農(nóng)村WLAN寬帶可行性接入的解決方案介紹

隨著我國社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，原來只有城市居民才能享受的電信寬帶業(yè)務(wù)逐步走向農(nóng)村。農(nóng)村居民對(duì)信息的需求在逐步加大，因此寬帶業(yè)務(wù)在農(nóng)村有廣闊的市場(chǎng)空間。從安徽聯(lián)通在農(nóng)村發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)的情況看，農(nóng)村地區(qū)是有很大發(fā)展?jié)摿Φ?，如何能快速、低成本建設(shè)來提供寬帶接入服務(wù)是值得探討的課題。

從安徽省情況看，聯(lián)通通過多年的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，固網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)仍然相對(duì)薄弱，尤其在農(nóng)村地區(qū)，固網(wǎng)資源基本是空白，即便有客戶接入的需求，但接入成本很高，維護(hù)工作量大。但通過多年的努力，聯(lián)通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基本覆蓋全省，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心、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來解決農(nóng)村地區(qū)的寬帶接入具有重要意義。

利用WLAN解決農(nóng)村地區(qū)寬帶接入的方案

無線局域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Local Area Networks； WLAN）是相當(dāng)便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它利用射頻（Radio Frequency； RF）的技術(shù)，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，使得無線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡(jiǎn)單的存取架構(gòu)讓用戶透過它，達(dá)到「信息隨身化、便利走天下」的理想境界。

WLAN目前主要技術(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)54M，802.11b采用DSSS調(diào)制技術(shù)，最大速率可達(dá)11M，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。

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)，存在易受無線環(huán)境干擾、帶寬不夠穩(wěn)定等缺點(diǎn)。相對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)， WLAN工作頻段高、發(fā)射功率低、移動(dòng)性管理較弱，存在單點(diǎn)覆蓋能力弱、移動(dòng)性能差的缺點(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主要用于滿足熱點(diǎn)區(qū)域的寬帶數(shù)據(jù)接入需求，尤其是校園、交通樞紐、咖啡廳等室內(nèi)熱點(diǎn)場(chǎng)所。

技術(shù)要求

由于無線局域網(wǎng)需要支持高速、突發(fā)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在室內(nèi)使用還需要解決多徑衰落以及各子網(wǎng)間串?dāng)_等問題。具體來說，無線局域網(wǎng)必須實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)要求：

（1）可靠性：無線局域網(wǎng)的系統(tǒng)分組丟失率應(yīng)該低于10-5，誤碼率應(yīng)該低于10-8。

（2）兼容性：對(duì)于室內(nèi)使用的無線局域網(wǎng)，應(yīng)盡可能使其跟現(xiàn)有的有線局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件上相互兼容。

（3）數(shù)據(jù)速率：為了滿足局域網(wǎng)業(yè)務(wù)量的需要，無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)該在1Mbps以上。

（4）通信保密：由于數(shù)據(jù)通過無線介質(zhì)在空中傳播，無線局域網(wǎng)必須在不同層次采取有效的措施以提高通信保密和數(shù)據(jù)安全性能。

（5）移動(dòng)性：支持全移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或半移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

（6）節(jié)能管理：當(dāng)無數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)使站點(diǎn)機(jī)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)有數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)再激活，從而達(dá)到節(jié)省電力消耗的目的。

（7）小型化、低價(jià)格：這是無線局域網(wǎng)得以普及的關(guān)鍵。

（8）電磁環(huán)境：無線局域網(wǎng)應(yīng)考慮電磁對(duì)人體和周邊環(huán)境的影響問題。

硬件設(shè)備

（1）無線網(wǎng)卡。無線網(wǎng)卡的作用和以太網(wǎng)中的網(wǎng)卡的作用基本相同，它作為無線局域網(wǎng)的接口，能夠?qū)崿F(xiàn)無線局域網(wǎng)各客戶機(jī)間的連接與通信。

（2）無線AP。AP是Access Point的簡(jiǎn)稱，無線AP就是無線局域網(wǎng)的接入點(diǎn)、無線網(wǎng)關(guān)，它的作用類似于有線網(wǎng)絡(luò)中的集線器。

（3）無線天線。當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相距較遠(yuǎn)時(shí)，隨著信號(hào)的減弱，傳輸速率會(huì)明顯下降以致無法實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的正常通信，此時(shí)就要借助于無線天線對(duì)所接收或發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)。

理論覆蓋測(cè)算

在室外環(huán)境下，無線局域網(wǎng)小區(qū)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+20logd+20logf。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27dBm，而用戶端網(wǎng)卡發(fā)射功率為50mW（17dBm），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-75dBm為邊緣場(chǎng)強(qiáng)覆蓋要求，天線增益為15dBi，衰落余量為10dB，人體、地物損耗為4dB。則反向鏈路預(yù)算為：L1（dB）=17dBm+15dB-10dB-4dB-（-75dB）=93，L1=92.4+20logd+20logf。計(jì)算得d=448m，即室外環(huán)境的覆蓋視距為400m左右。

