農村無線寬帶技術比較與選擇

王樂

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

1 引言

我國擁有為數(shù)眾多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)與農村、一半以上的農業(yè)人口，但農村的通信基礎設施卻一直較為薄弱。隨著信息產業(yè)的發(fā)展，農村地區(qū)的通信需求呈現(xiàn)出爆發(fā)性的增長，多地農村區(qū)域的數(shù)據(jù)業(yè)務量在增速上已經超過城市。國家和政府對于農村信息化的重視程度也與日俱增，“寬帶中國”戰(zhàn)略中明確要求：到2015年行政村通寬帶比例達到95%、農村寬帶速率達到4Mbps。

由于農村地域廣闊、用戶分散，有線寬帶接入成本高，而農村通信用戶的消費能力相對偏弱，更需要低成本的解決手段。隨著各種無線寬帶技術的發(fā)展，農村區(qū)域通過無線技術進行寬帶接入逐漸成為理想選擇。農村無線寬帶建設建議以能夠提供4Mbps固定帶寬并可轉成有線寬帶接入為目標，WLAN室外覆蓋、時分網橋型無線寬帶、GSM-Hi等無線寬帶技術都可滿足。但在它們之間運營商應該如何選擇？本文將通過多方位的對比分析，展示其各自特點、適用場景以及建設方式方面的建議。

2 技術特點比較

WLAN室外覆蓋：WLAN利用802.11x協(xié)議構建無線局域網絡，是較為成熟和應用廣泛的技術；以家庭或中小企業(yè)自行搭建、室內小范圍區(qū)域覆蓋為主；但運營商也可構建WLAN室外覆蓋網絡，即通過室外無線接入點（AP）連接定向天線實行廣覆蓋，讓終端用戶直接接入。

時分網橋型無線寬帶：又稱為“鄉(xiāng)鎮(zhèn)通”產品，其采用TDD技術將所有連接到無線接入設備的終端劃分到不同的時隙中進行數(shù)據(jù)通訊，即在WLAN中引入時分技術，解決了各用戶間的公平帶寬分配問題，并且提高了多用戶情況下的網絡實時性；近年來一些設備廠家推出成熟產品，已在一些省市的農村進行了應用。

GSM-Hi：又稱為GSM Refarming，它是對現(xiàn)有GSM900/1800MHz的頻率資源按不同制式進行重組，在GSM頻段上引入OFDM技術，以提升頻譜效率、增強數(shù)據(jù)業(yè)務承載能力；作為4G技術，GSM-Hi在2G頻段的應用正處于試驗推廣階段。

農村無線寬帶技術特點對比如表1所示：

表1 農村無線寬帶技術特點對比

目前，WLAN與時分網橋都利用2.4GHz頻段進行覆蓋，頻率相比GSM-Hi要高，因此覆蓋能力弱。設定邊緣速率為2Mbps，采用CPE且視距傳輸情況下，WLAN與時分網橋的最大覆蓋距離分別約為1公里和2 公里；而GSM-Hi 的覆蓋能力與GSM 基站相當，900MHz與1 800MHz頻段最大分別在6公里和5公里范圍仍可接入。選取不同距離進行定點測試的結果也表明，深度覆蓋能力從優(yōu)到劣的順序為：GSM-Hi 900MHz、GSM-Hi 1800MHz、時分網橋、WLAN室外覆蓋。

2.4GHz頻段只有3個互不干擾的信道，每個信道帶寬為20MHz；支持802.11n的設備，WLAN雙流情況下的理論峰值速率為150Mbps，時分網橋系統(tǒng)的凈帶寬也可達百兆。而GSM-Hi可采用2*5MHz或2*1 0 MHz 帶寬（根據(jù)頻率分配現(xiàn)狀，運營商在900MHz和1 800MHz頻段最多也各只有一個2*10MHz的連續(xù)頻段可供GSM-Hi運營），2*10MHz頻率雙流方式下GSM-Hi 的上下行峰值速率為23Mbps 和74Mbps，2*5MHz頻率或單流方式時峰值速率減半。因此，GSM-Hi 在峰值速率方面相比前兩者略有劣勢。

