盧建輝,李偉然,董健
(1 中國移動通信集團河北有限公司,石家莊 050021;2 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司河北分公司,石家莊 050021)
農(nóng)村和城市的寬帶普及率存在巨大差距,2013年8月國務(wù)院印發(fā)了《“寬帶中國”戰(zhàn)略及實施方案》。方案指出,截至2015年基本實現(xiàn)農(nóng)村寬帶進鄉(xiāng)入村,固定寬帶家庭普及率達到50%,行政村通寬帶(有線或無線接入方式)比例達到95%,農(nóng)村家庭寬帶接入能力基本達到4 Mbit/s。
在此背景下,發(fā)展農(nóng)村寬帶對中國移動來說迫在眉睫。本文提出了兩種實現(xiàn)農(nóng)村寬帶接入的建設(shè)方案,分別為FTTH(Fiber To The Home)有線寬帶和TDLTE(Long Term Evolution)無線寬帶??紤]到農(nóng)村地區(qū)復(fù)雜的地形地貌,同時保證收益、減少投資,本文分析了在農(nóng)村不同場景下FTTH和TD-LTE的接入模型以及兩者的投資比較,得出了在不同場景下低成本建設(shè)的方案,以便供決策時選擇。
本文假定目標(biāo)村所在的鄉(xiāng)鎮(zhèn)已經(jīng)具有OLT,對比的投資界面為OLT以下,包含用戶終端ONU設(shè)備。由于農(nóng)村地區(qū)地形地貌比較復(fù)雜,各個村莊的規(guī)模、密度不近相同。所以本文抽象出2個典型場景進行考慮。場景1定義為大村,其規(guī)模為10 km×10 km的正方形,假設(shè)村莊周圍已經(jīng)有2個舊基站;場景2定義為小村,其規(guī)模為500 m×500 m的正方形,假設(shè)村莊周圍有1個舊基站。在場景1中,利舊2個基站再加1個新基站對大村進行覆蓋;在場景2中,只利舊1個基站對小村進行覆蓋,如圖1所示。
圖1 農(nóng)村TD-LTE大村、小村覆蓋模型
FTTH接入投資分析如圖2所示,線路投資涉及主配線層、輔配線層和引入層,設(shè)備投資涉及PON板卡、分光器、分纖盒和光交接箱等。其中,主配線層一般指OLT至一級分光器,輔配線層一般指一級分光器至二級分光器,引入層一般指二級分光器至用戶。假設(shè)一級分光器布設(shè)在村中央的位置且一級分光器和二級分光器的分光比都為1:8。
圖2 農(nóng)村有線寬帶接入示意圖
在計算農(nóng)村FTTH投資中,我們假設(shè):
x:主配線層的距離,單位為km;
A1:主配線層每公里造價,單位為萬元;
y:單用戶到主干光交的平均光纜距離,單位為km;
A2:單用戶到主干光交每公里造價,單位為萬元;
S:農(nóng)村待覆蓋的面積,單位為km2;
s:農(nóng)村一戶的宅基地面積,單位為m2;
α:業(yè)務(wù)滲透率;β:市場占有率;χ:接入率;
a:目標(biāo)用戶數(shù),單位為戶;
B1:ONU的單價,取300元;B2:一級分光器的單價,取105元;B3:二級分光器的單價,取90元;B4:OLT板卡的單價,取1.4萬元,其中一個板卡具有8個PON口,一個PON口支持64個用戶;B5:光交箱的單價,根據(jù)不同芯數(shù)價格不同,576芯為1.6萬元,288芯為0.9萬元,144芯為0.23萬元;
b1:二級分光器的個數(shù),b1=a/8;b2:一級分光器的個數(shù),b2=a/64;b1、b2都向上取整數(shù);
Q1:主配線層造價,單位為萬元,則
Q2:目標(biāo)用戶到主干光交光纜接入造價,單位為萬元;
假定用戶隨機平均分布以及覆蓋區(qū)域為正方形,則單用戶平均接入到一級分光器的長度為在正方形內(nèi)求到中心點的平均距離,即
Q3:FTTH中設(shè)備的投資之和,單位為萬元;
Q:農(nóng)村FTTH投資之和,單位為萬元,考慮線路冗余10%;
參考東部某省的宅基地實施辦法,其中規(guī)定人均耕地不足1 km2的平原或者山區(qū)縣(市),每處宅基地不得超過200 m2;人均耕地1 km2以上的平原或者山區(qū)縣(市),每處宅基地不得超過233 m2;壩上地區(qū),每處宅基地不得超過467 m2。所以s∈[200,467],考慮到村中有街道以及公共設(shè)施,假設(shè)每戶宅基地的面積要多出10%,即s∈[220,513.7]。
由于中國移動進入農(nóng)村寬帶領(lǐng)域比聯(lián)通、電信晚一步,所以根據(jù)初期、中期、遠期3個階段預(yù)測中國移動在農(nóng)村寬帶市場的變化,如表1所示。為方便比較投資,α、β、χ都取遠期階段值。
表1 農(nóng)村有線寬帶市場判斷
在計算農(nóng)村TD-LTE覆蓋投資中,我們假設(shè):
λ:并發(fā)率;
F:增加1個F頻段載頻的投資,取12萬元;
D:增加1個D頻段載頻的投資,取15萬元;
P:增加1次載頻所需要的配套設(shè)施投資,取5萬元;
N:新建1座基站的投資,取35萬元;
C:1個CPE終端的單價,取0.09萬元;
a':TD-LTE單用戶投資,單位為元;
a':農(nóng)村TD-LTE覆蓋同時支持的用戶數(shù);
