農村無線寬帶覆蓋方式

盛立峰

（中國移動通信集團浙江有限公司，杭州 310016）

根據國家“寬帶中國”的戰略目標，2015年基本實現農村寬帶進鄉入村，而對于一些偏遠鄉鎮及農村，基礎資源較為匱乏，采用傳統有線方式新建寬帶的難度較高，因此需引入農村無線寬帶，結合現有基礎設施快速形成農村寬帶接入能力。

1 農村無線寬帶鏈路預算分析

根據農村無線寬帶不同接入方式所采用的頻段，選擇合適的室外電波傳播模型，計算GSM-Hi與WLAN模式下的理論覆蓋距離。

1.1 GSM-Hi模式

GSM-Hi模式復用2G頻段，即可在1800 MHz頻段或900 MHz頻段使用。根據Okumura-HATA和COST231-HATA模型分別對GSM-Hi的兩個頻段進行計算：

Okumura-HATA模 型：PL（dB)=69.55+26.16× lgF-13.82×lgH-a（h)+（44.9-6.55×lgH)×lgD-C

適用頻率范圍為150～1 500 MHz。

COST231-HATA模 型：PL（dB)=46.3+33.9× lgF-13.82×lgH-a（h)+（44.9-6.55×lgH)×lgD+C

適用頻率范圍為1 500～2 000 MHz。

其中，PL為路徑損耗（dB），F為工作頻率（MHz），H為移動基站有效高度（m），h為移動臺天線有效高度（m），D為基站與移動臺天線之間的水平距離（km），C為環境因子，一般準平坦地形取值為10 dB，丘陵地形取值5 dB。在農村場景下a（h) =（1.1×lg（f)-0.7）×h-（1.56×lg（f)-0.8)。

取表1中鏈路預算參數，考慮接收端為CPE，接收電平可比農村TD-LTE系統要求的-105 dB低，若設為-110 dB時，1800 MHz頻段和900 MHz頻段GSM-Hi模式的覆蓋距離在平原地形可分別達到7.5 km和4.3 km，在山區地形覆蓋距離分別可達5.5 km和3 km。

1.2 WLAN模式

WLAN模式一般采用2.4 GHz進行覆蓋，5.8 GHz

表1 農村無線寬帶鏈路預算參數

進行回傳，室外近似視距衰減覆蓋模型可采用如下公式計算：

PL（dB)=42.6+26×lgD+20×lgF

其中，PL為路徑損耗（dB），D為基站與移動臺天線之間的水平距離（km），F為工作頻率（MHz）。

根據表1中鏈路預算參數，在接收電平為-75 dB時，WLAN模式覆蓋范圍約為900 m。

2 農村無線寬帶的覆蓋效果驗證

我們選擇了Z省Q市和H市，對WLAN接入和GSM-Hi接入兩種農村無線寬帶模式的網絡性能進行了對比驗證。其中Q市為山區地形，采用的是上海貝爾的2G設備，H市為平原地形，采用的是華為的2G設備。

2.1 山區地形的GSM-Hi模式覆蓋效果

2.1.1 單站性能驗證

Q市農村站點巨化張家位于市區10 km外的張家村最北面，向南覆蓋整個張家村和寺前村，兩個村落位于山腳下呈狹長帶狀分布，覆蓋戶數為600戶。該站為45 m角鋼塔，與周圍鄰站相距約1.5 km，GSM-Hi模式采用1800 MHz頻段，在樓頂進行無阻擋定點測試時，結果表明基站有效覆蓋距離超過2.5 km，此時下載速率為18 Mbit/s。

DT測試由于樓房遮擋，覆蓋距離大于600 m以后RSRP即到-100 dBm以下，覆蓋距離大于1 200 m以后SINR值低于0 dB，下載速率小于15 Mbit/s。DT測試平均RSRP為-97.57 dBm，平均SINR為16.12 dB，下載速率平均為40.42 Mbit/s，最大可達143.7 Mbit/s。

根據上述單站測試結果顯示，山區地形的GSM-Hi覆蓋距離可達1.2 km，若考慮CPE終端放置在較空曠區域如樓頂等，覆蓋距離可達2.5 km。

2.1.2 連片區域性能驗證

我們在Q市6個區縣開通了70個GSM-Hi站點進行評估，頻段均采用1800 MHz，從各站點測試數據來看，各小區下載速率均在60～100 Mbit/s之間，所有站點平均覆蓋RSRP為-74.63 dBm，平均SINR為27.6 dB，平均上下行速率分別為84.54 Mbit/s和38.92 Mbit/s。

2.2 平原地形的GSM-Hi模式覆蓋效果

2.2.1 單站性能驗證

GSM-Hi試點站黃湖基站位于H市西北郊距離市區42 km外的黃湖鎮，鄰近S201省道，該站天線掛高45 m，與鄰站間距約1.4 km，覆蓋車站村、上街村等10個自然村落，覆蓋用戶約475戶。我們針對1800 MHz頻段的15 MHz帶寬和900 MHz頻段的5 MHz帶寬分別進行了定點測試，測試結果表明900 MHz頻段GSM-Hi基站有效覆蓋距離達到7 km以上，1800 MHz頻段GSM-Hi基站有效覆蓋距離達到4 km。選取近點（SINR≈20 dB）、中點（SINR≈10 dB）和遠點（SINR<5 dB）分別進行3 min定點測試，經過5次測試得到的平均值如圖2所示。

