基于Wi-Fi技术的农村宽带接入解决方案

田艳中

（湖南省邮电规划设计院有限公司，长沙 410126）

基于Wi-Fi技术的农村宽带接入解决方案

田艳中

（湖南省邮电规划设计院有限公司，长沙 410126）

本文结合网络建设经验，提出了一套基于Wi-Fi技术的农村无线宽带接入解决方案，并进行了应用分析，为农村宽带网络的规划和建设提供一种借鉴。

农村；Wi-Fi；解决方案；投资分析

近几年，我国农村互联网市场得到较快的发展。对于乡镇所在地和已有有线接入资源的行政村，各电信运营商应在做好用户预测和投资分析的基础上，根据自身的资源情况，综合考虑选取EPON/GPON、xDSL、FTTx+LAN或HFC等有线宽带接入方式。对于其他农村地区（如没有有线接入资源或资源不足的行政村、偏远的行政村或自然村等），一般用户较少且分散，如果快速推进有线宽带接入方式，会导致投资效益过差和资源浪费；而目前3G无线基站能提供的速率相对较小，无法给予用户较好的电脑上网体验。

因此，本论文在总结网络建设和实地测试的基础上，提出一套基于Wi-Fi技术的农村无线宽带接入解决方案，为宽带村通工程建设提供一种参考。

农村Wi-Fi解决方案是采用产品成熟的802.11n室外型500 mW AP+定向天线对用户区进行定向覆盖。根据光缆接入点位置、AP安装位置与用户区之间的距离，具体可分为以下3种组网方式。

1 室外型AP直接覆盖组网方式

室外型AP直接覆盖方式是室外型AP直接接入用户终端进行网络连接，要求AP尽量利旧已有移动基站铁塔进行安装。考虑到会有越来越多的用户Wi-Fi网卡支持2×2 MIMO系统，因此建议AP天线采用2根支持MIMO的高增益定向天线，挂高在30～50 m，要求用户在AP天线视距范围内。AP通过超5类线或光纤接入机房内的1台ONU或其它传输设备，然后通过光缆接入IP城域网。该方式组网结构如图1所示。

1.1 容量分析

由于目前大部分用户Wi-Fi网卡基本上不支持2×2 MIMO系统，从而无法实现2个空间流速率300 Mbit/s，因此目前单个AP能提供的最大理论速率为150 Mbit/s（实际速率约为理论的50%），并发用户数按20户设计。另外，2.4 GHz频段的14 dB及其以上高增益天线的水平半功率角小于等于35°，因此可以根据用户数量及用户离AP方位在铁塔上均匀安装1～6台AP。AP所连传输设备的上行端口采用100/1 000 Mbit/s自适应端口，要求保证带宽以免上行IP城域网的速率受限。

图1 农村室外型AP直接覆盖组网结构图

1.2 覆盖能力分析

下面通过链路预算来分析该组网方式的AP覆盖距离，计算出来的覆盖距离与网络实测数据基本一致。在2.4 GHz频段上，通过COST231-HATA无线传播模型进行链路预算，室外型500 mW AP设备接收机灵敏度参考电信运营商技术规范书，用户终端选择自带网卡的笔记本电脑。AP设备的2根MIMO定向天线在上行产生3 dB的分集接收增益。

（1）当室外型AP和单台笔记本自带网卡工作在数据速率为150 Mbit/s时（GI=400 ns，且工作在40 MHz带宽下），AP接收机灵敏度为-64 dBm、自带网卡接收机灵敏度为-62 dBm，这时链路预算得出了最小覆盖距离如表1所示。

（2）当室外型AP和单台笔记本自带网卡工作在数据速率为6.5 Mbit/s时（GI=800 ns，且工作在20 MHz带宽下），AP接收机灵敏度为-85 dBm、自带网卡接收机灵敏度为-83 dBm，在表1中修改接收机灵敏度即得出最大覆盖距离如表2所示。

表1 室外型500 mW AP直接覆盖链路预算表（工作在150 Mbit/s时）

（3）根据电信运营商“设计规范”规定：目标覆盖区域内95%以上的位置，接收信号电平不小于-75 dBm，即这时自带网卡的接收机灵敏度取-75 dBm，得出两种情况下的链路预算结果如下：

