用遠(yuǎn)程中繼網(wǎng)橋解決復(fù)雜山區(qū)貧困戶信號(hào)覆蓋問(wèn)題的方案及實(shí)施

□ 陳紹勤

一、項(xiàng)目背景與要解決的問(wèn)題

南寧市興寧區(qū)昆侖鎮(zhèn)平地村是一個(gè)山區(qū)貧困村，村中的六趙坡受地形和村民建筑格局影響，無(wú)論是手機(jī)信號(hào)或衛(wèi)星信號(hào)均無(wú)法正常覆蓋。按照國(guó)家扶貧“八有一超”的脫貧標(biāo)準(zhǔn)，貧困戶家必須有電視看或有智能手機(jī)上網(wǎng)，信號(hào)覆蓋不到就意味著貧困戶無(wú)法達(dá)到脫貧標(biāo)準(zhǔn)。為使貧困戶脫貧指標(biāo)滿足國(guó)家脫貧攻堅(jiān)標(biāo)準(zhǔn)，必須使電視或手機(jī)信號(hào)覆蓋到六趙坡。

六趙坡村位于群山之間，村中只有4 戶農(nóng)戶，其中兩戶是貧困戶。2018年7月，該坡貧困戶反映自己收看不到電視，手機(jī)信號(hào)也不通，要打電話必須爬到房子后面幾百米遠(yuǎn)的高山，或到2 千米外的開(kāi)闊地才有信號(hào)。經(jīng)走訪查找，發(fā)現(xiàn)該坡村民所處的區(qū)域?yàn)樯桔?，房子依山建設(shè)，從正西到正南有可能接收村村通衛(wèi)星信號(hào)的地方均被桉樹(shù)林、竹林和山體遮擋，手機(jī)信號(hào)也無(wú)法有效覆蓋。我們?cè)O(shè)想通過(guò)加建手機(jī)站或立桿鋪設(shè)光纖入戶覆蓋，但因投資成本高達(dá)幾十萬(wàn)元，而受益人口僅20人，沒(méi)有可行性。

二、解決方案

經(jīng)反復(fù)思考，我們嘗試采取無(wú)線寬帶覆蓋的方式，把平地村委的百兆寬帶向該坡貧困戶覆蓋，并成立項(xiàng)目小組著手實(shí)施。

平地村地理地貌及中繼點(diǎn)分布如圖1 所示。

圖1 平地村地理地貌及中繼分布點(diǎn)圖

據(jù)了解，中繼信號(hào)所需的關(guān)鍵核心設(shè)備為無(wú)線網(wǎng)橋?，F(xiàn)今市場(chǎng)上有許多無(wú)線遠(yuǎn)距離中繼網(wǎng)橋可供使用，技術(shù)均已成熟，且成本不高，其他建設(shè)中繼信號(hào)點(diǎn)用到的材料也可購(gòu)買(mǎi)到。六趙坡的地理環(huán)境較為復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)信號(hào)從村委辦公樓傳到六趙坡，需要3 次信號(hào)中繼轉(zhuǎn)發(fā)才能實(shí)現(xiàn)。信號(hào)路由如圖1 所示，在村委樓頂安裝第一級(jí)中繼發(fā)射端，將信號(hào)傳至3.5 千米外的高山，在高山上安裝第一級(jí)中繼的收端和第二級(jí)中繼發(fā)端，將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至2 千米外緊挨著六趙坡的另一座山，并在該山上安裝第二級(jí)中繼的收端和第三級(jí)中繼發(fā)端將信號(hào)傳到400 米外的山坳內(nèi)，由第三級(jí)中繼收端接收，轉(zhuǎn)普通WIFI 覆蓋該坡農(nóng)戶。

平地村群山環(huán)繞，常年風(fēng)力較強(qiáng)，樹(shù)林多，空氣濕度大，雷電較強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋的關(guān)鍵在于中繼選址、供電及防風(fēng)、防雷等幾方面。為了中繼點(diǎn)設(shè)備安全，我們?cè)谶x點(diǎn)的時(shí)候避開(kāi)了山峰頂端容易遭雷擊及風(fēng)力強(qiáng)的地方，選擇有坳避風(fēng)又盡量不影響信號(hào)傳輸?shù)牡胤搅U安裝，在桿上加拉錨以防風(fēng)防雷。

供電方面，既要解決遠(yuǎn)距離供電的問(wèn)題，又要解決電費(fèi)的結(jié)算問(wèn)題。我們受到太陽(yáng)能路燈的啟發(fā)，采用與路燈相近原理的太陽(yáng)能供電方式，所有野外中繼點(diǎn)均采用100W/18V 的太陽(yáng)能發(fā)電板，通過(guò)太陽(yáng)能控制器與12V/40 安時(shí)電池連接后向中繼網(wǎng)橋供電。因山區(qū)的水霧多、濕氣重，電池和控制器均放在防護(hù)箱中，避免陽(yáng)光暴曬或水汽侵蝕。每個(gè)中繼點(diǎn)的用電功率不大于30W。使用這種供電方案，電池在充滿電時(shí)即使無(wú)陽(yáng)光仍可向設(shè)備連續(xù)供電15 小時(shí)以上，實(shí)現(xiàn)全天候無(wú)人值守自動(dòng)供電功能。此法免去昂貴的供電線路鋪設(shè)，也不產(chǎn)生供電費(fèi)用。

