基于扩频通信技术的无线局域网组网设计

【摘　要】　针对一个工程实例，介绍了基于扩频通信技术的无线局域网组网设计方案，并对相关问题进行了论述。
    关键词：扩频通信 无线 局域网（LAN）
　　
1 扩频通信技术概述
　　根据香农（Shannon）定律，对于连续信道，若受到加性高斯白噪声干扰，其信道容量的理论公式为:
        C＝Blog2（1＋S／N）
其中，B为信道宽度，S为信号的平均功率，N为白噪声的平均功率（均方值），S／N即为信噪比，信道容量C是指信道可能传输的最大速率（即信道能达到的最大传输能力）。因此，对于给定的信道容量可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输。若增大传输容量，则可由较小的信号功率来传送，扩频通信就是将原始信号的频谱扩展100～1000倍再传输。因而提高了通信的抗干扰能力，使之在强干扰情况下（甚至在信号被噪声淹没的情况下）仍能保持可靠的通信。
    与一般通信系统相比，扩频通信主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调过程。常用的商用扩展频谱技术分为两种：直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）技术和跳频技术（Frequency Hopping）技术。图1与图2分别示出了直接序列扩频和跳频技术实现的原理。
                 
                      
　　将扩频通信技术应用到网络的互联中，即通过无线传输而实现网络间信息的交换，便可摆脱传统有线网络电缆的束缚，而具有不需布线，安装周期短，后期维护容易，网络用户易迁移及易增容等优点。
2　无线局域网组网设计
　　无线局域网传输速率高、组网灵活、可移动、抗干扰性强，且具备安装方便、维护简单、增容性好等特点。根据用户的要求，在组网过程中，不仅要采集本地区内各个分支部门的数据并对其实现调度监控，同时也要与上一级部门主干网实现互联（地区部门总中心已通过有线形式实现）完成相关的信息交换。由于组网地区的地理分布状况（山地，河流等）和传输的信息以数据为主，对网络本身无特殊要求，所以采用了基于扩频通信技术的无线局域网组网互联方案。
2．1　系统组成
　　图3为某工程案例中系统的地理分布示意图。该系统的组成包括一个一级区，多个二级区，每个二级区又包括多个三级区。如图3所示，一级区是该地区的系统部门局域网总中心，它除了一个中心局域网之外也包含多个近距离（不超过20公里）的分支点，且中心和各个分支点都是一个连接好的有线局域网；二级区是部门下级分支点及所包含的区域，它与一级区的情况类似，只是二级区中心点距离一级区中心点一般在30公里以上，甚至上百公里；三级区是二级区的下级分支点及所包含的区域，其情况与上述级区类似，该分支点中心必须与二级区中心实现互联，其距离一般在50公里范围以内。现要求实现从一级区的部门总中心能够随时地监控各级分支中心甚至是各个子局域网并获取相关信息，实现通信。
                      
　　图3中，O点为一级区总中心局域网，在其区域范围内的分支点中，O1点距离O点仅几公里，且线路易牵，分支点O2距离O点十几公里，O点与二级区中心点A相距80公里，与二级区中心点B相距100公里，与二级区中心点C相距仅50公里，但两者间有山相隔。
2．2　无线局域网解决方案
　　该无线局域网设计方案主要考虑了以下几个方面的问题：
    (1)传输距离。由于直扩产品最大传输距离为50公里，如果距离过大，则应该考虑增加中继以满足网络中信息传输的要求。
　　(2)传输空间的限制。由于传输媒质是微波，穿透能力差，因此要求传输空间可视。
　　(3)各个中心点及分支点局域网对传输速率的要求。
　　(4)实际网络的经济性和有效性。
　　考虑到上述问题及实际情况，对于部门总中心局域网与各个级区的中心局域网之间将采用无线方式实现互联。但在部门总中心局域网与某个级区的中心局域网在空间上不可视，且增加中继明显不经济的情况下，可以采用有线方式，如租用DDN专线连接。
　　各个级区之内的中心点局域网和分支点局域网之间也采用无线方式连接。若距离较近且容易牵线可采用有线形式互联。具体网络拓扑图如图4所示。
                   
　　图4中，一级区部门总中心局域网采用交换机（采用交换机的好处是可以预留一定的带宽用于系统以后的增容或提速），再通过智能化扩频微波设备经定向（对中继）和全向（对本区内分支点局域网）天线发射出去，对近距离分支点局域网采用有线方式从交换机的数据接入端口直接接入。如总中心局域网O点与一级区分支点O1采用直接牵线连接，而与一级区分支点O2仍然采用无线方式 。
　　在中继点，只需采用同样的扩频微波设备及定向天线实现中继。如果在二级区或三级区内分支点仍然较多，又希望速度较高的话，一是可以从一级区部门总中心交换机分配较大的带宽，二是可对各分支点完全采用固定带宽分配，即通过交换机分配带宽，总中心局域网O点与二级区中心点B即通过此方式连接；如果分支点较少，则可以采用无线网桥加网卡和放大器等设备的形式，这样，在带宽上采用共享方式，根据各分支局域网的实际需求动态分配带宽，无线网桥上的RJ45双绞线接口 ，可连接到本地局域网的网络设备端口上，总中心局域网O点与二级区中心点A即采用此方式连接；至于二级区中心点C，尽管它与总中心局域网O点距离不远，但是如果采用无线方式必须增加中继，因为两者间有山相隔，因此从经济上考虑租用DDN专线连接(不足之处是网络传输速率受到了限制)。这些区内的分支点与区中心之间的连接，与一级区内的连接类似。
　　无线网络在提供网络解决方案时，相对有线网络方案的突出特点是所用的网络设备品种少，安装容易、简单。设计网络方案常用的无线产品主要有网桥和无线网卡，附属设备包括放大器、天线 、专用连线等。
3　结束语
　　在实际的组网方案中，不一定要拘泥于无线有线等各种具体形式，可以灵活组网，主要考虑经济性、实用性，同时要兼顾网络的可增容性及其在性能上的升级，即后续性，可通过有线和无线相结合的方式来满足实际的需要。