如用室外AP對(duì)室內(nèi)進(jìn)行覆蓋，考慮到2.4G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10dB，則可計(jì)算得d=140m，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。

覆蓋測(cè)試

測(cè)試地點(diǎn)：亳州市雙溝鎮(zhèn)（經(jīng)度：115.65944，緯度：33.63583）

測(cè)試設(shè)備：WLAN設(shè)備由一個(gè)室外AP、一副90度定向天線及若干客戶端設(shè)備組成。室外AP通過五類線與二層交換機(jī)相接，端口帶寬10M，通過5200G寬帶認(rèn)證服務(wù)器，采用撥號(hào)上網(wǎng)方式進(jìn)行認(rèn)證接入，測(cè)試賬號(hào)為普通用戶賬號(hào)（不限速10M帶寬）。

天線及AP安裝地點(diǎn)：亳州市雙鉤鎮(zhèn)聯(lián)通某基站鐵塔，天線掛高約40m，下傾角3度。

單用戶測(cè)試結(jié)果如表1所示。

同時(shí)對(duì)多用戶并發(fā)情況也進(jìn)行了模擬測(cè)試，選取一視通范圍內(nèi)的地點(diǎn)進(jìn)行多終端同時(shí)上網(wǎng)測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

表1 單用戶下測(cè)試結(jié)果

表2 多用戶并發(fā)測(cè)試結(jié)果

實(shí)測(cè)結(jié)論：

在不可視范圍，由于WLAN為2.4G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600~800m；

信號(hào)-80dBm以上即可得到較高的下載速率；

在穩(wěn)定的信號(hào)下（-75dBm），3個(gè)用戶均可達(dá)到4M以上帶寬，下載速度穩(wěn)定。

基于以上理論分析及實(shí)測(cè)情況我們可以在兩種情況下使用WLAN網(wǎng)絡(luò)：

在距離基站較近的位置，用戶無線網(wǎng)卡接收到的信號(hào)較好，可以直接使用該無線網(wǎng)絡(luò)接入；

對(duì)接收信號(hào)較弱的用戶，利用無線網(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)度問題，通過網(wǎng)線與室內(nèi)網(wǎng)卡連接，提供客戶接入。

用戶帶寬分析

每用戶速率＝（單AP連接速率×傳輸效率）/（用戶數(shù)量×用戶同時(shí)使用率），802.11g AP最大連接速率為54Mbps，除去協(xié)議開銷，每AP最大數(shù)據(jù)傳輸速率約為22Mbps，但同時(shí)受限于傳輸出口帶寬。目前安徽聯(lián)通為了3G建設(shè)，已初步完成傳輸網(wǎng)的升級(jí)改造，出口帶寬限制的影響基本消除，即不需要額外進(jìn)行宏站傳輸升級(jí)改造，即可提供20M以上的有效傳輸帶寬。

假設(shè)某鄉(xiāng)鎮(zhèn)布置一個(gè)AP，按每個(gè)AP發(fā)展15個(gè)有效用戶計(jì)算計(jì)算，并假設(shè)所有用戶并發(fā)使用，此時(shí)每用戶帶寬可以保證1M的傳輸速率，基本達(dá)到ADSL寬帶接入的速率。

投資效益分析

一臺(tái)室外型大功率AP投資大約3500元左右，增強(qiáng)型用戶端每臺(tái)300元左右，為保證使用效果，以一臺(tái)AP帶15個(gè)有效用戶計(jì)算，所有用戶都配置增強(qiáng)型用戶端，整體投資大約8000元。以每用戶50元月使用費(fèi)計(jì)，一年可產(chǎn)生業(yè)務(wù)收入9000元。

從上述分析看，每線成本大約500元，與目前固定寬帶接入成本差距不大。但傳統(tǒng)固定寬帶接入方式屬“用戶未發(fā)展，端口先到位”，易造成整體端口利用率不高，即前期“沉淀”投資過大；而無線WLAN接入方式覆蓋具備快速建設(shè)的特點(diǎn)，屬于“發(fā)展用戶即建設(shè)”，其利用率相對(duì)更高。

部署策略

采用WLAN解決鄉(xiāng)鎮(zhèn)寬帶覆蓋的優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)部署迅速；

客戶接入方便：基本上不需要在客戶側(cè)布放線纜，最多安裝一個(gè)客戶端接收設(shè)備；

維護(hù)工作量?。嚎蛻魝?cè)由于基本沒有“戶線”，只要做好AP的日常維護(hù)和通道的維護(hù)，即可保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定。

經(jīng)過上述試點(diǎn)及分析，利用WLAN解決固定寬帶用戶接入方案應(yīng)實(shí)事求是地定位如下：

從用戶使用效果來看，無線方案無法完全替代有線方案；

在城區(qū)，可局部使用，但不宜作為主要接入手段；

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域，利用中國聯(lián)通自有鐵塔等資源，可作為短期啟動(dòng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)寬帶發(fā)展的有效手段；

可作為業(yè)務(wù)發(fā)展期的過渡性方案，即利用無線方案先發(fā)展一批有效用戶，后期再為區(qū)域相對(duì)集中的用戶改為有線接入方式。