運(yùn)用WLAN解決偏遠(yuǎn)農(nóng)村寬帶接入的可行性

王 飛

（中國(guó)鐵通吉林市分公司，吉林 吉林 132200）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)逐步走向農(nóng)村。農(nóng)村居民對(duì)信息的需求迅速增大，因此，寬帶業(yè)務(wù)在農(nóng)村有很大發(fā)展?jié)摿?，在農(nóng)村如何能快速、經(jīng)濟(jì)的提供滿足需求的寬帶接入服務(wù)是很有價(jià)值的課題。

1 偏遠(yuǎn)農(nóng)村寬帶業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

農(nóng)村地區(qū)用戶呈小規(guī)模集中、整體分散格局，尤其是偏遠(yuǎn)自然村現(xiàn)有固網(wǎng)資源非常薄弱，即使有資源，也是銅纜資源，目前多數(shù)采用xDSL技術(shù)接入寬帶，接入用戶布線困難，耗費(fèi)大量銅纜，成本很高，維護(hù)工作量巨大，且因?yàn)閤DSL技術(shù)接入距離的限制（一般不能超過(guò)3 km），業(yè)務(wù)質(zhì)量得不到保證。

2 運(yùn)用WLAN技術(shù)解決偏遠(yuǎn)農(nóng)村自然村優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于有線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，WLAN具有安裝使用靈活、支持一定范圍的移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，具備建設(shè)成本低、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載容量大的優(yōu)點(diǎn)。所以，WLAN適合用于用戶群整體分散、局部集中寬帶數(shù)據(jù)接入需求，而偏遠(yuǎn)農(nóng)村的自然屯居民恰恰具有整體分散、局部集中的特點(diǎn)，所以非常適合部署WLAN網(wǎng)絡(luò)。隨著光傳輸技術(shù)的不斷進(jìn)步和光纜價(jià)格的下降，光進(jìn)銅退方興未艾，傳輸成本快速降低，最后一公里的接入成為接入成本的關(guān)鍵，而且經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，各運(yùn)營(yíng)商傳輸網(wǎng)絡(luò)基本全覆蓋，農(nóng)村地區(qū)建設(shè)了大量的鐵塔以及傳輸配套資源，如果能利用這些資源對(duì)相對(duì)集中的各村屯敷設(shè) WLAN網(wǎng)絡(luò)解決農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)的寬帶最后一公里問(wèn)題接入無(wú)疑具有重要意義。

3 WLAN自然村實(shí)施方案

依據(jù)農(nóng)村地域是否有移動(dòng)鐵塔資源及村屯距離既有傳輸資源距離遠(yuǎn)近主要有兩種解決方案：第一種是基站型AP；[1]另一種是室外大功率AP。

3.1 方案1：采用基站型AP

對(duì)于具有鐵塔和傳輸資源的自然村莊，但距離較遠(yuǎn)，采用普通室外大功率AP無(wú)法覆蓋到達(dá)，可采用基站型AP進(jìn)行覆蓋，基站AP比普通大功率室外AP價(jià)格要貴，但考慮到可以充分利用既有傳輸配套資源和電源供電資源，而且基站型 AP較室外大功率AP具有更大的覆蓋范圍，一般為普通室外大功率AP的2～3倍，能利用既有鐵塔和傳輸資源比普通大功率AP覆蓋更遠(yuǎn)的距離，因此經(jīng)濟(jì)可行性更高，且易于維護(hù)。

3.2 方案2：采用普通室外大功率AP

對(duì)于利用既有鐵塔和傳輸資源采用基站型 AP也不能覆蓋到達(dá)的村屯，就要新建設(shè)傳輸配套資源和電源供電資源到達(dá)覆蓋點(diǎn)，然后再采用普通室外大功率AP進(jìn)行覆蓋。

4 容量分析和覆蓋范圍

4.1 單AP接入容量分析

WLAN采用CSMA/CA機(jī)制，主要技術(shù)為IEEE802.11系列，其中802.11g和802.11a采用OFDM調(diào)制技術(shù)，最大速率可達(dá)54 M，802.11b采用DSSS調(diào)制技術(shù)，最大速率可達(dá)11 M，根據(jù)802.11b/g產(chǎn)品互通特點(diǎn)，目前建設(shè)中以802.11g為主，向下兼容802.11b，在特殊場(chǎng)所采用802.11a技術(shù)提供覆蓋如果接入用戶過(guò)多，那么同一時(shí)刻發(fā)生沖突的概率就會(huì)明顯增大，必定會(huì)延長(zhǎng)每個(gè)用戶等待的時(shí)間，而使系統(tǒng)帶寬閑置；用戶超過(guò)一定的限度，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓。設(shè)計(jì)上一般每 AP接入用戶數(shù)在20～30臺(tái)左右，而偏遠(yuǎn)農(nóng)村的自然屯居民規(guī)模大部分在1、2百戶以內(nèi)，單AP覆蓋可滿足多數(shù)需求，設(shè)計(jì)起來(lái)較簡(jiǎn)單，由于各村屯分散、距離較遠(yuǎn)，采用單 AP接入方式，不需考慮相鄰AP間的干擾問(wèn)題。在用戶數(shù)量較多的情況下，也可增設(shè)AP，以擴(kuò)展系統(tǒng)容量和覆蓋范圍，但要做好頻率規(guī)劃，防止相鄰AP間的干擾，保證接入質(zhì)量。

