微波擴頻無線網(wǎng)絡(luò)在教學(xué)中的應(yīng)用

朱永忠，張明書　西安武警工程學(xué)院



　　摘　要：闡述了微波擴頻技術(shù)在無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。結(jié)合微波擴頻的技術(shù)特點，側(cè)重介紹了微波擴頻的工作方式及其網(wǎng)絡(luò)在不同條件下的接入方式和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢。


關(guān)鍵詞：直接序列；跳頻；解擴；微波擴頻無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)；接入方式



　　隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，網(wǎng)上教學(xué)、實時圖像（音頻）遠程教學(xué)、可視電話會議、大匯考實時圖像監(jiān)控管理、校園網(wǎng)絡(luò)資源共享等已成為教學(xué)的必然趨勢。而目前大部分學(xué)校又缺少自身的寬帶網(wǎng)絡(luò)。微波擴頻技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一難題。他因傳輸速率高、受外界干擾小、便于為計算機網(wǎng)絡(luò)提供物理接口信道等特點而得到日益廣泛的應(yīng)用，并且在教學(xué)寬帶無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，成本低廉、建網(wǎng)靈活、學(xué)�？瑟毩⒔ňW(wǎng)，多個學(xué)�？陕�(lián)網(wǎng)，區(qū)、地、市、省可建以太網(wǎng)。


1　微波擴頻技術(shù)


1．1　擴頻技術(shù)簡介


　　擴頻技術(shù)（Spread SpectrumTechnology）是指用來傳輸信息的射頻信號帶寬遠遠大于信息本身帶寬的一種通信方式。在微波擴頻無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)中使用最多的是DS（直接序列）和FH（跳頻）方式。


　�。�1）直接序列調(diào)制系統(tǒng)　所謂直接序列（DS）調(diào)制擴頻，就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)端擴展信號的頻譜。擴頻信號采用相移鍵控調(diào)制后由天線發(fā)射出去。在收端，用相同的擴頻碼序列去進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始信號。早期按此技術(shù)的微波無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)一般采用QPSK調(diào)制，以提供更大的增益，且對某些類型的干擾不敏感�，F(xiàn)在采用的補充代碼鍵控CCK調(diào)制，實質(zhì)上也是單載波正交相移鍵控（QPSK）。


　�。�2）跳頻系統(tǒng)　所謂跳頻（FH），就是用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變。在收端，用相同的本地擴頻碼發(fā)生器去控制本地頻率合成器，使其輸出的跳頻信號能在混頻器中與接收信號差額出固定的中頻信號，然后經(jīng)中頻帶通濾波器及信息解調(diào)器輸出恢復(fù)的信息。按此技術(shù)的微波無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)一般采用GFSK調(diào)制，以降低潛在的干擾。


1．2　微波擴頻的工作方式


　　以直擴為例。微波無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)中的擴頻多采用（N，k）擴頻，即用2k條長度為N的PN碼去表示k位信息。用得最多的是（N，1），即用2條長度為N的PN碼去對應(yīng)1位信息的2種狀態(tài)。例如說“1”用11100110，而“0”用00011001去代替，而在接收機處只要收到的序列是11100110就恢復(fù)“1”，收到的序列是00011001就恢復(fù)“0”。當(dāng)然，為了能區(qū)分不同的用戶，還有同步多址及抗干擾能力等其他設(shè)計因素，實際采用的可能是比較復(fù)雜的序列。這些碼序列最重要的特性是他具有近似于隨機噪聲的性能，因為在信息傳輸中各種信號之間的差別越大越好。這樣任意2個信號不容易混淆，相互間不易發(fā)生干擾。理想的傳輸信息的信號同的兩段噪聲來比較都不會完全相似。用他們來表示2種信號，其差別性就最大。


