用遠程中繼網橋解決復雜山區貧困戶信號覆蓋問題的方案及實施

□ 陳紹勤

一、項目背景與要解決的問題

南寧市興寧區昆侖鎮平地村是一個山區貧困村，村中的六趙坡受地形和村民建筑格局影響，無論是手機信號或衛星信號均無法正常覆蓋。按照國家扶貧“八有一超”的脫貧標準，貧困戶家必須有電視看或有智能手機上網，信號覆蓋不到就意味著貧困戶無法達到脫貧標準。為使貧困戶脫貧指標滿足國家脫貧攻堅標準，必須使電視或手機信號覆蓋到六趙坡。

六趙坡村位于群山之間，村中只有4 戶農戶，其中兩戶是貧困戶。2018年7月，該坡貧困戶反映自己收看不到電視，手機信號也不通，要打電話必須爬到房子后面幾百米遠的高山，或到2 千米外的開闊地才有信號。經走訪查找，發現該坡村民所處的區域為山坳，房子依山建設，從正西到正南有可能接收村村通衛星信號的地方均被桉樹林、竹林和山體遮擋，手機信號也無法有效覆蓋。我們原設想通過加建手機站或立桿鋪設光纖入戶覆蓋，但因投資成本高達幾十萬元，而受益人口僅20人，沒有可行性。

二、解決方案

經反復思考，我們嘗試采取無線寬帶覆蓋的方式，把平地村委的百兆寬帶向該坡貧困戶覆蓋，并成立項目小組著手實施。

平地村地理地貌及中繼點分布如圖1 所示。

圖1 平地村地理地貌及中繼分布點圖

據了解，中繼信號所需的關鍵核心設備為無線網橋。現今市場上有許多無線遠距離中繼網橋可供使用，技術均已成熟，且成本不高，其他建設中繼信號點用到的材料也可購買到。六趙坡的地理環境較為復雜，要實現信號從村委辦公樓傳到六趙坡，需要3 次信號中繼轉發才能實現。信號路由如圖1 所示，在村委樓頂安裝第一級中繼發射端，將信號傳至3.5 千米外的高山，在高山上安裝第一級中繼的收端和第二級中繼發端，將信號轉發至2 千米外緊挨著六趙坡的另一座山，并在該山上安裝第二級中繼的收端和第三級中繼發端將信號傳到400 米外的山坳內，由第三級中繼收端接收，轉普通WIFI 覆蓋該坡農戶。

平地村群山環繞，常年風力較強，樹林多，空氣濕度大，雷電較強，實現信號覆蓋的關鍵在于中繼選址、供電及防風、防雷等幾方面。為了中繼點設備安全，我們在選點的時候避開了山峰頂端容易遭雷擊及風力強的地方，選擇有坳避風又盡量不影響信號傳輸的地方立桿安裝，在桿上加拉錨以防風防雷。

供電方面，既要解決遠距離供電的問題，又要解決電費的結算問題。我們受到太陽能路燈的啟發，采用與路燈相近原理的太陽能供電方式，所有野外中繼點均采用100W/18V 的太陽能發電板，通過太陽能控制器與12V/40 安時電池連接后向中繼網橋供電。因山區的水霧多、濕氣重，電池和控制器均放在防護箱中，避免陽光暴曬或水汽侵蝕。每個中繼點的用電功率不大于30W。使用這種供電方案，電池在充滿電時即使無陽光仍可向設備連續供電15 小時以上，實現全天候無人值守自動供電功能。此法免去昂貴的供電線路鋪設，也不產生供電費用。

中繼站采用3 套TP-LINK CPE 大功率5 千米無線網橋收發配對使用。該無線網橋具有傳輸距離遠、防水等級高、防曬、耐寒等優點，提供20dBm 的發射功率，13dBi 的天線增益，無線模式支持802.11a/n/ac，完全滿足我們的使用要求。終端用戶的端接入采取最后一級中繼接收端輸出后聯接兩個普通無線路由器串聯組網。因居民比較集中，WIFI 信號覆蓋全坡的同時，兩戶普通農戶也會被信號覆蓋到。中繼信號無線信號路由及拓撲結構如圖2 所示。

圖2 信號傳輸原理示意圖

三、項目實施與調試

因項目資金均為社會上的愛心企業、愛心人士捐贈，為節約成本，從購買設備到立桿架設中繼網橋，再到入戶調試均由我們自主完成，使得資金全部都投入到設備設施上。項目投資成本僅5000 元左右，并且能實現所有設備的購買及安裝架設。

為降低設置的復雜程序，我們采用的是透明橋接傳輸方式。在調試過程中，我們發現采用2.4G 的頻帶傳輸信號雖然帶寬較5.8G 小，但貴在穩定，原本100 兆的寬帶經過中繼后，在貧困戶端穩定傳輸速率在30M 左右，無斷線現象。而5.8G 的信號速率稍大，但偶有斷線情況發生。實踐也證實了傳輸速率低有利于數據穩定，所以我們最終采用2.4G 頻帶來傳輸信號。我們選的中繼網橋本身傳輸速率可達300 兆，當前傳輸速率達不到100兆的原因有很多，與我們架設中繼器方位角的精度、多級中繼、風力、山體樹林遮擋等環境因素都有關系。因登山難度較大，且30 兆的速率已能滿足貧困戶收視通信的使用要求，因此我們沒有進一步調校。

供電方面，因中繼點的距離不算很遠，實際調試時沒有輸出最大功率，耗電達不到理論設計值，因此，除非長時間陰雨天氣使供電受影響，絕大部分時間都達到全天候24 小時不間斷工作的理想狀態。當然，要增強對陰雨天氣的抵抗能力，僅加大電池容量就可以解決。值得一提的是，要使整個信號中繼設施運行，僅村委的一個發端需要我們供電，其余設備包括末級中繼的收端及覆蓋終端農戶的WIFI 路由器均為太陽能供電，整個信號中繼鏈路設備的運行沒有給貧困戶增加任何經濟負擔，又因器材便宜、設施簡單，正常情況下年均維護費用低至200 元以下。

四、項目成果及其應用情況

項目建成后已運行1年多，盡管中繼點的環境惡劣、氣候復雜，傳輸線路也一直正常運行，實現了邊遠山區的貧困戶通過寬帶看電視、上網、微信通話等功能，滿足了貧困戶要有電視看或有智能手機收視的脫貧攻堅要求。本項目的成功實踐，為低成本解決偏遠、復雜山區的信號覆蓋問題提供了廣泛的借鑒意義。