当室外型AP和单台笔记本自带网卡工作在数据速率为28.9 Mbit/s时（GI=400 ns，且工作在20 MHz带宽下），AP接收机灵敏度为-77 dBm、自带网卡接收机灵敏度为-75 dBm，在表1中修改接收机灵敏度即得出链路预算结果如表2所示。

由于数据业务具有不对称特性，即对上行速率要求不高。当单台笔记本自带网卡工作在下行数据速率为28.9 Mbit/s、上行数据速率为14.4 Mbit/s时，AP接收机灵敏度为-82 dBm、自带网卡接收机灵敏度为-75 dBm，在表1中修改接收机灵敏度即得出链路预算结果如表2所示。

高等学校“以人为本”的学生管理模式，是以高素质的大学生为中心，提升学生能力，与高校自身发展目标相融合，将管理制度的强制性实施，变为大学生自觉遵守和执行，这是对严格规范管理的升华。通过互联网进行高校思想政治教育是高等学校与时俱进的必然选择。传统说教式的思想政治教育和学生管理方法已经落后，不能引起大学生的兴趣，必须要从简单的灌输方式转变为引发学生探究的方式。

表2 室外型AP直接覆盖工程设计取值

（4）从链路预算表可以看出，室外型AP直接覆盖系统属于上行受限系统，即覆盖距离取上行值。因此，得出室外型AP直接覆盖+自带网卡4种情况下链路预算结果及推荐的工程设计取值如表2所示。

1.3 投资分析

该组网方式下最多可设置6台AP。现在选取1台AP和3台AP两种情况进行投资分析，其它情况同理，其中传输设备为固定投资，每种情况下都是1台。两种情况下的每用户综合造价如表3所示。

表3 室外型AP直接覆盖的每用户综合造价

2 室外型AP+CPE组网方式

室外型AP+CPE方式是当室外型AP直接覆盖用户效果不好时，在用户侧房屋外墙或楼顶加装CPE，根据用户离AP的距离选择CPE天线增益（主要有8dB和14dB两种），CPE通过5类线连接用户终端；室外型AP侧的要求与室外型AP直接覆盖方式中一样。该方式组网结构如图2所示。

2.1 容量分析

图2 农村室外型AP+CPE组网结构图

由于目前CPE基本上支持2×2 MIMO系统，因此单个AP能提供的最大理论速率为300 Mbit/s，并发用户数按30户设计。根据用户数量及用户CPE离AP方位在铁塔上均匀安装1～6台AP。

2.2 覆盖能力分析

下面通过链路预算来分析该组网方式的AP覆盖距离。

（1）当室外型AP和CPE工作在数据速率为300 Mbit/s时，AP接收机灵敏度为-64 dBm、CPE接收机灵敏度为-62 dBm，在表1中修改相关数值即得出最小覆盖距离如表4所示。

（2）当室外型AP和CPE工作在数据速率为6.5 Mbit/s时，AP接收机灵敏度为-85 dBm、CPE接收机灵敏度为-83 dBm，在表1中修改相关数值即得出最大覆盖距离。

（3）根据电信运营商“设计规范”规定：目标覆盖区域内95%以上的位置，接收信号电平不小于-75 dBm，即这时CPE的接收机灵敏度取-75 dBm。由于CPE发射功率比网卡大得多，因此链路预算上下行覆盖距离差不多，因此只分一种情况分析即可。这时AP接收机灵敏度为-77 dBm，数据速率为28.9 Mbit/s。在表1中修改相关数值即得出链路预算结果。

（4）由于CPE安装在房间外，因此不考虑有穿透损耗后的室内覆盖距离。室外型AP+CPE 3种情况下链路预算结果及推荐的工程设计取值。

2.3 投资分析

该组网方式下每用户综合造价是在第一种组网方式的基础上增加CPE费用，目前每台CPE约300元（一般由用户购买，或根据套餐赠送计入成本），即1台AP情况下每用户综合造价为925元，3台AP情况下为842元。

