2.4GHz和5.8GHz无线技术在锡林郭勒盟牧区的实际覆盖应用

祝鼎圣 崔永华

1.2.内蒙古广播电视网络集团有限公司锡林郭勒分公司 内蒙古 锡林浩特市 026000

1 技术背景

1.1 无线局域网（WIFI）

WIFI 是Wireless Fidelity 的简称。通常，WIFI指的是任何类型的IEEE 802.11 无线局域网（WLAN），它利用射频（RF）技术进行数据的传输，实现无网线、无距离限制的网络传输。WLAN 主要使用ISM（Industrial、Scientific、Medical）的2.4GHz 和5GHz 无线电频段进行通信。

1.2 IEEE802.11技术标准

IEEE 802.11 是现今无线局域网通用的标准，它是由国际电机电子工程学会（IEEE）所定义的无线网络通信的标准。该标准中定义了媒体访问控制层（MAC 层）和物理层（PHY）。PHY 层定义了工作在2.4GHz 的ISM 频段上的直接序列扩频（DSSS），频率跳频扩频（FHSS）或红外（IR）传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。

通过IEEE 802.11 标准，使两个设备可以自行构建临时网络，也可以在基站（Base Station,BS）或者接入点（Access Point，AP）的协调下通信。为了在不同的通讯环境下获取良好的通讯质量，通常采用CSMA/CA （Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）硬件沟通方式。

1.3 IEEE 802.11现状

为更好适应无线通讯业的发展，目前IEEE 802.11 协议已经发展成为了具有多个标准的协议簇，在本文中主要涉及到的通讯标准有以下几种。

1.3.1 IEEE 802.11b

IEEE 802.11b 载波的频率为2.4GHz，可提供1、2、5.5及11Mbit/s的多重传送速度。在2.4GHz的ISM频段共有11个频宽为22MHz的频道可供使用。

1.3.2 IEEE 802.11g

IEEE 802.11g 在 2003年 7 月被通过。其载波的频率为2.4GHz（跟IEEE 802.11b 相同），共14个频段，理论传送速度为54Mbit/s，IEEE 802.11g的设备与IEEE 802.11b 向下兼容。

1.3.3 IEEE 802.11n

IEEE 802.11n 是由 IEEE 在 2004年 1 月组成的一个新工作组802.11-2007 的基础上发展出来的标准，于2009年9 月正式批准。该标准增加了对MIMO 的支持，允许40MHz 的无线频宽，最大传输速度理论值为600Mbit/s。

1.3.4 IEEE 802.11ac

IEEE 802.11ac 是一个正在发展中的IEEE 802.11 无线通信标准，它采用并扩展了源自IEEE 802.11n 的概念，具有更宽的RF 带宽，更多的MIMO 空间流，MU-MIMO，以及高密度的解调变（最高可达到256QAM）。在不同频率及频宽上可达最低433Mbps 到最高6GHz 的无线通讯速率。

1.4 无线接入点（Wireless Access Point）

Wireless Access Point 缩写 WAP 是计算机网络中一种连接无线网络至以太网的设备，又称为无线基站。使用无线网络可以大幅减缆线铺设，无线收发设备通常支持使用无线电波接受发送数据的标准，这些标准和它们使用的频率是由IEEE 定义的。大部分无线收发设备使用IEEE 802.11 标准。

1.5 用户驻地设备（Customer Premise Equipment）

Customer-premises equipment缩写CPE是指位于用户端的与运营商对接服务的网络终端设备，是由ISP 安装的WAN 设备。

2 技术选型

锡林郭勒盟境内北部旗县和东部旗县均以牧区为主；牧区常住户分布较为分散，通过有线接入方式为牧区用户提供服务的实施成本过高，采用无线接入的方式可以很好的控制接入成本，在以往的无线覆盖中使用单频点常出现低频信号干扰严重，高频信号折射衰减严重，在总结和归纳经验后，本次使用2.4GHz 和5GHz 相结合的双频覆盖，根据用户实际的现场环境为其选用相应的CPE 接收设施，从而解决干扰和衰减的问题，实现远距离的网络接入。

