基于擴頻通信技術的無線局域網組網設計

【摘　要】　針對一個工程實例，介紹了基于擴頻通信技術的無線局域網組網設計方案，并對相關問題進行了論述。
??? 關鍵詞：擴頻通信 無線 局域網（LAN）
　　
1 擴頻通信技術概述
　　根據香農（Shannon）定律，對于連續(xù)信道，若受到加性高斯白噪聲干擾，其信道容量的理論公式為:
??????? C＝Blog2（1＋S／N）
其中，B為信道寬度，S為信號的平均功率，N為白噪聲的平均功率（均方值），S／N即為信噪比，信道容量C是指信道可能傳輸的最大速率（即信道能達到的最大傳輸能力）。因此，對于給定的信道容量可以用不同的帶寬和信噪比的組合來傳輸。若增大傳輸容量，則可由較小的信號功率來傳送，擴頻通信就是將原始信號的頻譜擴展100～1000倍再傳輸。因而提高了通信的抗干擾能力，使之在強干擾情況下（甚至在信號被噪聲淹沒的情況下）仍能保持可靠的通信。
??? 與一般通信系統(tǒng)相比，擴頻通信主要是在發(fā)射端增加了擴頻調制，而在接收端增加了擴頻解調過程。常用的商用擴展頻譜技術分為兩種：直接序列擴頻（Direct Sequence Spread Spectrum）技術和跳頻技術（Frequency Hopping）技術。圖1與圖2分別示出了直接序列擴頻和跳頻技術實現的原理。
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　　將擴頻通信技術應用到網絡的互聯中，即通過無線傳輸而實現網絡間信息的交換，便可擺脫傳統(tǒng)有線網絡電纜的束縛，而具有不需布線，安裝周期短，后期維護容易，網絡用戶易遷移及易增容等優(yōu)點。
2　無線局域網組網設計
　　無線局域網傳輸速率高、組網靈活、可移動、抗干擾性強，且具備安裝方便、維護簡單、增容性好等特點。根據用戶的要求，在組網過程中，不僅要采集本地區(qū)內各個分支部門的數據并對其實現調度監(jiān)控，同時也要與上一級部門主干網實現互聯（地區(qū)部門總中心已通過有線形式實現）完成相關的信息交換。由于組網地區(qū)的地理分布狀況（山地，河流等）和傳輸的信息以數據為主，對網絡本身無特殊要求，所以采用了基于擴頻通信技術的無線局域網組網互聯方案。
2．1　系統(tǒng)組成
　　圖3為某工程案例中系統(tǒng)的地理分布示意圖。該系統(tǒng)的組成包括一個一級區(qū)，多個二級區(qū)，每個二級區(qū)又包括多個三級區(qū)。如圖3所示，一級區(qū)是該地區(qū)的系統(tǒng)部門局域網總中心，它除了一個中心局域網之外也包含多個近距離（不超過20公里）的分支點，且中心和各個分支點都是一個連接好的有線局域網；二級區(qū)是部門下級分支點及所包含的區(qū)域，它與一級區(qū)的情況類似，只是二級區(qū)中心點距離一級區(qū)中心點一般在30公里以上，甚至上百公里；三級區(qū)是二級區(qū)的下級分支點及所包含的區(qū)域，其情況與上述級區(qū)類似，該分支點中心必須與二級區(qū)中心實現互聯，其距離一般在50公里范圍以內?，F要求實現從一級區(qū)的部門總中心能夠隨時地監(jiān)控各級分支中心甚至是各個子局域網并獲取相關信息，實現通信。
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　　圖3中，O點為一級區(qū)總中心局域網，在其區(qū)域范圍內的分支點中，O1點距離O點僅幾公里，且線路易牽，分支點O2距離O點十幾公里，O點與二級區(qū)中心點A相距80公里，與二級區(qū)中心點B相距100公里，與二級區(qū)中心點C相距僅50公里，但兩者間有山相隔。