　　解擴的方式可分模擬解擴和數(shù)字解擴2類。數(shù)字解擴主要采用擴頻專用集成電路（ASIC）等。ASIC電路是在基帶對擴頻信號進行數(shù)字處理，他對輸入的基帶擴頻信號進行匹配濾波，一旦輸入信號與數(shù)字匹配濾波器的參考碼（PN碼）相匹配時，就可以恢復(fù)出1位傳輸?shù)臄?shù)字信號。而模擬解擴大多采用聲表面波（SAW）器件，是在中頻對擴頻信號進行模擬處理。主要是SAW抽頭延遲線和SAW卷積器。


1．3　微波擴頻的技術(shù)特點


　　用2．4 GHz微波作傳輸媒介，以先進的直序擴展頻譜（DSSS）或跳頻（FH）方式發(fā)射信號。室外利用全向天線可覆蓋10 km左右的半徑范圍，室內(nèi)全向可覆蓋最大半徑為100 m的范圍。電波能穿透幾層墻或2層樓的混凝土樓板。擴頻微波與常規(guī)微波相比：他的頻點問題好處理；價格比較便宜。另外還具有以下幾個特點：傳輸速率高（可為2～22 Mb／s或更高）、發(fā)射功率�。ㄒ话恪�100 mW）、帶寬較高；抗噪聲和干擾能力強，能與傳統(tǒng)的調(diào)制方式共用頻段；抗衰落能力和抗多徑干擾能力強，信息傳輸可靠性高；可以采用碼分復(fù)用實現(xiàn)多址通信。用戶可以使用相同的通信頻率，只要設(shè)置不同的標(biāo)識碼ID，就可以產(chǎn)生不同的偽隨機碼來控制擴頻調(diào)制，即能做到同時通信時互不干擾。易于多媒體通信組網(wǎng)，可以傳送語音、傳真、數(shù)據(jù)和圖像等綜合業(yè)務(wù)。由此可見，微波擴頻合理地解決了校園建網(wǎng)的干擾、寬帶、選址和組網(wǎng)等問題。因此非常適合學(xué)校及相關(guān)單位建網(wǎng)。


2　組網(wǎng)方式


　　主要闡述微波直接序列擴頻技術(shù)的802．11b無線局域網(wǎng)在組建教學(xué)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用模式。


2．1　運行環(huán)境


　　該網(wǎng)絡(luò)是采用載波偵聽多路訪問／沖突避免媒介訪問協(xié)議，遵從IEEE802．3和802．11b協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。和目前的幾種主流網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)完全兼容，用戶已有的網(wǎng)絡(luò)軟件可以無修改地在無線網(wǎng)上運行�？蛇\行于MSDOS3．1以上的版本及Windows環(huán)境、TCP／IP協(xié)議。


2．2　接入方式


　　微波擴頻無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)按接入方式分為點對點、點對多點、蜂窩3種。根據(jù)建網(wǎng)的不同要求，可選擇不同的接入方式。點對點方式一般指連接的雙方用無線網(wǎng)卡相連。采用點對點方式的微波擴頻系統(tǒng)主要使用802．11b協(xié)議。一般通信速率為10 Mb／s左右。其應(yīng)用場合：為連接兩點間提供專用可靠的通信信道，且要求通信速率較高。一般可以最多連接256臺PC。點對多點方式是指微波擴頻系統(tǒng)含一個中心站和若干分布接入點，若干分布接入點以競爭方式或固定分配方式分享中心站提供的總信道帶寬。主要使用802．11b協(xié)議。系統(tǒng)各分布接入點所分享的帶寬一般為1 Mb／s左右（總帶寬一般為11 Mb／s或更高）。其應(yīng)用場合為：需組建一微波擴頻通信網(wǎng)絡(luò)，包括一個信息中心站和若干個分支接入點，分支接入點通過一條速率要求不高的通信信道（＜1 Mb／s訪問中心站，并通過中心站訪問到其他分支接入站。連接方法：插上無線網(wǎng)卡的PC需要有接入點（AP）與另一臺PC連接，一般可以連接1 000臺左右的PC。蜂窩方式采用無連接的健壯協(xié)議。頻帶一般為800～900 MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率一般低于1 Mb／s。應(yīng)用場合：為滿足移動用戶的需求，采用移動蜂窩網(wǎng)接入方式組建無線局域網(wǎng)，各站點之間的通信是通過基站接入、數(shù)據(jù)交換方式來實現(xiàn)互連的。各移動站不僅可以通過交換中心自行組網(wǎng)，還可以通過廣域網(wǎng)與遠地站點組建自己的工作網(wǎng)絡(luò)。