4.2 單AP覆蓋范圍分析

在室外環(huán)境下，WLAN的覆蓋范圍較小，視通情況下，采用自由空間傳播模型為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。2.4GHz自由空間電磁波的傳播路徑損耗符合：L0（db）＝92.4＋20 logd＋20 logf。其中L0為自由空間損耗，d為傳輸距離，f為工作頻率。WLAN大功率AP最大發(fā)射功率一般為27 dBm，而用戶端網(wǎng)卡發(fā)射功率為50 mW（17 dBm），用戶端網(wǎng)卡的接收靈敏度與AP的接收靈敏度基本一致，可見為反向覆蓋受限。根據(jù)設(shè)備接收靈敏度，以－75 dBm為邊緣場(chǎng)強(qiáng)覆蓋要求，天線增益為15 dBi，衰落余量為10 dB，人體、地物損耗為4 dB。則反向鏈路預(yù)算為：L1（dB）＝17 dBm＋15 dB－10 dB－4 dB－（－75 dB）＝93，L1＝92.4＋20 logd＋20 logf。計(jì)算得d＝448 m，即室外環(huán)境的覆蓋視距為400 m左右。

如用室外AP對(duì)室內(nèi)進(jìn)行覆蓋，考慮到2.4 G電磁波繞射能力不足，僅考慮直射分量，則反向鏈路預(yù)算中路徑損耗增加建筑物穿透損耗。以玻璃為例，穿透損耗大約 10 dB，則可計(jì)算得d＝140 m，由此可見，非視通情況下，覆蓋距離明顯減小，所以利用WLAN解決寬帶接入應(yīng)盡量做到視通。農(nóng)村地區(qū)建筑物低矮，做到視通相對(duì)容易。

5 實(shí)測(cè)

吉林某村，采用室外大功率單AP覆蓋，移動(dòng)某基站鐵塔，天線掛高約15 m，下傾角2 °。

實(shí)例測(cè)試測(cè)試設(shè)備：WLAN設(shè)備由一個(gè)室外大功率AP、一副90 °定向天線及若干客戶端設(shè)備組成。室外AP通過(guò)五類線上接二層交換機(jī)，帶寬10 M，撥號(hào)上網(wǎng)方式進(jìn)行認(rèn)證，測(cè)試賬號(hào)為普通用戶賬號(hào)（不限速10 M帶寬）。用戶測(cè)試結(jié)果，見表1。

表1 用戶下載測(cè)試

在不可視范圍，由于WLAN為2.4 G頻段，信號(hào)衰耗較大，即使距離近信號(hào)也弱且不穩(wěn)定，WLAN不能使用；在可視范圍，信號(hào)強(qiáng)且穩(wěn)定，覆蓋距離600～800 m；信號(hào)－80 dBm以上即可得到較高的下載速率。

基于以上理論分析及實(shí)測(cè)情況可知，在距離 AP較近用戶無(wú)線網(wǎng)卡接收到的信號(hào)較好，可直接使用該無(wú)線網(wǎng)卡接入；對(duì)接收信號(hào)較弱的用戶，可利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)客戶端設(shè)備提高接收信號(hào)的強(qiáng)度。客戶端設(shè)備安裝在客戶所在位置的室外，保證與AP視通，解決接收信號(hào)的強(qiáng)度問(wèn)題，通過(guò)網(wǎng)線與室內(nèi)網(wǎng)卡連接，提供客戶接入。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析，可見運(yùn)用WLAN技術(shù)解決農(nóng)村寬帶接入具有現(xiàn)實(shí)的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性，相比傳統(tǒng)固網(wǎng)接入具有部署靈活、接入快速、成本較低等特點(diǎn)，由于用戶最后接入采用無(wú)線方式，因此用戶維護(hù)量也大大降低，是一種非常適合農(nóng)村寬帶接入的方式。伴隨著WLAN技術(shù)的快速進(jìn)步，WLAN必將能為農(nóng)村提供更為實(shí)用地寬帶接入。

1 張淑娟.農(nóng)村WLAN覆蓋解決方案[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2011（4）