【网络扶贫精选论文】普遍服务背景下宽带网络覆盖技术比较研究-金年会体育

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普遍服务背景下宽带网络覆盖技术比较研究

张绮璇  张静  王真

北京邮电大学经济管理学院

摘要：我国“宽带中国”战略、网络扶贫行动的推进，对宽带网络普及提出了更高的要求。为实现农村地区网络覆盖，本文试图从技术上提供更有效的金年会体育的解决方案。通过对现有宽带网络覆盖技术进行梳理，分析了现在普遍使用的光纤和4g移动网络覆盖技术的优缺点，详细介绍了近几年引起关注的卫星互联网和超级wifi技术，探索其在提供普遍服务中能够发挥的作用，提出了几种技术组合方式，力求以更低的成本、更好的质量为“宽带中国”的战略目标助力。

关键词：电信普遍服务；网络覆盖；光纤接入；4g；卫星互联网；超级wifi

1.研究背景

自2013年我国实施“宽带中国”战略以来，宽带网络覆盖面不断扩展，接入速率不断提升，宽带接入明确纳入电信普遍服务内容，改善农村地区宽带服务状况成为我国近年普遍服务政策的主要任务。2015年底，工业和信息化部、财政部共同启动电信普遍服务试点工作，助力实现2020年98%的行政村通宽带、农村宽带接入能力超过12mbps等“宽带中国”战略目标。2018年6月，工业和信息化部印发《关于推进网络扶贫的实施方案（2018-2020年）》，宽带覆盖目标进一步提升为：到2018年，“宽带网络覆盖90%以上的贫困村”目标提前完成；到2020年，全国12.29万个建档立卡贫困村宽带网络覆盖比例超过98%。

宽带网络覆盖是人们能够平等获取信息、享有网络时代红利的基本条件。然而，当前在宽带服务水平上，我国城市和农村地区存在显著差距，2017年统计数据表明，城市和农村宽带普及率分别约为77%和30%。农村地区、特别是中西部和偏远地区农村的网络建设，面临经济基础薄弱、地理环境较差、人口居住分散等问题，宽带建设和运行维护成本非常高。而同时，向农村居民、特别是贫困地区居民提供的宽带网络服务，不但应接入方便高速，且应价格低廉。因此，要在高成本地区提供低价格服务，企业投资、回收成本的压力非常大。要解决农村地区宽带用得起、用得上的问题，一方面需要中央和地方政府、企业及社会团体多方多渠道筹集资金，另一方面可以借助技术的力量，考虑多种技术手段组合，以期找到更经济有效的覆盖方案，以减少普遍服务的投资，提高资金的使用效率。本文就是基于上述考虑，对已有的和新出现的宽带网络覆盖技术进行比较，发掘其在普遍服务工作中的应用价值。

2.当前主要宽带网络接入技术概述

自20世纪90年代末期至今，宽带接入技术不断更新，解决了用户使用互联网的“瓶颈”问题^[1]。一方面，人们利用已有网络资源，发掘带宽潜力。传统电话网、广播电视网以及电力网的发展，使电话线、有线电视同轴电缆、电力线成为覆盖面非常广泛的接入资源，对于此类资源的进一步开发，形成了基于电话线的dsl（数字用户线，digital subscriber line）接入技术、利用有线电视网的hfc（光纤／同轴电缆混合网，hybrid fiber-coaxial，）接入技术和利用电力线的plc（电力线通信，power line communication）接入技术。另一方面，新型的接入手段也随着技术和需求逐步成熟而出现，包括局域网（lan，local area network）接入技术（在我国也称为小区宽带）、光纤接入技术、无线局域网（wlan, wireless local area network或wifi,wireless fidelity）接入技术和移动宽带接入技术（主要宽带接入技术及其特点简介见表1所示）。早期宽带业务adsl仅能提供2mbps—8mbps的下行速率，而现在光纤接入的带宽速率已普遍能够达到100mbps—1gbps。移动通信系统自3g起即可提供较高速率的移动互联网接入，到了4g时代，移动状态下行峰值速率可达100mbps，正处于研发试验阶段的5g更是以提供比4g快10倍到100倍的速率为目标^[2]。

表1  主要宽带接入技术类型及其特点

由于光纤具有容量大、速率高、损耗小等优势，同时无线接入技术具有移动性强、使用灵活的优点，因此从长远来看，“光纤＋无线”是宽带接入的发展方向。以发展光纤接入和4g接入为主要目标的“宽带中国”战略正是体现了这一趋势。光纤接入发展初期的主要障碍是成本相对较高，但近年来光网络单元成本快速下降，光纤接入很快走向大规模普及。我国基础电信网络运营商大力推进“光进铜退”，我国原有的adsl接入方式迅速被光纤接入替代。根据工业和信息化部数据，到2018年7月，我国100mbps及以上固定宽带接入用户达2.14亿，光纤接入（ftth/o）用户占比达87.3%。与此同时，我国4g网络于2013年底开始部署，到2018年8月，4g用户在移动用户中占比达73.9%，移动宽带用户数达到12.7亿。 