表4 室外型AP+CPE工程设计取值

3 无线网桥+室外型AP直接覆盖或无线网桥+室外型AP+CPE组网方式

由于目前广大农村的已有光缆资源末端一般在乡镇所在地的通信局所（含乡镇所在地的移动基站）或农村其它区域的移动基站内，因此当有些行政村或自然村没有移动基站、且离已有移动基站有一定距离时，为了节约光缆投资和充分利用已有铁塔资源，则在这些行政村或自然村中心地带设置AP和无线网桥远端站，它们之间使用网线连接。在已有的这个移动基站铁塔上安装无线网桥中心站。AP和无线网桥安装位置尽量选择在3层以上居民楼顶新建9 m或12 m简易支架，以节约投资，同时这个高度要保证安装在AP位置上方的无线网桥远端站能与中心站在视距范围内。无线网桥中心站可以接入最多16个远端站，且通过光缆接入IP城域网。无线网桥+室外型AP直接覆盖和无线网桥+室外型AP+CPE混合组网结构如图3所示。

图3 农村无线网桥下室外型AP直接覆盖和室外型AP+CPE混合组网结构图

（1）基于Wi-Fi技术的无线网桥主要解决传输问题，多工作5.8 GHz频段，也有2.4 GHz产品。无线网桥两端的天线尽量采用高增益天线，如果可能接入多个远端站，那么中心站天线选择稍大些的水平半功率角，如中心站采用65°～120°的14 dB天线，远端站采用21 dB天线。根据网络实测数据，以及通过表1链路预算修改相关参数也可以计算出2.4 GHz产品近似的覆盖距离，无线网桥传输距离一般在1～8 km。

（2）无线网桥+室外型AP直接覆方式的每用户综合造价如表5所示。当发展的用户有60户时，建设成本下降很快。

表5 无线网桥+室外型AP直接覆盖的每用户综合造价

无线网桥+室外型AP+CPE方式下每用户综合造价是在表5的基础上增加300元的CPE费用。

4 结论

本论文通过对不同组网方式进行分析，得出它们的技术特点和工程参数，以及应用场景如下。

（1）当用户离AP在350 m范围内时，采用室外型AP直接覆盖方式。

（2）当用户离AP的距离大于350m且小于等于1 600 m时，采用室外型AP+CPE方式。

（3）当部分用户离AP在350m范围内，部分用户离AP的距离大于350 m且小于等于1 600 m，则采用第一种和第二种混合组网方式。

（4）当光缆接入点所在基站离需要覆盖的行政村或自然村大部分用户大于1 600 m时，则采用无线网桥+室外型AP直接覆盖方式或无线网桥+室外型AP+CPE方式，或者是以上两种方式混合。这种方式建设成本相对较高，因此要认真考虑投资效益，并与有线宽带接入投资进行对比分析，比选后得出最终的投资决策。

Wi-Fi无线宽带接入网具有较理想的高速率、建网周期短、建网成本和维护成本低、网卡普及率高且便宜等优势，在一定时期内既能满足农村宽带市场需求，又能产生合理的投资效益。不过由于AP覆盖受视距传输影响明显，因此在某些山区农村中应用会受到局限。

[1] 文永鑫． WLAN CPE部署技术探讨[J]． 电信科学，2012，(12)．

[2] 陈玲，石磊． WLAN（802．11n）组网技术研究[J]． 邮电设计技术，2012，(7)．

[3] 田艳中． WLAN网络中AP设备的覆盖能力分析[J]． 电信工程技术与标准化，2010，(7)．

Discussion about solution based on Wi-Fi of broadband access network in countryside

TIAN Yan-zhong
(Hunan Planning and Designing Institute of Post and Telecommunication Co., Ltd., Changsha 410126, China)

In the paper, combining the experience during construction, one solution based on Wi-Fi of wireless broadband access network in countryside is put forward, and the application of this solution is analyzed. It provides reference for the planning and construction of broadband access network in countryside.

countryside; Wi-Fi; solution; investment analysis

TN929.5

A

1008-5599（2013）10-0051-05

2013-08-16