WLAN系統(tǒng)單AP支持并發(fā)用戶數(shù)20至30個；時分網橋系統(tǒng)單扇區(qū)支持100個左右；而GSM-Hi不存在并發(fā)用戶數(shù)，但根據(jù)業(yè)務不同，同時可調度用戶數(shù)存在限制。3種技術都允許并發(fā)用戶之間共享帶寬，GSMHi與時分網橋系統(tǒng)因為能夠容納更多的用戶，具有更好的網絡實時性，而WLAN系統(tǒng)有10個以上用戶接入時，發(fā)生資源分配沖突的概率較大。

另外，由于2.4GHz是公共頻段，使用此頻段的設備眾多，包括工業(yè)、科學、醫(yī)療甚至家用的各種無線設備，因此WLAN與時分網橋系統(tǒng)運營易被干擾，存在影響用戶接入或降速的風險。而900MHz和1 800MHz是受保護的頻段，各運營商都分配有專用頻率帶寬，所以可靠性和安全性高，但GSM-Hi須與GSM基站采取頻率隔離（詳見下文）。

綜上所述，在性能方面，GSM-Hi（尤其在900MHz頻段）具有覆蓋能力優(yōu)勢，時分網橋型無線寬帶具有一定的速率容量優(yōu)勢，而WLAN則無明顯性能優(yōu)勢。

3 建設方式比較

3種農村無線寬帶技術在無線側，實現(xiàn)方式上大同小異：雖采用不同的信號發(fā)生設備，但都通過定向天線進行針對性的覆蓋且保證覆蓋距離；用戶側加裝CPE設備將無線信號轉成WLAN/LAN作為主要接收方式，GSM-Hi則還可采用數(shù)據(jù)卡和MiFi設備。

在整體網絡建設方式上，WLAN為獨立網絡系統(tǒng)，需獨立的無線控制器（AC）與網管系統(tǒng)，在接入側要布置相應的交換機、室外AP及相應天線；共址現(xiàn)網基站且現(xiàn)網資源滿足條件時，可依托現(xiàn)網共用機房、鐵塔、電源、管道光纜、傳輸接入設備等配套資源（采用802.11n的WLAN需PTN或PON傳輸）。

時分網橋型無線寬帶的建設方式與WLAN類似：獨立網管、獨立無線接入系統(tǒng)、共用現(xiàn)網配套資源，但其無線接入設備上聯(lián)現(xiàn)網BRAS。

時分網橋型無線寬帶網絡結構圖如圖1所示：

圖1 時分網橋型無線寬帶網絡結構圖

GSM-Hi 可最大程度地依托現(xiàn)網資源建設，其與4G共用EPC核心網，與GSM共用網管系統(tǒng)、PTN網絡與基站（包括支持GSM-Hi的基站主設備與天饋線），需新增的內容少。在共GSM站址（須為PTN傳輸）情況下，建設SISO方式的GSM-Hi只需在BBU設備中增加相應的基帶板與主控板、CPRI口光纖，而增加MIMO方式的GSM-Hi則還需每扇區(qū)增加1個射頻模塊（RRU）。因此，GSM-Hi的工程改造量最小。

GSM-Hi網絡結構圖如圖2所示：

圖2 GSM-Hi網絡結構圖

農村無線寬帶建設方式對比如表2所示：

表2 農村無線寬帶建設方式對比

共址建設農村無線寬帶的改造工作量對比如表3所示：

表3 共址建設農村無線寬帶的改造工作量對比

由于900MHz在覆蓋能力上存在優(yōu)勢，且農村地區(qū)G SM900MHz現(xiàn)網存在大量可利用的站點資源，因此GSM-Hi主要利用900MHz頻段進行農村無線寬帶建設。由于農村GSM網絡載頻配置低于城市，空余頻段可供GSM-Hi使用：如果農村基站平均載頻配置小于S6/6/6，則GSM-Hi可采用5MHz帶寬；如果小于S4/4/4，則GSM-Hi可采用10MHz帶寬。但GSM-Hi覆蓋區(qū)域要求與現(xiàn)有GSM900MHz基站間設置2至3層小區(qū)進行隔離，以避免干擾，這也是GSM-Hi相比于其它兩者來說額外的網絡改造要求。

