智慧牧区宽带网络覆盖解决方案

张巍

【摘要】    本文介绍北疆某省牧区不同地形地貌地理环境下建设宽带网络实现牧区智慧、现代化解决方案。该方案首先通过分析牧区特有地形地理特点，指出宽带网络建设中网络覆盖和传输配套两方面的难点，提出了有线和无线两种网络覆盖方案在这种特殊地理环境的解决方案，同时对传输配套方案给出了解决方法。最后，对本章所研究的方案应用做了总结。

【关键词】    智慧牧区    有线无线网络融合    传输配套

引言：

牧区宽带网络建设通常因其特殊的地形地貌存在建设难度大和投资高的问题，不能效仿城镇网络建设方式，否则很难实现投资回收。

据此，通常要经过具体分析牧区地形地貌和人口分布情况采用有线和无线等多种方式进行网络建设，同时传输配套方式也要因地制宜采用传统光缆和数字微波等手段。

一、研究背景

党的十九大作出实施乡村振兴战略的重大部署，为我国推动新时代农业农村发展提供了基本依据。立足于草原牧区的客观实际，对实施“乡村振兴战略”中的牧区振兴及现代化建设，推进草原牧区振兴及现代化建设具有重大战略意义。

据牧区所在省份统计局的数据显示，边境地区的村屯嘎查19%不通生活用电，84%不通宽带，100% 没有有线电视信号[1]。边境地区人民群众享受基本公共文化服务不均衡不充分，包括广播电视服务也无法得到有效保障。广电网络无法覆盖的牧区和边境地区，主要采取卫星电视的方式进行补充，服务内容十分有限并且缺乏针对性，群众不但无法收看蒙语节目和所在盟市、旗（市）节目，甚至存在使用卫星接收设备收看境外节目的问题，地方党委政府不能有效管理，存在意识形态安全隐患。

加快广播电视户户通、应急广播村村响、地面数字电视覆盖、文化信息资源共享、苏木（乡镇）综合文化站、草原（农家）书屋、农村牧区电影 放映、全民阅读等重大公共文化惠民工程建设，提升公共文化设施建设、管理和服务水平，确保边境、边疆、边远地区群众同等享受文化服务。

在此背景下，对偏远牧区等最后几公里的宽带网络覆盖盲区进行建设方案研究显得十分重要。

二、牧区地形地貌分析

2.1 偏远牧区地形地貌特点

在偏远牧区场景进行宽带网络规划和工程设计需要针对性分析所覆盖区域的地貌地形，在实现合理成本控制并进行有效覆盖的前提下分类归纳出不同的覆盖场景。在此基础上编制不同覆盖场景的宽带网络覆盖规划方案和施工图设计。

偏远牧区地形大致可以分为三类：平原（含草原）、丘陵（含草原）和山地。

就作者工作在的内蒙古自治区为例，该省级地域广阔，地质地貌基本包括上文提到的三种情形。其中北部区域和南部区域以山地丘陵（含草原）地形为主，高平原区是西部地形主要特点，东部区域则为传统的平原地形。这个地级市交替分布了平原地、山岗地、高山地和丘陵（含草原）地形，海拔高度在300米以上2000米以下。这种地形地貌显著代表了牧区特点。

2.2 偏远牧区村落分类

为方便统计宽带网络覆盖现状及排列优先级制定分步建设进度，可通过表1对村落等级进一步细化，根据各个村落的户数假设宽带终端数，根据终端数确定采用“全覆盖方式”还是“延伸（兼顾）覆盖方式”。

以上地形地貌特点和村落分类结果为下文宽带网络和传输配套方案提供了基础依据。

三、牧区宽带网络建设方案研究

牧区和边境地区地广人稀，以畜牧业为主，牧民流动性较大，若广电网络覆盖全程采取光纤覆盖的方式成本将很高，同时与牧民流动为主的生产生活方式契合度也不高。

针对上述问题，工程中可以采用有线无线融合技术方案和资源共建共享的方式实施。

3.1 有线网络建设方案

光纤覆盖网采用 EPON 技术标准的 FTTH 覆盖，距离乡镇较近的嘎查村建设主干光缆，就近接入乡镇 OLT，距离较远的嘎查村通过下沉小型 OLT 进行覆盖，通过汇聚层交换设备上联乡镇或旗县传输设备。涉及各旗县区到乡镇、乡镇到村、光纤进村入户三个层面的光缆网络敷设，部署数据通信设备和无源光接入网设备，具备承载有线广播电视、视频会议培训、平安监控、信息系统数据传输等业务，具备全面实现光纤入户和双向宽带接入的能力[2]。

为满足宽带网络覆盖需求，减少对草原环境的破坏，并能够在计划时间内完成网络建设，减少新建杆路、直埋和管道光缆建设。对通达光缆的嘎查村通过加挂电力和三大运营商现有杆路方式，或采用租用光缆纤芯方式建设。

