智慧牧區寬帶網絡覆蓋解決方案

張巍

【摘要】? ? 本文介紹北疆某省牧區不同地形地貌地理環境下建設寬帶網絡實現牧區智慧、現代化解決方案。該方案首先通過分析牧區特有地形地理特點，指出寬帶網絡建設中網絡覆蓋和傳輸配套兩方面的難點，提出了有線和無線兩種網絡覆蓋方案在這種特殊地理環境的解決方案，同時對傳輸配套方案給出了解決方法。最后，對本章所研究的方案應用做了總結。

【關鍵詞】? ? 智慧牧區? ? 有線無線網絡融合? ? 傳輸配套

引言：

牧區寬帶網絡建設通常因其特殊的地形地貌存在建設難度大和投資高的問題，不能效仿城鎮網絡建設方式，否則很難實現投資回收。

據此，通常要經過具體分析牧區地形地貌和人口分布情況采用有線和無線等多種方式進行網絡建設，同時傳輸配套方式也要因地制宜采用傳統光纜和數字微波等手段。

一、研究背景

黨的十九大作出實施鄉村振興戰略的重大部署，為我國推動新時代農業農村發展提供了基本依據。立足于草原牧區的客觀實際，對實施“鄉村振興戰略”中的牧區振興及現代化建設，推進草原牧區振興及現代化建設具有重大戰略意義。

據牧區所在省份統計局的數據顯示，邊境地區的村屯嘎查19%不通生活用電，84%不通寬帶，100% 沒有有線電視信號[1]。邊境地區人民群眾享受基本公共文化服務不均衡不充分，包括廣播電視服務也無法得到有效保障。廣電網絡無法覆蓋的牧區和邊境地區，主要采取衛星電視的方式進行補充，服務內容十分有限并且缺乏針對性，群眾不但無法收看蒙語節目和所在盟市、旗（市）節目，甚至存在使用衛星接收設備收看境外節目的問題，地方黨委政府不能有效管理，存在意識形態安全隱患。

加快廣播電視戶戶通、應急廣播村村響、地面數字電視覆蓋、文化信息資源共享、蘇木（鄉鎮）綜合文化站、草原（農家）書屋、農村牧區電影 放映、全民閱讀等重大公共文化惠民工程建設，提升公共文化設施建設、管理和服務水平，確保邊境、邊疆、邊遠地區群眾同等享受文化服務。

在此背景下，對偏遠牧區等最后幾公里的寬帶網絡覆蓋盲區進行建設方案研究顯得十分重要。

二、牧區地形地貌分析

2.1 偏遠牧區地形地貌特點

在偏遠牧區場景進行寬帶網絡規劃和工程設計需要針對性分析所覆蓋區域的地貌地形，在實現合理成本控制并進行有效覆蓋的前提下分類歸納出不同的覆蓋場景。在此基礎上編制不同覆蓋場景的寬帶網絡覆蓋規劃方案和施工圖設計。

偏遠牧區地形大致可以分為三類：平原（含草原）、丘陵（含草原）和山地。

就作者工作在的內蒙古自治區為例，該省級地域廣闊，地質地貌基本包括上文提到的三種情形。其中北部區域和南部區域以山地丘陵（含草原）地形為主，高平原區是西部地形主要特點，東部區域則為傳統的平原地形。這個地級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特點。

2.2 偏遠牧區村落分類

為方便統計寬帶網絡覆蓋現狀及排列優先級制定分步建設進度，可通過表1對村落等級進一步細化，根據各個村落的戶數假設寬帶終端數，根據終端數確定采用“全覆蓋方式”還是“延伸（兼顧）覆蓋方式”。

以上地形地貌特點和村落分類結果為下文寬帶網絡和傳輸配套方案提供了基礎依據。

三、牧區寬帶網絡建設方案研究

牧區和邊境地區地廣人稀，以畜牧業為主，牧民流動性較大，若廣電網絡覆蓋全程采取光纖覆蓋的方式成本將很高，同時與牧民流動為主的生產生活方式契合度也不高。

針對上述問題，工程中可以采用有線無線融合技術方案和資源共建共享的方式實施。

3.1 有線網絡建設方案

光纖覆蓋網采用 EPON 技術標準的 FTTH 覆蓋，距離鄉鎮較近的嘎查村建設主干光纜，就近接入鄉鎮 OLT，距離較遠的嘎查村通過下沉小型 OLT 進行覆蓋，通過匯聚層交換設備上聯鄉鎮或旗縣傳輸設備。涉及各旗縣區到鄉鎮、鄉鎮到村、光纖進村入戶三個層面的光纜網絡敷設，部署數據通信設備和無源光接入網設備，具備承載有線廣播電視、視頻會議培訓、平安監控、信息系統數據傳輸等業務，具備全面實現光纖入戶和雙向寬帶接入的能力[2]。