从全国整体数据来看，我国光纤接入和移动宽带都呈现高速增长态势。然而，在农村边远地区，网络建设施工难度大、成本高，将是最终实现宽带普及目标的难点所在。在地广人稀地区，光缆铺设距离长、投资大，但服务人群少。即使采用无线接入方式，无线局域网接入点或移动基站也需通过光缆与骨干网络连接，光缆建设投资依然很高。同时，农村及边远地区往往地形复杂，山地、林地、农田、河流、池塘等都有可能妨碍施工，铺设管道或架设杆路还有可能破坏居民原有的生活环境，往往还会遭到居民的阻挠。因此，在城市用户密集区域中，光纤入户户均建设成本可以低至几百元每户，而在农村地区的户均成本可能升高几倍甚至十几倍。即使不计成本地推进网络建设，也会因施工难度大而导致工期长，很难在短期内解决问题。面对这些难题，近年来逐渐成熟的卫星宽带接入和超级wifi技术值得我国企业关注。

3.卫星宽带与超级wifi：带来新的可能性

3.1卫星宽带

2018年3月，美国联邦通信委员会（fcc）批准了美国太空探索技术公司spacex的申请，允许其在美国和全球范围内使用卫星提供宽带服务，以提高美国高速宽带的可用性和竞争力。spacex提出的卫星系统包括4425颗卫星，使用ka和ku波段频率，以提供全球互联网连接，spacex将于2019年开始部署名为“starlink”的卫星网络，该系统将在至少800颗卫星部署后运行，其目标是向全球提供“可靠的、负担得起的宽带服务”，且接入速率与光纤网络相当。这一计划引发全球关注，也意味着卫星宽带技术开始走向成熟，将在全球宽带接入市场上抢占一席之地。

在我国，卫星宽带也已进入实用阶段，卫星通信公司正在积极进行网络部署。2017年4月，我国第一颗自主研发的宽带卫星ka卫星成功发射，该卫星能提供20gbps的容量，是传统卫星容量的10倍，覆盖我国除西北、东北地区的大部分陆地和近海300~600公里左右海域。第二颗ka卫星将于2019年发射，这将意味着2019年后此种大容量类型卫星能覆盖更广的区域^[3]。

相比于地面通信，卫星通信有其不可替代的优势，特别是对于边远地区、特殊地形地区（沙漠、高山等）。在已具备卫星资源的前提下，无需长时间的线路铺设和构建，只需要建设小型地面终端，就能够快速实现无缝覆盖。但卫星宽带目前也有明显的缺点，卫星宽带所能够提供的容量和接入速率由卫星的容量决定，如果要为大量用户提供服务，则需对卫星进行扩容，或者增加卫星数量，而卫星的造价和发射成本也并不低，其维护也比地面系统难度高。美国starlink计划提出了宏伟的发展目标，但未来能否按其承诺提供高质量、低价格的服务，仍受到多方质疑。我国目前可用的卫星宽带系统能达到的最大下行速率为150mbps，适合于家庭使用的小型设备能达到10mbps的下行速率，与光纤接入相比还存在很大差距，未来其容量和接入速率有很大提升空间。在当前其方便快捷、快速覆盖的能力，在边远地区和山区，以及对于游牧人群，也有极大的应用价值。

3.2超级wifi

超级wifi也是首先在美国出现，它的诞生几经波折。2006年，包括微软、谷歌因特尔在内的白频谱联盟成立，该联盟的成立旨在向fcc获得电视未使用的空白频率资源使用授权。但fcc因认为该技术可能干扰未来数字广播电视信号传输等原因而拒绝授权。经过多方多年的努力，2008年11月14日，fcc发布《第二份报告和命令以及意见和命令备忘录》，通过了免许可使用电视白频谱频段的规则^[4]。

2011年7月，美国电气电子工程师学会公布了无线地域网络标准ieee 802.22，该标准可提供每通道22mbps的宽带无线接入，覆盖范围可达100公里，而且不会受到地面电视广播信号的干扰，基于此标准形成了超级wifi技术。值得注意的是，此标准可以在全球范围内使用，特别是电视台不太普及的农村地区和发展中国家。2011年和2012年，超级wifi在美国的试用测试中取得了良好的效果。2014年，fcc提出建设全美免费超级wifi网络，让美国普通民众可以不必每月向运营商付费，即可享受免费通话和上网服务。但这一计划尚未付诸实施。

