吳 波,張 謙
(中國廣電內(nèi)蒙古網(wǎng)絡(luò)有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)
當(dāng)前,自治區(qū)現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施、群眾公共文化服務(wù)體系建設(shè)、服務(wù)能力與人們的需求還有一定差距,特別在信息化建設(shè)方面制約著自治區(qū)畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)代化的發(fā)展。綜合經(jīng)濟(jì)實力有待加強(qiáng),城鄉(xiāng)、區(qū)域、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展不平衡,部分農(nóng)村地區(qū)發(fā)展滯后,基礎(chǔ)設(shè)施和基本公共服務(wù)薄弱。牧區(qū)主要通信問題是網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲點和盲區(qū)多、通信信號差,大部分牧民無法有效使用無線網(wǎng)絡(luò),不利于牧區(qū)信息化建設(shè),制約著牧民的生產(chǎn)、生活。
偏遠(yuǎn)農(nóng)牧區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋一直是難以解決的問題,用戶規(guī)模小、地形復(fù)雜、建設(shè)成本高,這些都是通信覆蓋率不高的主要原因,阻礙著農(nóng)牧區(qū)的通信發(fā)展。農(nóng)牧區(qū)通信建設(shè)發(fā)展過程中面臨較多的問題,具體如下。一是偏遠(yuǎn)牧區(qū)地形多數(shù)以山地、丘陵為主,高原上存在5級夷平面,具有層狀高原的顯著特征,沙地、草場和林地覆蓋范圍相對較廣,很多地區(qū)無法建立有線傳輸;二是農(nóng)牧區(qū)通信建設(shè)花費的成本較高,資金回收相對較慢;三是當(dāng)?shù)赝ㄐ殴芾砗瓦\(yùn)營體制無法滿足電信行業(yè)發(fā)展的要求,導(dǎo)致農(nóng)牧區(qū)電話出現(xiàn)熱裝冷用的現(xiàn)象;四是大部分林場、農(nóng)場、牧場以及礦區(qū)等較為偏遠(yuǎn),交通不夠便利且居住人員相對分散,電信工作無法順利進(jìn)行[1]。
在有線傳輸無法覆蓋的范圍內(nèi),可以采用無線交互網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段進(jìn)行覆蓋。以廣電全光網(wǎng)絡(luò)為骨干,以微波傳輸網(wǎng)絡(luò)為延伸,搭建無線網(wǎng)橋。無線網(wǎng)橋就是無線網(wǎng)絡(luò)的橋接,利用無線傳輸方式在兩個或多個網(wǎng)絡(luò)之間搭起通信橋梁[2]。無線網(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。無線網(wǎng)橋的工作原理其實就是將空氣作為介質(zhì)來傳播信號,簡單來說就是一端網(wǎng)橋把網(wǎng)線中的信號轉(zhuǎn)化為無線電磁波信號并定向發(fā)射到空氣中。另一端的網(wǎng)橋作用剛好相反,接收空氣中的無線電磁波信號并將其轉(zhuǎn)化為有線信號。
無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要包括以下特性:一是覆蓋能力強(qiáng),可以實現(xiàn)有效半徑15 km以內(nèi)的廣域覆蓋;二是可維護(hù)性強(qiáng),支持本地管理、遠(yuǎn)程管理以及用戶終端設(shè)備管理;三是易部署和擴(kuò)展,采用混合型組網(wǎng)配置,無線網(wǎng)橋傳輸容量擴(kuò)展及部署簡便,支持同站點直接規(guī)劃建設(shè);四是安全性較高,支持多種加密算法和雙向安全加密認(rèn)證,能夠?qū)崿F(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)安全傳輸;五是業(yè)務(wù)靈活、實時性強(qiáng),能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)劃區(qū)域全面覆蓋,業(yè)務(wù)接入靈活。
無線網(wǎng)絡(luò)交互技術(shù)在較差的環(huán)境和高調(diào)幅模式下優(yōu)化了設(shè)備抗干擾敏感性和低噪聲性能,使設(shè)備具備更高的靈敏度和更強(qiáng)的抗干擾能力。無線寬帶基站可以實現(xiàn)自動掃描信號源頻率、自動分析終端到基站間的通信距離以及校準(zhǔn)無線信號等功能,保證在有效的信號范圍內(nèi)達(dá)到良好的用戶感知效果。
