(qū)地形地貌和人口分布情況，在此基礎(chǔ)上對(duì)寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中采用的無(wú)線和有線兩種方式進(jìn)行了研究，提出了無(wú)線網(wǎng)橋在有線傳輸方式無(wú)法通達(dá)的區(qū)域的應(yīng)用。由于篇幅有限，可能沒(méi)有進(jìn)行細(xì)節(jié)介紹，作者會(huì)在未來(lái)的工作中繼續(xù)跟進(jìn)研究。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1].《內(nèi)蒙古“智慧廣電”建設(shè)方案的通知》（內(nèi)政辦發(fā)〔2019〕37 號(hào)）.

[2].楊軍山、趙悅、盧中南《建設(shè)智慧廣電的總體思路和具體措施》， 廣電時(shí)評(píng)，2020.

[3].張立恒、趙天宇、榮麗華《草原牧區(qū)居民點(diǎn)空間離散度與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建關(guān)聯(lián)分析——以錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗為例》，內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020.