2.4GHz和5.8GHz無線技術(shù)在錫林郭勒盟牧區(qū)的實際覆蓋應用

祝鼎圣 崔永華

1.2.內(nèi)蒙古廣播電視網(wǎng)絡集團有限公司錫林郭勒分公司 內(nèi)蒙古 錫林浩特市 026000

1 技術(shù)背景

1.1 無線局域網(wǎng)（WIFI）

WIFI 是Wireless Fidelity 的簡稱。通常，WIFI指的是任何類型的IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)（WLAN），它利用射頻（RF）技術(shù)進行數(shù)據(jù)的傳輸，實現(xiàn)無網(wǎng)線、無距離限制的網(wǎng)絡傳輸。WLAN 主要使用ISM（Industrial、Scientific、Medical）的2.4GHz 和5GHz 無線電頻段進行通信。

1.2 IEEE802.11技術(shù)標準

IEEE 802.11 是現(xiàn)今無線局域網(wǎng)通用的標準，它是由國際電機電子工程學會（IEEE）所定義的無線網(wǎng)絡通信的標準。該標準中定義了媒體訪問控制層（MAC 層）和物理層（PHY）。PHY 層定義了工作在2.4GHz 的ISM 頻段上的直接序列擴頻（DSSS），頻率跳頻擴頻（FHSS）或紅外（IR）傳輸?shù)姆绞?，總?shù)據(jù)傳輸速率設(shè)計為2Mbit/s。

通過IEEE 802.11 標準，使兩個設(shè)備可以自行構(gòu)建臨時網(wǎng)絡，也可以在基站（Base Station,BS）或者接入點（Access Point，AP）的協(xié)調(diào)下通信。為了在不同的通訊環(huán)境下獲取良好的通訊質(zhì)量，通常采用CSMA/CA （Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）硬件溝通方式。

1.3 IEEE 802.11現(xiàn)狀

為更好適應無線通訊業(yè)的發(fā)展，目前IEEE 802.11 協(xié)議已經(jīng)發(fā)展成為了具有多個標準的協(xié)議簇，在本文中主要涉及到的通訊標準有以下幾種。

1.3.1 IEEE 802.11b

IEEE 802.11b 載波的頻率為2.4GHz，可提供1、2、5.5及11Mbit/s的多重傳送速度。在2.4GHz的ISM頻段共有11個頻寬為22MHz的頻道可供使用。

1.3.2 IEEE 802.11g

IEEE 802.11g 在 2003年 7 月被通過。其載波的頻率為2.4GHz（跟IEEE 802.11b 相同），共14個頻段，理論傳送速度為54Mbit/s，IEEE 802.11g的設(shè)備與IEEE 802.11b 向下兼容。

1.3.3 IEEE 802.11n

IEEE 802.11n 是由 IEEE 在 2004年 1 月組成的一個新工作組802.11-2007 的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的標準，于2009年9 月正式批準。該標準增加了對MIMO 的支持，允許40MHz 的無線頻寬，最大傳輸速度理論值為600Mbit/s。

1.3.4 IEEE 802.11ac

IEEE 802.11ac 是一個正在發(fā)展中的IEEE 802.11 無線通信標準，它采用并擴展了源自IEEE 802.11n 的概念，具有更寬的RF 帶寬，更多的MIMO 空間流，MU-MIMO，以及高密度的解調(diào)變（最高可達到256QAM）。在不同頻率及頻寬上可達最低433Mbps 到最高6GHz 的無線通訊速率。

1.4 無線接入點（Wireless Access Point）

Wireless Access Point 縮寫 WAP 是計算機網(wǎng)絡中一種連接無線網(wǎng)絡至以太網(wǎng)的設(shè)備，又稱為無線基站。使用無線網(wǎng)絡可以大幅減纜線鋪設(shè)，無線收發(fā)設(shè)備通常支持使用無線電波接受發(fā)送數(shù)據(jù)的標準，這些標準和它們使用的頻率是由IEEE 定義的。大部分無線收發(fā)設(shè)備使用IEEE 802.11 標準。

1.5 用戶駐地設(shè)備（Customer Premise Equipment）

Customer-premises equipment縮寫CPE是指位于用戶端的與運營商對接服務的網(wǎng)絡終端設(shè)備，是由ISP 安裝的WAN 設(shè)備。

2 技術(shù)選型

錫林郭勒盟境內(nèi)北部旗縣和東部旗縣均以牧區(qū)為主；牧區(qū)常住戶分布較為分散，通過有線接入方式為牧區(qū)用戶提供服務的實施成本過高，采用無線接入的方式可以很好的控制接入成本，在以往的無線覆蓋中使用單頻點常出現(xiàn)低頻信號干擾嚴重，高頻信號折射衰減嚴重，在總結(jié)和歸納經(jīng)驗后，本次使用2.4GHz 和5GHz 相結(jié)合的雙頻覆蓋，根據(jù)用戶實際的現(xiàn)場環(huán)境為其選用相應的CPE 接收設(shè)施，從而解決干擾和衰減的問題，實現(xiàn)遠距離的網(wǎng)絡接入。