3.2 无线网络建设方案

有线网络无法通达的地区采用无线技术进行覆盖，例如按照表1中归纳的针对50户以下的牧区用户，有线网络无法覆盖时采用无线交互网络技术进行覆盖。

无线覆盖网络通过新建基站、配套采用新建铁塔或共享铁塔建设方式，采用 802.11ac 标准，是一个采用优化的高容量、广覆盖应用方案。其采用 Beamforming（空间自适应波束成型）技术具有良好的非视距覆盖能力，从而使得在任何环境都易于部署客户端设备，实现大范围覆盖。同时，无线宽带网基站还具备了超强的链路增益储备及信号发射接收的多路径智能合并，具备良好的穿透特性和非视距能力。

针对以小功率多点分布式覆盖网络系统建设，頻谱的使用是以划分频道为依托 而实现组网规划，针对以小功率多点分布式系统的频谱规划仍依托传输的蜂窝式网络建设，同时结合系统的特点，整个覆盖网络频率规划在蜂窝式的基础上以多组频道共建站点的原则，即采用一站多频、多频复用原则，在频率规划上通过在区域上分隔，形成以半径为 12km 的蜂窝覆盖圈，并对每个站点使用三至四个扇向进行规划 3～4 组的频道来实现蜂窝区内的不同扇区覆盖，同时对每一个蜂窝使用相同的3～4 组频道，通过以两个蜂窝相隔足够远间隙来实现空间的隔离及信号组网。

据上，牧区无线交互网络拓扑如图1所示。

无线宽带建设必须采用 CPE 终端进行接收，CPE 终端接收后转成有线或无线信号以供更多终端使用（机顶盒、PC、PAD、手机），CPE 用户终端建议将 CPE 安装户外基站视距可见处[3]。

无线宽带基站具有自动扫频、自动距离测算和无线信号校准无线功能，以确保信号覆盖的范围能够达到预计的效果，确保用户 CPE 终端距离放置于离基站天线12km 处达到如下指标：

1. CPE 处场强：接收电平值≥-70dBm（最低接收门限-80dBm）;

2. Ping 包：笔记本连接该 CPE 终端 ping 基站设备（1000 次默认包），ping 包延时均值≤1ms，丢包率≤1%;

3. 10M账户测试速度测试1000KB/s，20M 账户测试速度大于2000KB/s （用 360 测速软件和迅雷综合测试）;

4.必须和网管服务器关联（网管服务器上可见基站设备或网管 IP 可以 ping 通基站 IP。

综上，宽带网络覆盖有线无线混合网络链路图如图2所示。

四、传输配套建设

本章节不对传输骨干网和本地网进行研究，只针对在有线传输网络无法建设牧区山地丘陵地形采用无线网桥传输进行研究。

无线网桥利用无线传输方式实现在两个或多个网络之间搭起通信的桥梁。无线网桥从通信机制上分为电路型网桥和数据型网桥。无线网桥的工作原理，其实就是网桥把空气作为介质来传播信号，简单来说就是一端网桥把网线中的信号转化为无线电磁波信号并定向发射到空气中。另外一端的网桥作用刚好相反，它接收空气中的无线电磁波信号并转化为有线信号。

以无线网桥传输为延伸的方式实现有线无法通达的基站信号传输。无线网桥可以提供超1000Mbps的传输速率，提供30公里的点对点传输。可以非常灵活的提供传输通道。但是无线传输受频谱资源限制，无法像有线传输那样可以通过增加传输手段提高通道利用率，加大传输能力。因此无线网桥作为传输延伸手段，如果多站点进行多级连续跳传，就会存在用户端传输延时过高和上网速率不够的情况，因此建议网桥多级连续跳传不超过3级，前期建设尽量不要超过1级;如果单站对多站点进行网桥传输，由于频率限制，也不能超过3个。

五、结束语

智慧牧区建设要通过网络建设来实现，在网络建设渐趋完善的今天，针对偏远牧区最后几公里的宽帶网络覆盖盲区，解决当地牧民对网络的渴求是十分必要的。

本文概括性说明了牧区地形地貌和人口分布情况，在此基础上对宽带网络建设中采用的无线和有线两种方式进行了研究，提出了无线网桥在有线传输方式无法通达的区域的应用。由于篇幅有限，可能没有进行细节介绍，作者会在未来的工作中继续跟进研究。

参  考  文  献

[1].《内蒙古“智慧广电”建设方案的通知》（内政办发〔2019〕37 号）.

[2].杨军山、赵悦、卢中南《建设智慧广电的总体思路和具体措施》， 广电时评，2020.

[3].张立恒、赵天宇、荣丽华《草原牧区居民点空间离散度与网络构建关联分析——以锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗为例》，内蒙古大学学报（自然科学版），2020.