2．2　無線局域網解決方案
　　該無線局域網設計方案主要考慮了以下幾個方面的問題：
??? (1)傳輸距離。由于直擴產品最大傳輸距離為50公里，如果距離過大，則應該考慮增加中繼以滿足網絡中信息傳輸的要求。
　　(2)傳輸空間的限制。由于傳輸媒質是微波，穿透能力差，因此要求傳輸空間可視。
　　(3)各個中心點及分支點局域網對傳輸速率的要求。
　　(4)實際網絡的經濟性和有效性。
　　考慮到上述問題及實際情況，對于部門總中心局域網與各個級區(qū)的中心局域網之間將采用無線方式實現互聯。但在部門總中心局域網與某個級區(qū)的中心局域網在空間上不可視，且增加中繼明顯不經濟的情況下，可以采用有線方式，如租用DDN專線連接。
　　各個級區(qū)之內的中心點局域網和分支點局域網之間也采用無線方式連接。若距離較近且容易牽線可采用有線形式互聯。具體網絡拓撲圖如圖4所示。
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　　圖4中，一級區(qū)部門總中心局域網采用交換機（采用交換機的好處是可以預留一定的帶寬用于系統(tǒng)以后的增容或提速），再通過智能化擴頻微波設備經定向（對中繼）和全向（對本區(qū)內分支點局域網）天線發(fā)射出去，對近距離分支點局域網采用有線方式從交換機的數據接入端口直接接入。如總中心局域網O點與一級區(qū)分支點O1采用直接牽線連接，而與一級區(qū)分支點O2仍然采用無線方式 。
　　在中繼點，只需采用同樣的擴頻微波設備及定向天線實現中繼。如果在二級區(qū)或三級區(qū)內分支點仍然較多，又希望速度較高的話，一是可以從一級區(qū)部門總中心交換機分配較大的帶寬，二是可對各分支點完全采用固定帶寬分配，即通過交換機分配帶寬，總中心局域網O點與二級區(qū)中心點B即通過此方式連接；如果分支點較少，則可以采用無線網橋加網卡和放大器等設備的形式，這樣，在帶寬上采用共享方式，根據各分支局域網的實際需求動態(tài)分配帶寬，無線網橋上的RJ45雙絞線接口 ，可連接到本地局域網的網絡設備端口上，總中心局域網O點與二級區(qū)中心點A即采用此方式連接；至于二級區(qū)中心點C，盡管它與總中心局域網O點距離不遠，但是如果采用無線方式必須增加中繼，因為兩者間有山相隔，因此從經濟上考慮租用DDN專線連接(不足之處是網絡傳輸速率受到了限制)。這些區(qū)內的分支點與區(qū)中心之間的連接，與一級區(qū)內的連接類似。
　　無線網絡在提供網絡解決方案時，相對有線網絡方案的突出特點是所用的網絡設備品種少，安裝容易、簡單。設計網絡方案常用的無線產品主要有網橋和無線網卡，附屬設備包括放大器、天線 、專用連線等。
3　結束語
　　在實際的組網方案中，不一定要拘泥于無線有線等各種具體形式，可以靈活組網，主要考慮經濟性、實用性，同時要兼顧網絡的可增容性及其在性能上的升級，即后續(xù)性，可通過有線和無線相結合的方式來滿足實際的需要。

　

1　樊昌信，徐炳詳等．通信原理（第四版）．北京：國防工業(yè)出版社，1995
2　王秉均，居謐，孫學軍等．擴頻通信．天津：天津大學出版社，1993
3　朱洪波，傅海陽，吳志忠等．無線接入網．北京：人民郵電出版社，2000
4　謝希仁．計算機網絡．大連：大連理工大學出版社（第三版），2000
5　Andrew STanenbaum著，熊貴喜，王小虎譯．計算機網絡（第三版）．北京：清華大學出版社，1998