多用戶多輸入多輸出(Multi User-Multiple Input Multiple Output,MU-MIMO)是最新Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)802.11ac 2.0的最重要特性之一,可以顯著提高網(wǎng)絡(luò)總吞吐量和總?cè)萘俊R粋€接入點(Access Point, AP)可以同時與多個支持MU-MIMO的用戶終端通信,這里的同時是絕對時間點上的同時,數(shù)據(jù)并行[3]。簡單來說就是設(shè)備依賴預(yù)先學(xué)習(xí)到的信道狀況信息精確地進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送,在同一時刻通過不同的天線向不同的無線終端并發(fā)地發(fā)送數(shù)據(jù),各個接收終端可以有效過濾掉來自其他終端數(shù)據(jù)的干擾,實現(xiàn)同時接收。通過MU-MIMO技術(shù)的支持,用戶能夠利用無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)同時接收。MIMO天線技術(shù)在鏈路的發(fā)送端和接收端都并行傳遞多條空間流,從而可以在相同的信道帶寬條件下獲取更高的通信系統(tǒng)容量和更高的頻譜利用率[4]。此外,MIMO天線的空間流數(shù)必須大于天線數(shù)。
選取僅支持單用戶多輸入多輸出(Single User-Multiple Input Multiple Output,SU-MIMO)技術(shù)的Wi-Fi路由器和支持MU-MIMO技術(shù)的終端設(shè)備,將終端設(shè)備接入路由器,結(jié)果終端設(shè)備的傳輸速率最高只有80 Mb/s左右。而將終端設(shè)備接入到支持MU-MIMO技術(shù)的高端Wi-Fi路由器,終端設(shè)備則能達(dá)到約240 Mb/s的最高傳輸速率,傳輸性能顯著提升[5-8]。
正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)調(diào)制方法的主要思想是將標(biāo)準(zhǔn)帶寬的信道劃分成幾個相互正交的子信道,用來承載多路并行的低速子數(shù)據(jù)流,每個低速的子數(shù)據(jù)流對應(yīng)使用一個子載波進(jìn)行調(diào)制。將分開的低速子數(shù)據(jù)流進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換,同時將并行的低速子數(shù)據(jù)流調(diào)整成高速信息流,信號在接收端再進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換,將正交信號分開,這樣可以減少子信道間的干擾。每個子信道的帶寬是原信道的一小部分,容易實現(xiàn)信道均衡,并且每個子信道的帶寬小于相關(guān)帶寬,可以有效避免碼間串?dāng)_。
在802.11ac協(xié)議中選用獨立的 MAC 協(xié)議數(shù)據(jù)單元( Aggregate-Management Protocol Data Unit,A-MPDU)幀聚合技術(shù),所有的報文傳輸都通過聚合流程,每個協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Presentation Protocol Data Unit,PPDU)的傳輸是A-MPDU,即使這個A-MPDU中只包含了一個MPDU,這樣就不用再區(qū)分報文是否聚合,有效簡化了流程。同時,802.11ac將單個A-MPDU聚合幀的大小從64 kB提高到1 MB,這樣就能夠更好地配合802.11ac的物理層實現(xiàn)高速傳輸。802.11ac每次傳輸報文的長度強(qiáng)制要求為OFDM Symbol攜帶的比特數(shù),如果不滿足要求,則使用Null Frame填充最后一個OFDM Symbol。
基于802.11ac擴(kuò)展的信道綁定機(jī)制,在使用802.11ac網(wǎng)絡(luò)時需要更好地規(guī)劃信道。一個802.11ac設(shè)備在選擇發(fā)送帶寬時會先嘗試以高帶寬來發(fā)送數(shù)據(jù),如果高帶寬的Secondary Channel忙,則用較低帶寬Primary Channel發(fā)送;如果Primary信道忙,則降低寬帶速率或者退避等待。與此同時,802.11ac協(xié)議提高了80 MHz帶寬情況下的空閑信道評估(Clear Channel Assessment,CCA)閾值,保證了檢測更加嚴(yán)格。例如,兩個設(shè)備AP工作在80 MHz模式(信道149~161),信道重疊(一個主信道是149,一個設(shè)備主信道是157),這樣對于連接在兩個設(shè)備上的802.11n終端(40 MHz)就可以無影響地傳輸數(shù)據(jù)。而對于802.11ac終端(80 MHz),可以根據(jù)實際使用情況來選擇合適的帶寬[9-12]。
根據(jù)實際現(xiàn)場部署測試來看,無線交互技術(shù)可以讓用戶終端在距離基站天線12 km處達(dá)到高速上網(wǎng)的目的,丟包率控制在1%以下。
無線交互網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點是可以在相同的信道帶寬條件下獲取更大的通信系統(tǒng)容量和更高的頻譜利用率,通過融合應(yīng)用相應(yīng)技術(shù),在相對較差的環(huán)境和高調(diào)幅模式下提升了設(shè)備抗干擾性,使設(shè)備具備更高的靈敏度,確保用戶隨時都可以接入到通信網(wǎng)絡(luò)。以智慧廣電+公共服務(wù)+政務(wù)服務(wù)+鄉(xiāng)村治理為抓手,建設(shè)橫向到邊、縱向到底的分布式智慧廣電有線無線融合網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)牧區(qū)廣電網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋,從而為推進(jìn)鄉(xiāng)村全面振興做出新的貢獻(xiàn)。