在服务提供上，因用户侧只有网络接入，传统的广播方式为用户提供数字电视服务已不再适用，基于内蒙古广播电视网络的基础架构，通过定制机顶盒终端改为IPVOD 的方式去承载有线电视业务，从而实现为用户提供交互式的电视服务及互联网宽带接入服务和互联网接入服务，如图1所示。

图1 网络接入图

3 组网方案

通过电信普遍服务项目工程的光缆联网后，已将锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗乌兰图雅苏木OLT的PON 信号送入乌兰敖都嘎查村委会办公室。网络结构如图2所示。

乌兰敖都嘎查属地常驻72 户，为保证居民均可完整体验到各项业务；每户要求最低接入带宽不低于12Mbps，故应提供不低于12Mbps*72*80%≈691.2Mbps 的带宽的物理上联通道。目前内蒙古广电在接入网侧主要通过EPON 进行传输，EPON 协议理论可达1.25Gbps 的，因此利用现有的网络结构采用OLT+ONU 的组网方式完全具备前期快速开展业务的条件。

图2 网络结构图

在无线接入侧选用支持IEEE 802.11g/n/ac协议簇标准的双频基站实现乌兰敖都嘎查的全覆盖，其中 2.4GHz 在 40M 频宽时若通过 IEEE 802.11n 协商最高可提供300M 的空间流，5.8GHz 在80M 频宽时可提供最高867Mbps 空间流，单基站双频并发工作时可提供最高1167Mbs 的无线速率，因数据通常为双向传输，在不考虑空间损耗和设备性能的前提下单基站理论可带用户数量约1167÷2÷12≈48.6 户，但在实际安装调试时，考虑到安装环境、匹配协议、设备承载能力、空间损耗等前置条件，每个基站所带机应控制在15 户到20 户左右，故此，至多需要72/15≈5 个基站可满足嘎查内全用户的无线接入。同时为保证用户体验，控制空间损耗，用户侧距基站应控制在3到5公里以内。

结合实地勘测后，乌兰敖都嘎查在地里位置上分南北两个用户居住区，其中南侧距已通达光缆的村委会还有4 公里左右的直线距离，因此在进行规划时通过点对点网桥的方式打到远端站后，再转接到无线基站上进行无线覆盖，组网结构如图3所示，明细如表1所示。

图3 组网结构图

表1 主要用料明细表

4 安装工艺

在实地勘测后，考虑到取电、光缆路由等情况，确定主基站位置在嘎查办公室附近，使用GPS 工具以测量嘎查办公室为中心的较远或地理位置不佳的用户区域侧海拔，最后确定基站侧架高应不低于12 米才能保证用户侧CPE 可以“看”到基站，覆盖示意如图4所示。

图4 覆盖示意图

同时为避免互相干扰，各基站间馈线应避免搭挂，各发射天线间应保持一定的水平间距，在实际安装时工作人员在杆头安装了4 根互相垂直的抱箍，每根前伸约80cm，从而避免馈线间的搭挂并为天线间留出水平间距，如图5所示。

图5 抱箍示意图

在嘎查办公室附近取电、取信号，近端站安装三台双频基站覆盖本区域用户，远端站通过Ubnt 千兆点对点网桥至4 公里外经交换机安装另外两台覆盖天线覆盖远端区域，如图6所示。

图6 乌兰敖都信源站

乌兰敖都嘎查远端站通过网桥打过去后再进行无线覆盖周边牧户，如图7所示。

图7 乌兰敖都远端站

基站侧安装完毕后，用户侧在合适位置固定CPE 接收设施，视野清晰可见的上5.8GHz 接收设备，有轻微遮挡的上2.4GHz的接收设备，遮挡严重的通过升高用户侧的杆子，确保互相可以看见后再选择合适的CPE接收设施，如图8、图9所示。

图8 CPE 安装固定

图9 调整CPE 高度

结 论

2.4GHz 频段和5GHz 频段下CPE 调试完毕后现场的测速结果如图10、图11所示。

图11 5GHz测速图

通过无线覆盖的方式，完全可以满足12Mbps以上的接入带宽，对偏远地区尤其是牧区用户使用无线的方式进行覆盖，在减少成本的同时，又切实解决了“最后一公里”的接入问题，丰富了牧民的文娱生活，切实解决嘎查居民对基本公共服务的使用需求。