根據(jù)設(shè)備商提供的數(shù)據(jù),1個F頻段載頻在邊緣速率不小于4 Mbit/s情況下,其覆蓋半徑為500 m左右,同時支持的用戶數(shù)為5戶;而1個D頻段載頻在邊緣速率不小于4 Mbit/s情況下,其覆蓋半徑為450 m左右,同時支持的用戶數(shù)也為5戶。1個基站,我們假設(shè)用其2個扇面來覆蓋用戶,則1個基站1個載頻可以同時支持10戶。
中國移動F頻段范圍為1 880 MHz~1 920 MHz,其中只有1 900 MHz~1 920 MHz可用,而TD-LTE為20 MHz一個頻點,所以F頻段最高可以配置到S111(F);D頻段范圍為2 570 MHz~2 620 MHz,所以D頻段最高可以配置到S222(D)。
考慮到開通TD-LTE必須占用傳輸資源,所以在計算投資時,加上主配層光纜造價Q1。
在場景1下,S=1 km2,由公式(1)可得a∈[193,450]。根據(jù)某省農(nóng)村項目的估算,x取3.5,A1取2.6,考慮到主配層光纜還可以用到其他工程中,故取A1為1.3;A2取 0.85。把各參數(shù)帶入公式(2)(4)(5)(6)(7)中,可得a∈[3 885,4 085]。由a不同取值,可以得到a不同的值,如圖3中FTTH曲線所示。
圖3 大村模型下FTTH與TD-LTE單用戶投資比較
在場景1下,當(dāng)λ=20%時,由公式(8)可得a'∈[39,90]。如表2所示,不同需求數(shù)下基站配置與單用戶投資比較。由a'不同取值,可以得到a'不同的值,如圖3中TDLTE曲線所示。當(dāng)FTTH和TD-LTE規(guī)模逐步擴大后,TD-LTE的F頻段載頻和D頻段載頻的價格肯定會有一定幅度的下降。而FTTH的投資為OLT以下,規(guī)模擴大后對其相關(guān)設(shè)備價格影響不大。所以,假設(shè)規(guī)模擴大后,F(xiàn)頻段載頻和D頻段載頻的價格分別都下降5%和10%,配套投資無價格變化。再分析TD-LTE和FTTH的投資模型,如圖3中TD-LTE-95%曲線、TD-LTE-90%曲線所示。
表2 不同需求數(shù)下基站配置與單用戶投資比較
當(dāng)λ=20%時,在大村模型下,由TD-LTE曲線可知,采用TD-LTE覆蓋單用戶投資要比FTTH投資高出一大截。即便是TD-LTE的F頻段載頻和D頻段載頻的價格分別下降5%和10%后,由TD-LTE-95%曲線和TD-LTE-90%曲線可知,TD-LTE投資還是要比FTTH高出一大截。當(dāng)λ=25%時,差值更大。
在場景2下,S=0.25 km2,由公式(1)可得a∈[48,113]。把各參數(shù)帶入公式(2)(4)(5)(6)(7)中,可得a∈[4 294,5 089],如圖4中FTTH曲線所示。在場景1下,當(dāng)λ=20%時,由公式(8)可得a'∈[10,23],再由a'不同取值,得到a'的值,如圖4中TD-LTE曲線所示。當(dāng)TD-LTE的F頻段載頻和D頻段載頻的價格分別下降5%和10%,相對應(yīng)的a'的值如圖4中TDLTE-95%和TD-LTE-90%所示。
圖4 小村模型下FTTH與TD-LTE單用戶投資比較
在小村模型下,λ=20%時,目標(biāo)用戶從107戶開始,采用FTTH接入模型的單用戶投資超過了TD-LTE接入模型。當(dāng)TD-LTE的F頻段載頻和D頻段載頻的價格分別下降5%和10%時,在誤差允許的范圍內(nèi),目標(biāo)用戶分別從101戶和97戶開始,采用FTTH接入模型的單用戶投資超過了TD-LTE接入模型。而當(dāng)λ=25%時,如圖5所示,TD-LTE的F頻段載頻和D頻段載頻的價格分別下降5%和10%,采用TD-LTE接入模型的單用戶投資均高于FTTH模型。
圖5 小村模型下λ為25%時FTTH與TD-LTE單用戶投資比較
本文首先給出了FTTH和TD-LTE在農(nóng)村部署寬帶的兩種接入模型,針對農(nóng)村復(fù)雜地形地貌抽象出了大村模型和小村模型。在大村模型下,λ=20%時,采用TD-LTE接入模型單用戶投資要比FTTH模型單用戶投資高;在小村模型下,λ=20%時,目標(biāo)用戶從107戶至113戶時,采用FTTH接入模型的單用戶投資超過了TD-LTE接入模型; 而λ=25%時,采用TDLTE接入模型的單用戶投資均高于FTTH模型。綜上所述,在大村模型下,F(xiàn)TTH接入模型投資小于TDLTE;而在小村且人口稠密的地方,TD-LTE接入模型投資小于FTTH。對FTTH和TD-LTE在農(nóng)村的建設(shè)具有指導(dǎo)作用。
[1]王少波,張華鐸,李愛嬌.WLAN、TD-LTE和有線寬帶協(xié)同策略探討[J].互聯(lián)網(wǎng)天地,2013(11).
[2]張學(xué)慶,魏賢虎.二級分光模式下農(nóng)村FTTH造價模型與分析[J].江蘇科技信息,2012(10).
[3]張軍,蔡邦壽.寬帶業(yè)務(wù)兩種接入模式在農(nóng)村場景下的綜合成本分析[J].互聯(lián)網(wǎng)天地,2013(9).
[4]李棟,閆紅來.中國移動農(nóng)村無線寬帶建設(shè)方案[J].電子世界,2012(7).