為滿足寬帶網絡覆蓋需求，減少對草原環境的破壞，并能夠在計劃時間內完成網絡建設，減少新建桿路、直埋和管道光纜建設。對通達光纜的嘎查村通過加掛電力和三大運營商現有桿路方式，或采用租用光纜纖芯方式建設。

3.2 無線網絡建設方案

有線網絡無法通達的地區采用無線技術進行覆蓋，例如按照表1中歸納的針對50戶以下的牧區用戶，有線網絡無法覆蓋時采用無線交互網絡技術進行覆蓋。

無線覆蓋網絡通過新建基站、配套采用新建鐵塔或共享鐵塔建設方式，采用 802.11ac 標準，是一個采用優化的高容量、廣覆蓋應用方案。其采用 Beamforming（空間自適應波束成型）技術具有良好的非視距覆蓋能力，從而使得在任何環境都易于部署客戶端設備，實現大范圍覆蓋。同時，無線寬帶網基站還具備了超強的鏈路增益儲備及信號發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。

針對以小功率多點分布式覆蓋網絡系統建設，頻譜的使用是以劃分頻道為依托 而實現組網規劃，針對以小功率多點分布式系統的頻譜規劃仍依托傳輸的蜂窩式網絡建設，同時結合系統的特點，整個覆蓋網絡頻率規劃在蜂窩式的基礎上以多組頻道共建站點的原則，即采用一站多頻、多頻復用原則，在頻率規劃上通過在區域上分隔，形成以半徑為 12km 的蜂窩覆蓋圈，并對每個站點使用三至四個扇向進行規劃 3～4 組的頻道來實現蜂窩區內的不同扇區覆蓋，同時對每一個蜂窩使用相同的3～4 組頻道，通過以兩個蜂窩相隔足夠遠間隙來實現空間的隔離及信號組網。

據上，牧區無線交互網絡拓撲如圖1所示。

無線寬帶建設必須采用 CPE 終端進行接收，CPE 終端接收后轉成有線或無線信號以供更多終端使用（機頂盒、PC、PAD、手機），CPE 用戶終端建議將 CPE 安裝戶外基站視距可見處[3]。

無線寬帶基站具有自動掃頻、自動距離測算和無線信號校準無線功能，以確保信號覆蓋的范圍能夠達到預計的效果，確保用戶 CPE 終端距離放置于離基站天線12km 處達到如下指標：

1. CPE 處場強：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 基站設備（1000 次默認包），ping 包延時均值≤1ms，丟包率≤1%;

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

4.必須和網管服務器關聯（網管服務器上可見基站設備或網管 IP 可以 ping 通基站 IP。

綜上，寬帶網絡覆蓋有線無線混合網絡鏈路圖如圖2所示。

四、傳輸配套建設

本章節不對傳輸骨干網和本地網進行研究，只針對在有線傳輸網絡無法建設牧區山地丘陵地形采用無線網橋傳輸進行研究。

無線網橋利用無線傳輸方式實現在兩個或多個網絡之間搭起通信的橋梁。無線網橋從通信機制上分為電路型網橋和數據型網橋。無線網橋的工作原理，其實就是網橋把空氣作為介質來傳播信號，簡單來說就是一端網橋把網線中的信號轉化為無線電磁波信號并定向發射到空氣中。另外一端的網橋作用剛好相反，它接收空氣中的無線電磁波信號并轉化為有線信號。

以無線網橋傳輸為延伸的方式實現有線無法通達的基站信號傳輸。無線網橋可以提供超1000Mbps的傳輸速率，提供30公里的點對點傳輸。可以非常靈活的提供傳輸通道。但是無線傳輸受頻譜資源限制，無法像有線傳輸那樣可以通過增加傳輸手段提高通道利用率，加大傳輸能力。因此無線網橋作為傳輸延伸手段，如果多站點進行多級連續跳傳，就會存在用戶端傳輸延時過高和上網速率不夠的情況，因此建議網橋多級連續跳傳不超過3級，前期建設盡量不要超過1級;如果單站對多站點進行網橋傳輸，由于頻率限制，也不能超過3個。

五、結束語

智慧牧區建設要通過網絡建設來實現，在網絡建設漸趨完善的今天，針對偏遠牧區最后幾公里的寬帶網絡覆蓋盲區，解決當地牧民對網絡的渴求是十分必要的。

本文概括性說明了牧區地形地貌和人口分布情況，在此基礎上對寬帶網絡建設中采用的無線和有線兩種方式進行了研究，提出了無線網橋在有線傳輸方式無法通達的區域的應用。由于篇幅有限，可能沒有進行細節介紹，作者會在未來的工作中繼續跟進研究。

參? 考? 文? 獻

[1].《內蒙古“智慧廣電”建設方案的通知》（內政辦發〔2019〕37 號）.

[2].楊軍山、趙悅、盧中南《建設智慧廣電的總體思路和具體措施》， 廣電時評，2020.

[3].張立恒、趙天宇、榮麗華《草原牧區居民點空間離散度與網絡構建關聯分析——以錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗為例》，內蒙古大學學報（自然科學版），2020.