农村无线宽带技术比较与选择

王乐

（华信咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

1 引言

我国拥有为数众多的乡镇与农村、一半以上的农业人口，但农村的通信基础设施却一直较为薄弱。随着信息产业的发展，农村地区的通信需求呈现出爆发性的增长，多地农村区域的数据业务量在增速上已经超过城市。国家和政府对于农村信息化的重视程度也与日俱增，“宽带中国”战略中明确要求：到2015年行政村通宽带比例达到95%、农村宽带速率达到4Mbps。

由于农村地域广阔、用户分散，有线宽带接入成本高，而农村通信用户的消费能力相对偏弱，更需要低成本的解决手段。随着各种无线宽带技术的发展，农村区域通过无线技术进行宽带接入逐渐成为理想选择。农村无线宽带建设建议以能够提供4Mbps固定带宽并可转成有线宽带接入为目标，WLAN室外覆盖、时分网桥型无线宽带、GSM-Hi等无线宽带技术都可满足。但在它们之间运营商应该如何选择？本文将通过多方位的对比分析，展示其各自特点、适用场景以及建设方式方面的建议。

2 技术特点比较

WLAN室外覆盖：WLAN利用802.11x协议构建无线局域网络，是较为成熟和应用广泛的技术；以家庭或中小企业自行搭建、室内小范围区域覆盖为主；但运营商也可构建WLAN室外覆盖网络，即通过室外无线接入点（AP）连接定向天线实行广覆盖，让终端用户直接接入。

时分网桥型无线宽带：又称为“乡镇通”产品，其采用TDD技术将所有连接到无线接入设备的终端划分到不同的时隙中进行数据通讯，即在WLAN中引入时分技术，解决了各用户间的公平带宽分配问题，并且提高了多用户情况下的网络实时性；近年来一些设备厂家推出成熟产品，已在一些省市的农村进行了应用。

GSM-Hi：又称为GSM Refarming，它是对现有GSM900/1800MHz的频率资源按不同制式进行重组，在GSM频段上引入OFDM技术，以提升频谱效率、增强数据业务承载能力；作为4G技术，GSM-Hi在2G频段的应用正处于试验推广阶段。

农村无线宽带技术特点对比如表1所示：

表1 农村无线宽带技术特点对比

目前，WLAN与时分网桥都利用2.4GHz频段进行覆盖，频率相比GSM-Hi要高，因此覆盖能力弱。设定边缘速率为2Mbps，采用CPE且视距传输情况下，WLAN与时分网桥的最大覆盖距离分别约为1公里和2 公里；而GSM-Hi 的覆盖能力与GSM 基站相当，900MHz与1 800MHz频段最大分别在6公里和5公里范围仍可接入。选取不同距离进行定点测试的结果也表明，深度覆盖能力从优到劣的顺序为：GSM-Hi 900MHz、GSM-Hi 1800MHz、时分网桥、WLAN室外覆盖。

2.4GHz频段只有3个互不干扰的信道，每个信道带宽为20MHz；支持802.11n的设备，WLAN双流情况下的理论峰值速率为150Mbps，时分网桥系统的净带宽也可达百兆。而GSM-Hi可采用2*5MHz或2*1 0 MHz 带宽（根据频率分配现状，运营商在900MHz和1 800MHz频段最多也各只有一个2*10MHz的连续频段可供GSM-Hi运营），2*10MHz频率双流方式下GSM-Hi 的上下行峰值速率为23Mbps 和74Mbps，2*5MHz频率或单流方式时峰值速率减半。因此，GSM-Hi 在峰值速率方面相比前两者略有劣势。

WLAN系统单AP支持并发用户数20至30个；时分网桥系统单扇区支持100个左右；而GSM-Hi不存在并发用户数，但根据业务不同，同时可调度用户数存在限制。3种技术都允许并发用户之间共享带宽，GSMHi与时分网桥系统因为能够容纳更多的用户，具有更好的网络实时性，而WLAN系统有10个以上用户接入时，发生资源分配冲突的概率较大。

另外，由于2.4GHz是公共频段，使用此频段的设备众多，包括工业、科学、医疗甚至家用的各种无线设备，因此WLAN与时分网桥系统运营易被干扰，存在影响用户接入或降速的风险。而900MHz和1 800MHz是受保护的频段，各运营商都分配有专用频率带宽，所以可靠性和安全性高，但GSM-Hi须与GSM基站采取频率隔离（详见下文）。

综上所述，在性能方面，GSM-Hi（尤其在900MHz频段）具有覆盖能力优势，时分网桥型无线宽带具有一定的速率容量优势，而WLAN则无明显性能优势。

3 建设方式比较

3种农村无线宽带技术在无线侧，实现方式上大同小异：虽采用不同的信号发生设备，但都通过定向天线进行针对性的覆盖且保证覆盖距离；用户侧加装CPE设备将无线信号转成WLAN/LAN作为主要接收方式，GSM-Hi则还可采用数据卡和MiFi设备。

在整体网络建设方式上，WLAN为独立网络系统，需独立的无线控制器（AC）与网管系统，在接入侧要布置相应的交换机、室外AP及相应天线；共址现网基站且现网资源满足条件时，可依托现网共用机房、铁塔、电源、管道光缆、传输接入设备等配套资源（采用802.11n的WLAN需PTN或PON传输）。