圖1 GSM-Hi山區地形無阻擋定點測試結果

圖2 GSM-Hi平原地形定點測試結果

2.2.2 連片區域性能驗證

將距離黃湖基站約1.4 km的青銅里基站和清波村基站同樣升級為GSM-Hi基站，形成三角形的連片區域，針對區域內的村莊進行拉網測試，時速30 km/h，測試結果顯示，1800 MHz頻段GSM-Hi基站下載速率達到40 Mbit/s，上傳速率達到17 Mbit/s；900 MHz頻段GSM-Hi基站下載速率達到16 Mbit/s，上傳速率達到5.6 Mbit/s。覆蓋RSRP結果如圖3所示。

2.3 WLAN模式覆蓋效果驗證

農村無線寬帶試點項目在Q市采用室外WLAN方式對6個自然村進行無線寬帶覆蓋，覆蓋戶數共計600戶。選擇潘家壟村進行定點測試，在距服務基站300 m、500 m和800 m的位置各放置一個CPE終端，在無阻擋環境下，信號電平、數據時延、下載速率測試結果如表2所示。

經過測試，在無阻擋的情況下，終端側安裝CPE后在800 m圍內用戶感知較好，建議最遠不超過1 000 m單AP下發展用戶不超過20戶。

3 農村無線寬帶試點評估

3.1 技術評估

針對WALN模式，試點優先采用省內現網中已驗證性能較優的廠家AP設備，技術成熟，試點中未出現異常現象，但是農村室外CPE故障率較高。

針對GSM-Hi模式，試點采用了華為和上海貝爾的設備，涵蓋2G設備升級和新建兩種建設方式，通過本次試點，對兩家主流設備商的GSM-Hi支持能力進行了評估。就硬件支持情況而言，貝爾支持GSMHi直接升級的設備類型少，若全省推廣，則現網新建占比較大，建設工期長，投資較高；華為設備支持升級較多，現網建設可以升級為主，利于快速推廣。就支持頻段而言，貝爾設備當前僅支持1800 MHz頻段的GSMHi模式，不利于農村廣覆蓋；華為設備支持1800 MHz和900 MHz頻段，可根據不同覆蓋需求進行選擇。就網管能力而言，貝爾需獨立新增網管，華為可實現2G/3G/4G共網管，實現資源效益最大化。考慮CPE終端，由于支持900 MHz的CPE設備較少，接收終端或將成為GSM-Hi模式推廣的瓶頸。

3.2 業務評估

截止到2015年1月，Z省GSM-Hi模式試點建設在3個地市開展，建設量達180站，覆蓋行政村197個，覆蓋用戶數34 516人。但是該模式僅在Q市進行了業務推廣，另兩個地市只進行了友好用戶試用。Q市接入用戶數約為90個，但熱點用戶數約為5個，單用戶月均流量僅為21 GB。

表2 WLAN覆蓋性能測試

圖3 GSM-Hi平原地形覆蓋RSRP拉網測試

WALN模式在部分地市已有一定規模，建設量達760個熱點，覆蓋行政村338個，覆蓋用戶數95 150人。WLAN模式運營較為成熟，Q市單熱點平均有12個接入用戶，每用戶月均流量達45 GB。

從業務發展情況看，WLAN模式在市場推廣上阻力較少，FDD模式由于目前牌照的不明確性，各地在市場推廣上較為謹慎，同時FDD 900 MHz的接入終端較少也是制約其發展的一個主要因素。

3.3 效益評估

根據試點情況進行GSM-Hi模式和WLAN模式綜合效益評估，如表3所示。其中GSM-Hi模式平均每戶綜合造價達1 200元左右，而WLAN模式僅需400元左右。考慮成本收回期，以目前6 M有線寬帶360元包年資費為參考，移動無線寬帶若與有線寬帶資費保持一致，則FDD模式的用戶至少需4年方可回收成本，而WLAN模式僅需1年左右即可。

表3 GSM-Hi模式和WLAN模式綜合效益評估

4 總結及建議

本文分析了GSM-Hi和WLAN兩種無線寬帶接入技術的覆蓋效果并通過多地市試點進行了驗證，試點表明GSM-Hi模式在農村場景下普遍可覆蓋2.5 km以上，900 MHz頻段的覆蓋優勢明顯。由于1800 MHz頻段可預留頻率資源較多，下行15 MHz帶寬試點平均速率可達40 Mbit/s左右，900 MHz頻段下行5 MHz帶寬試點平均速率為15 Mbit/s左右。WLAN模式的覆蓋距離較短，約800 m左右，300 m外單用戶下載速率約0.5 Mbit/s。

同時考慮各試點后評估結果，GSM-Hi模式各廠家技術差異較大且投資回收期長，預計在投資回收期內，中國移動將獲得FDD移動牌照，存在FDD移動網絡和無線寬帶業務頻率資源沖突的風險，建議在2G頻率資源較為富裕的偏遠農村進行適度開展。對于WLAN模式，總體效益較好，便于培養用戶使用寬帶的粘性，后期可根據用戶實際發展情況考慮改為有線寬帶業務，建議優先在有線寬帶需求不明確的農村推廣部署。