从技术上而言，超级wifi使用频率较低的频段，因此能够传播更远的距离，实现大范围覆盖，且穿透力强，不受建筑、树木阻隔，更适应恶劣天气。基于这一特点，该技术可以用于向人烟稀少的地区提供高速互联网服务。理论上超级wifi的传播距离最远可达160公里。但由于技术尚未成熟，现实际覆盖半径仅为数公里。尽管如此，超级wifi仍提供了一种新的可能性，一方面wifi及移动网络均使用2000mhz左右及以上的特高频及超高频频段，需要更广泛地开发频率资源，如果较低频段存在富余频率资源，可支持超级wifi技术，无疑可将更多的频率资源投入到宽带接入市场中，提高频率资源利用率；另一方面，技术的成熟往往需要通过实际应用加以磨练，其覆盖范围潜力未来能否实现值得关注。

4.多技术组合方案

基于上述对宽带技术的梳理，对于我国边远农村地区、地形复杂地区，光纤接入和移动宽带网络短时间覆盖存在较大困难，卫星宽带可以作为一种快速覆盖的补充技术投入应用，而超级wifi提供了潜在的可能性，可以允许企业就超级wifi技术进行一些小范围试点，对其覆盖范围和速率进行评估^[5]。

卫星宽带与地面系统的结合有多种方式，根据服务范围大小和服务人群需求，卫星通信终端 有线/无线接入点，村落卫星终端 入户网络接入设备，以及飞蜂窝基站 卫星链路，都是实际可行的组合方案。

1.卫星通信终端 有线/无线接入点

这种方式通过为用户安装小口径、集成化的通信终端系统来建立与卫星的联系，并辅以室内有线及无线接入点，为用户家庭内的手机、电脑、平板等提供网络服务。卫星通信终端体积口径小、功耗低，便于安装调试，安装环境不限，适用于山区、草原、沙漠等地区。用户可以获得基于互联网的话音和数据服务，带宽可达12-40mbps下载速率，适用于1—3户家庭共用，或牧民家庭使用。

2.村落卫星终端 入户网络接入设备

此种组合方式是通过在自然村内安装一套卫星终端，并利用入户的网络接入设备，实现区域内的有线接入和无线接入网络覆盖，为区域内部的智能终端提供宽带互联网服务，适合于一个自然村多户共用，需要配合地面网络综合布线，支持分户计费模式。

3.飞蜂窝基站 卫星链路

这一方式支持用户通过接入运营商的飞蜂窝基站，以满足家庭小范围手机基站通信。具备的特点是，卫星宽带终端和飞蜂窝基站口径小，便于安装调试。环境不限，适合远离运营商覆盖范围外的离散居住点，进行基站补点覆盖，下载速率可达60mbps。

最后，如果超级wifi技术逐渐成熟，能够实现大范围覆盖，则超级wifi 光纤也是快速实现大范围覆盖的一种方案。但发展超级wifi还需配套开发相应的接收设备，需要产业链的整体配合。

5.需考虑的其他因素

合理地选择技术，形成优化组合，能够在推进普遍服务中起到一定的作用。但实现普遍服务是一个系统工程，技术并不能解决所有问题，还需要综合考虑多方面因素。

首先，政府的管制决定了一项新技术能否进入市场，能否参与提供普遍服务。从发达国家逐渐放松市场准入管制的趋势来看，以市场化的方式来配置资源、激励普遍服务的实施，是大势所趋。我国的普遍服务实施机制也正在建立和完善市场化机制，允许更多新的技术手段进入市场，也就意味着有更多的主体有机会参与提供普遍服务。但对于一些贫困地区、贫困人群而言，不论以哪种技术提供服务，可能都需要国家提供补贴，以保证宽带服务的可获得性。

其次，推进电信普遍服务的目的是为社会大众提供均等的机会，让人人能够方便地获取信息、利用信息，从而广泛参与现代社会生活。因而搭建基础网络、扩大网络覆盖仅仅是普遍服务的第一步，与此同时，还须加强对民众的教育，使其了解网络时代的好处，帮助其改变思想观念，形成主动上网的意愿，建立起摆脱贫困的决心和信心。如果能够通过教育促使民众在一定程度上改变生活方式，将散落于极边远地区、深山中的民众迁至较大的人口聚集地，无疑会大大降低网络覆盖的难度，加速普遍服务推进进程，有助于真正实现普遍服务的预期效果。

参考文献

[1]覃宁,陈礼波.农村宽带接入技术方案探讨[j].邮电设计技术,2016(02):88-92.

[2]杨扬.浅谈宽带接入技术现状与发展趋势[j].网络安全技术与应用,2015(03):185-186.

[3]安辰. 我国首颗高通量通信卫星实践十三号投入使用[j]. 计算机与网络, 2018(3):14-14.

[4]彭健. 美国大力推动超级wifi发展[n]. 中国电子报,2013-06-21(003).

[5]周光逊. 基于gpon技术的农村宽带建设探讨[j]. 华东科技:学术版, 2017(2):35-35.

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