　　圖2為遠程實時圖像（音頻）教學(xué)、可視電話會議，數(shù)據(jù)雙向交換示意圖。


3　網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢


　　采用微波擴頻無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，可迅速建立小型或重型的校區(qū)網(wǎng)絡(luò)，若是有已經(jīng)建成的校園網(wǎng)絡(luò)，可增加網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面，以便在任何地點訪問網(wǎng)絡(luò)資源。其優(yōu)勢如下：


　�。�1）校際之間的聯(lián)網(wǎng)。微波擴頻無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)可免布線的煩惱，對于學(xué)校數(shù)量多的高校區(qū)，采用無線網(wǎng)絡(luò)方案，可實現(xiàn)校際間的資源共享和信息交流，為廣大師生提供一個高效率的教學(xué)和科研環(huán)境。


　�。�2）互聯(lián)網(wǎng)接入。微波擴頻無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)可以將多個學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)中心與中國教科網(wǎng)連接。這樣可以為各學(xué)校提供價格合理的寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接入，滿足師生迫切需要上網(wǎng)來實時獲取信息的需要，同時可以為學(xué)生提供遠程學(xué)習(xí)的機會。









　　（3）為學(xué)生和員工提供移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。使用微波擴頻無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)后，學(xué)校的教職員工和學(xué)生只要將自己的便攜式計算機配備上無線網(wǎng)卡，可隨時隨地地使用學(xué)校配備互聯(lián)網(wǎng)接入、圖書館信息資料共享等服務(wù)設(shè)施，這給科研和教學(xué)提供了極大的方便。


　�。�4）對于臨時教學(xué)活動提供靈活方便的服務(wù)。對于經(jīng)常需要交換信息的計算機，采用微波擴頻無線網(wǎng)絡(luò)后，將不必再復(fù)制粘貼拷貝或是交換機器，只要安裝上無線網(wǎng)卡，就可以實現(xiàn)資源共享。這樣，同一間教室，可以教學(xué)很多門學(xué)科，不必再像今天這樣下課后學(xué)生人潮涌動了。


　�。�5）在一些歷史悠久的大學(xué)里都有值得珍惜和保護的歷史建筑，而這些建筑一般都仍然在使用，是校園通信網(wǎng)需覆蓋的地方。


　　（6）實現(xiàn)遠程實時圖像（音頻）教學(xué)、可視電話會議，數(shù)據(jù)雙向交換等。


4　結(jié)　語


　　無線網(wǎng)絡(luò)（即可以混傳語音、視頻和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一無線平臺）將在今后的信息訪問方面占主導(dǎo)地位，因此微波擴頻無線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)有著很好的發(fā)展前景。盡管現(xiàn)在出現(xiàn)了新的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如802．11a和802．11g，采用先進的OFDM技術(shù)，但由于他們的產(chǎn)品價格比較昂貴，技術(shù)也不像802．11b（以擴頻技術(shù)為基礎(chǔ)）那樣成熟，在目前的情況下，還不可能大規(guī)模使用，因此采用DS（直接序列）技術(shù)的802．11b標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品依然處于主流地位。而且由于和802．11g工作在同一頻段，也易于未來向802．11g網(wǎng)絡(luò)的升級。



參考文獻


［1］　Jim Geier．無線局域網(wǎng)［M］．王群，李馥娟，葉清揚譯．北京：人民郵電出版社，2001．


［2］　沈允春．?dāng)U譜技術(shù)［M］．北京：國防工業(yè)出版社，1995．


［3］　http：／／www．a(chǎn)cctv．com．無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)介紹．



摘自　現(xiàn)代電子技術(shù)