在服務提供上，因用戶側(cè)只有網(wǎng)絡接入，傳統(tǒng)的廣播方式為用戶提供數(shù)字電視服務已不再適用，基于內(nèi)蒙古廣播電視網(wǎng)絡的基礎(chǔ)架構(gòu)，通過定制機頂盒終端改為IPVOD 的方式去承載有線電視業(yè)務，從而實現(xiàn)為用戶提供交互式的電視服務及互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入服務和互聯(lián)網(wǎng)接入服務，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡接入圖

3 組網(wǎng)方案

通過電信普遍服務項目工程的光纜聯(lián)網(wǎng)后，已將錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗烏蘭圖雅蘇木OLT的PON 信號送入烏蘭敖都嘎查村委會辦公室。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。

烏蘭敖都嘎查屬地常駐72 戶，為保證居民均可完整體驗到各項業(yè)務；每戶要求最低接入帶寬不低于12Mbps，故應提供不低于12Mbps*72*80%≈691.2Mbps 的帶寬的物理上聯(lián)通道。目前內(nèi)蒙古廣電在接入網(wǎng)側(cè)主要通過EPON 進行傳輸，EPON 協(xié)議理論可達1.25Gbps 的，因此利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用OLT+ONU 的組網(wǎng)方式完全具備前期快速開展業(yè)務的條件。

圖2 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

在無線接入側(cè)選用支持IEEE 802.11g/n/ac協(xié)議簇標準的雙頻基站實現(xiàn)烏蘭敖都嘎查的全覆蓋，其中 2.4GHz 在 40M 頻寬時若通過 IEEE 802.11n 協(xié)商最高可提供300M 的空間流，5.8GHz 在80M 頻寬時可提供最高867Mbps 空間流，單基站雙頻并發(fā)工作時可提供最高1167Mbs 的無線速率，因數(shù)據(jù)通常為雙向傳輸，在不考慮空間損耗和設(shè)備性能的前提下單基站理論可帶用戶數(shù)量約1167÷2÷12≈48.6 戶，但在實際安裝調(diào)試時，考慮到安裝環(huán)境、匹配協(xié)議、設(shè)備承載能力、空間損耗等前置條件，每個基站所帶機應控制在15 戶到20 戶左右，故此，至多需要72/15≈5 個基站可滿足嘎查內(nèi)全用戶的無線接入。同時為保證用戶體驗，控制空間損耗，用戶側(cè)距基站應控制在3到5公里以內(nèi)。

結(jié)合實地勘測后，烏蘭敖都嘎查在地里位置上分南北兩個用戶居住區(qū)，其中南側(cè)距已通達光纜的村委會還有4 公里左右的直線距離，因此在進行規(guī)劃時通過點對點網(wǎng)橋的方式打到遠端站后，再轉(zhuǎn)接到無線基站上進行無線覆蓋，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，明細如表1所示。

圖3 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

表1 主要用料明細表

4 安裝工藝

在實地勘測后，考慮到取電、光纜路由等情況，確定主基站位置在嘎查辦公室附近，使用GPS 工具以測量嘎查辦公室為中心的較遠或地理位置不佳的用戶區(qū)域側(cè)海拔，最后確定基站側(cè)架高應不低于12 米才能保證用戶側(cè)CPE 可以“看”到基站，覆蓋示意如圖4所示。

圖4 覆蓋示意圖

同時為避免互相干擾，各基站間饋線應避免搭掛，各發(fā)射天線間應保持一定的水平間距，在實際安裝時工作人員在桿頭安裝了4 根互相垂直的抱箍，每根前伸約80cm，從而避免饋線間的搭掛并為天線間留出水平間距，如圖5所示。

圖5 抱箍示意圖

在嘎查辦公室附近取電、取信號，近端站安裝三臺雙頻基站覆蓋本區(qū)域用戶，遠端站通過Ubnt 千兆點對點網(wǎng)橋至4 公里外經(jīng)交換機安裝另外兩臺覆蓋天線覆蓋遠端區(qū)域，如圖6所示。

圖6 烏蘭敖都信源站

烏蘭敖都嘎查遠端站通過網(wǎng)橋打過去后再進行無線覆蓋周邊牧戶，如圖7所示。

圖7 烏蘭敖都遠端站

基站側(cè)安裝完畢后，用戶側(cè)在合適位置固定CPE 接收設(shè)施，視野清晰可見的上5.8GHz 接收設(shè)備，有輕微遮擋的上2.4GHz的接收設(shè)備，遮擋嚴重的通過升高用戶側(cè)的桿子，確保互相可以看見后再選擇合適的CPE接收設(shè)施，如圖8、圖9所示。

圖8 CPE 安裝固定

圖9 調(diào)整CPE 高度

結(jié) 論

2.4GHz 頻段和5GHz 頻段下CPE 調(diào)試完畢后現(xiàn)場的測速結(jié)果如圖10、圖11所示。

圖11 5GHz測速圖

通過無線覆蓋的方式，完全可以滿足12Mbps以上的接入帶寬，對偏遠地區(qū)尤其是牧區(qū)用戶使用無線的方式進行覆蓋，在減少成本的同時，又切實解決了“最后一公里”的接入問題，豐富了牧民的文娛生活，切實解決嘎查居民對基本公共服務的使用需求。