GSM-Hi頻率隔離示意圖如圖3所示：

圖3 GSM-Hi頻率隔離示意圖

4 成本造價比較

假設無線寬帶建設規(guī)模不大，核心側無需擴容，僅比較無線接入側的成本造價；并假設用戶自行采購CPE，無需運營商投資。

比較場景：5公里范圍內同時3個離散分布村莊接入；GSM-Hi單站即可覆蓋，而WLAN室外覆蓋與時分網橋型無線寬帶需臨近每個村莊單獨建設。

如果每個村莊附近都有現(xiàn)網基站可供無線寬帶共址建設，且鐵塔、電源、管道、接入光纜、傳輸設備等配套無需改造，則總建設成本較小，且WLAN室外覆蓋的造價最有優(yōu)勢。

農村無線寬帶建設成本對比（共址PTN基站）如表4所示。

如果共址站點傳輸類型非PTN或PTN需改造情況下，傳輸設備的成本將導致無線寬帶總建設成本提高一倍左右。此種情況下，由于GSM-Hi所需站址少，因此綜合造價最低。

農村無線寬帶建設成本對比（共址非PTN基站）如表5所示。

表4 農村無線寬帶建設成本對比（共址PTN基站）

表5 農村無線寬帶建設成本對比（共址非PTN基站）

現(xiàn)實情況并非每個村附近都有基站可供無線寬帶共址，如果無線寬帶需要新建全部配套，造價還將翻倍。綜合而言，無論何種無線寬帶，都建議挑選傳輸、電源、鐵塔等方面都無需改造的現(xiàn)網站點進行共址建設，其中覆蓋能力更強的GSM-Hi因為所需站點數(shù)少而在建設成本方面更為經濟。

5 結束語

總結3種無線寬帶的特點如下：

（1）WLAN室外覆蓋：覆蓋能力最弱，支持的并發(fā)用戶數(shù)也最少，因此只適合覆蓋一個聚居的中小型村莊；但速率較高，且終端普遍，沒有CPE也可接收（在更小范圍內）；可共址現(xiàn)網基站且傳輸無需改造情況下建設成本最低；頻率易受干擾，信號存在風險。

（2）時分網橋型無線寬帶：覆蓋能力一般，大型行政村或一般鄉(xiāng)鎮(zhèn)都可覆蓋，但需無山體或大型建筑阻擋；速率及支持的用戶數(shù)都較為理想，但2.4GHz頻率易受干擾的問題同樣存在；需自建網管系統(tǒng)；此外，其無線接入側造價也是3種方式中最高昂的。

（3）GSM-Hi：覆蓋能力最強，覆蓋能力與同頻段GSM網絡相同，不僅節(jié)省了站點和投資，同時也保證了深度覆蓋效果；專用頻段、不易受干擾，電信級設備、可靠性高；可共用現(xiàn)網的核心網、網管系統(tǒng)以及傳輸、電源甚至天線等配套資源，工程改造量小；支持的用戶數(shù)多，但速率方面略有不足；900MHz頻率資源有限，采用GSM-Hi的區(qū)域需有空余頻率且與GSM900MHz現(xiàn)網之間要做頻率隔離。

適用場景總結如下：

（1）WLAN室外覆蓋適合小范圍、非連續(xù)的零星農村業(yè)務熱點采用，并且用戶對寬帶網絡的QoS質量要求不高。

（2）時分網橋型無線寬帶適合一般鄉(xiāng)鎮(zhèn)、大型行政村等中等場景采用，單位場景內需地形平坦、無阻隔，且要求運營商有相對充裕的建設資金。

（3）GSM-Hi可作為廣域室外環(huán)境一般業(yè)務強度的無線寬帶接入首選，大到小型縣城、小至偏遠零散農村居民點或偏遠自然景點等都可采用，特別是運營商要求快速布局前提下，但只能選擇900MHz頻率資源有富余的區(qū)域。

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