中繼站采用3 套TP-LINK CPE 大功率5 千米無(wú)線網(wǎng)橋收發(fā)配對(duì)使用。該無(wú)線網(wǎng)橋具有傳輸距離遠(yuǎn)、防水等級(jí)高、防曬、耐寒等優(yōu)點(diǎn)，提供20dBm 的發(fā)射功率，13dBi 的天線增益，無(wú)線模式支持802.11a/n/ac，完全滿足我們的使用要求。終端用戶的端接入采取最后一級(jí)中繼接收端輸出后聯(lián)接兩個(gè)普通無(wú)線路由器串聯(lián)組網(wǎng)。因居民比較集中，WIFI 信號(hào)覆蓋全坡的同時(shí)，兩戶普通農(nóng)戶也會(huì)被信號(hào)覆蓋到。中繼信號(hào)無(wú)線信號(hào)路由及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 信號(hào)傳輸原理示意圖

三、項(xiàng)目實(shí)施與調(diào)試

因項(xiàng)目資金均為社會(huì)上的愛(ài)心企業(yè)、愛(ài)心人士捐贈(zèng)，為節(jié)約成本，從購(gòu)買(mǎi)設(shè)備到立桿架設(shè)中繼網(wǎng)橋，再到入戶調(diào)試均由我們自主完成，使得資金全部都投入到設(shè)備設(shè)施上。項(xiàng)目投資成本僅5000 元左右，并且能實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)及安裝架設(shè)。

為降低設(shè)置的復(fù)雜程序，我們采用的是透明橋接傳輸方式。在調(diào)試過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)采用2.4G 的頻帶傳輸信號(hào)雖然帶寬較5.8G 小，但貴在穩(wěn)定，原本100 兆的寬帶經(jīng)過(guò)中繼后，在貧困戶端穩(wěn)定傳輸速率在30M 左右，無(wú)斷線現(xiàn)象。而5.8G 的信號(hào)速率稍大，但偶有斷線情況發(fā)生。實(shí)踐也證實(shí)了傳輸速率低有利于數(shù)據(jù)穩(wěn)定，所以我們最終采用2.4G 頻帶來(lái)傳輸信號(hào)。我們選的中繼網(wǎng)橋本身傳輸速率可達(dá)300 兆，當(dāng)前傳輸速率達(dá)不到100兆的原因有很多，與我們架設(shè)中繼器方位角的精度、多級(jí)中繼、風(fēng)力、山體樹(shù)林遮擋等環(huán)境因素都有關(guān)系。因登山難度較大，且30 兆的速率已能滿足貧困戶收視通信的使用要求，因此我們沒(méi)有進(jìn)一步調(diào)校。

供電方面，因中繼點(diǎn)的距離不算很遠(yuǎn)，實(shí)際調(diào)試時(shí)沒(méi)有輸出最大功率，耗電達(dá)不到理論設(shè)計(jì)值，因此，除非長(zhǎng)時(shí)間陰雨天氣使供電受影響，絕大部分時(shí)間都達(dá)到全天候24 小時(shí)不間斷工作的理想狀態(tài)。當(dāng)然，要增強(qiáng)對(duì)陰雨天氣的抵抗能力，僅加大電池容量就可以解決。值得一提的是，要使整個(gè)信號(hào)中繼設(shè)施運(yùn)行，僅村委的一個(gè)發(fā)端需要我們供電，其余設(shè)備包括末級(jí)中繼的收端及覆蓋終端農(nóng)戶的WIFI 路由器均為太陽(yáng)能供電，整個(gè)信號(hào)中繼鏈路設(shè)備的運(yùn)行沒(méi)有給貧困戶增加任何經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，又因器材便宜、設(shè)施簡(jiǎn)單，正常情況下年均維護(hù)費(fèi)用低至200 元以下。

四、項(xiàng)目成果及其應(yīng)用情況

項(xiàng)目建成后已運(yùn)行1年多，盡管中繼點(diǎn)的環(huán)境惡劣、氣候復(fù)雜，傳輸線路也一直正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了邊遠(yuǎn)山區(qū)的貧困戶通過(guò)寬帶看電視、上網(wǎng)、微信通話等功能，滿足了貧困戶要有電視看或有智能手機(jī)收視的脫貧攻堅(jiān)要求。本項(xiàng)目的成功實(shí)踐，為低成本解決偏遠(yuǎn)、復(fù)雜山區(qū)的信號(hào)覆蓋問(wèn)題提供了廣泛的借鑒意義。