时分网桥型无线宽带的建设方式与WLAN类似：独立网管、独立无线接入系统、共用现网配套资源，但其无线接入设备上联现网BRAS。

时分网桥型无线宽带网络结构图如图1所示：

图1 时分网桥型无线宽带网络结构图

GSM-Hi 可最大程度地依托现网资源建设，其与4G共用EPC核心网，与GSM共用网管系统、PTN网络与基站（包括支持GSM-Hi的基站主设备与天馈线），需新增的内容少。在共GSM站址（须为PTN传输）情况下，建设SISO方式的GSM-Hi只需在BBU设备中增加相应的基带板与主控板、CPRI口光纤，而增加MIMO方式的GSM-Hi则还需每扇区增加1个射频模块（RRU）。因此，GSM-Hi的工程改造量最小。

GSM-Hi网络结构图如图2所示：

图2 GSM-Hi网络结构图

农村无线宽带建设方式对比如表2所示：

表2 农村无线宽带建设方式对比

共址建设农村无线宽带的改造工作量对比如表3所示：

表3 共址建设农村无线宽带的改造工作量对比

由于900MHz在覆盖能力上存在优势，且农村地区G SM900MHz现网存在大量可利用的站点资源，因此GSM-Hi主要利用900MHz频段进行农村无线宽带建设。由于农村GSM网络载频配置低于城市，空余频段可供GSM-Hi使用：如果农村基站平均载频配置小于S6/6/6，则GSM-Hi可采用5MHz带宽；如果小于S4/4/4，则GSM-Hi可采用10MHz带宽。但GSM-Hi覆盖区域要求与现有GSM900MHz基站间设置2至3层小区进行隔离，以避免干扰，这也是GSM-Hi相比于其它两者来说额外的网络改造要求。

GSM-Hi频率隔离示意图如图3所示：

图3 GSM-Hi频率隔离示意图

4 成本造价比较

假设无线宽带建设规模不大，核心侧无需扩容，仅比较无线接入侧的成本造价；并假设用户自行采购CPE，无需运营商投资。

比较场景：5公里范围内同时3个离散分布村庄接入；GSM-Hi单站即可覆盖，而WLAN室外覆盖与时分网桥型无线宽带需临近每个村庄单独建设。

如果每个村庄附近都有现网基站可供无线宽带共址建设，且铁塔、电源、管道、接入光缆、传输设备等配套无需改造，则总建设成本较小，且WLAN室外覆盖的造价最有优势。

农村无线宽带建设成本对比（共址PTN基站）如表4所示。

如果共址站点传输类型非PTN或PTN需改造情况下，传输设备的成本将导致无线宽带总建设成本提高一倍左右。此种情况下，由于GSM-Hi所需站址少，因此综合造价最低。

农村无线宽带建设成本对比（共址非PTN基站）如表5所示。

表4 农村无线宽带建设成本对比（共址PTN基站）

表5 农村无线宽带建设成本对比（共址非PTN基站）

现实情况并非每个村附近都有基站可供无线宽带共址，如果无线宽带需要新建全部配套，造价还将翻倍。综合而言，无论何种无线宽带，都建议挑选传输、电源、铁塔等方面都无需改造的现网站点进行共址建设，其中覆盖能力更强的GSM-Hi因为所需站点数少而在建设成本方面更为经济。

5 结束语

总结3种无线宽带的特点如下：

（1）WLAN室外覆盖：覆盖能力最弱，支持的并发用户数也最少，因此只适合覆盖一个聚居的中小型村庄；但速率较高，且终端普遍，没有CPE也可接收（在更小范围内）；可共址现网基站且传输无需改造情况下建设成本最低；频率易受干扰，信号存在风险。

（2）时分网桥型无线宽带：覆盖能力一般，大型行政村或一般乡镇都可覆盖，但需无山体或大型建筑阻挡；速率及支持的用户数都较为理想，但2.4GHz频率易受干扰的问题同样存在；需自建网管系统；此外，其无线接入侧造价也是3种方式中最高昂的。

（3）GSM-Hi：覆盖能力最强，覆盖能力与同频段GSM网络相同，不仅节省了站点和投资，同时也保证了深度覆盖效果；专用频段、不易受干扰，电信级设备、可靠性高；可共用现网的核心网、网管系统以及传输、电源甚至天线等配套资源，工程改造量小；支持的用户数多，但速率方面略有不足；900MHz频率资源有限，采用GSM-Hi的区域需有空余频率且与GSM900MHz现网之间要做频率隔离。

适用场景总结如下：

（1）WLAN室外覆盖适合小范围、非连续的零星农村业务热点采用，并且用户对宽带网络的QoS质量要求不高。

（2）时分网桥型无线宽带适合一般乡镇、大型行政村等中等场景采用，单位场景内需地形平坦、无阻隔，且要求运营商有相对充裕的建设资金。

（3）GSM-Hi可作为广域室外环境一般业务强度的无线宽带接入首选，大到小型县城、小至偏远零散农村居民点或偏远自然景点等都可采用，特别是运营商要求快速布局前提下，但只能选择900MHz频率资源有富余的区域。

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