微波扩频无线网络在教学中的应用

 
　　随着计算机网络的迅速发展，网上教学、实时图像（音频）远程教学、可视电话会议、大汇考实时图像监控管理、校园网络资源共享等已成为教学的必然趋势。而目前大部分学校又缺少自身的宽带网络。微波扩频技术的出现解决了这一难题。他因传输速率高、受外界干扰小、便于为计算机网络提供物理接口信道等特点而得到日益广泛的应用，并且在教学宽带无线网络建设中，成本低廉、建网灵活、学校可独立建网，多个学校可联网，区、地、市、省可建以太网。

1　微波扩频技术

1．1　扩频技术简介

　　扩频技术（Spread SpectrumTechnology）是指用来传输信息的射频信号带宽远远大于信息本身带宽的一种通信方式。在微波扩频无线教学网络中使用最多的是DS（直接序列）和FH（跳频）方式。

　　（1）直接序列调制系统　所谓直接序列（DS）调制扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端扩展信号的频谱。扩频信号采用相移键控调制后由天线发射出去。在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信号。早期按此技术的微波无线教学网络一般采用QPSK调制，以提供更大的增益，且对某些类型的干扰不敏感。现在采用的补充代码键控CCK调制，实质上也是单载波正交相移键控（QPSK）。

　　（2）跳频系统　所谓跳频（FH），就是用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变。在收端，用相同的本地扩频码发生器去控制本地频率合成器，使其输出的跳频信号能在混频器中与接收信号差额出固定的中频信号，然后经中频带通滤波器及信息解调器输出恢复的信息。按此技术的微波无线教学网络一般采用GFSK调制，以降低潜在的干扰。

1．2　微波扩频的工作方式

　　以直扩为例。微波无线教学网络中的扩频多采用（N，k）扩频，即用2k条长度为N的PN码去表示k位信息。用得最多的是（N，1），即用2条长度为N的PN码去对应1位信息的2种状态。例如说“1”用11100110，而“0”用00011001去代替，而在接收机处只要收到的序列是11100110就恢复“1”，收到的序列是00011001就恢复“0”。当然，为了能区分不同的用户，还有同步多址及抗干扰能力等其他设计因素，实际采用的可能是比较复杂的序列。这些码序列最重要的特性是他具有近似于随机噪声的性能，因为在信息传输中各种信号之间的差别越大越好。这样任意2个信号不容易混淆，相互间不易发生干扰。理想的传输信息的信号同的两段噪声来比较都不会完全相似。用他们来表示2种信号，其差别性就最大。

　　解扩的方式可分模拟解扩和数字解扩2类。数字解扩主要采用扩频专用集成电路（ASIC）等。ASIC电路是在基带对扩频信号进行数字处理，他对输入的基带扩频信号进行匹配滤波，一旦输入信号与数字匹配滤波器的参考码（PN码）相匹配时，就可以恢复出1位传输的数字信号。而模拟解扩大多采用声表面波（SAW）器件，是在中频对扩频信号进行模拟处理。主要是SAW抽头延迟线和SAW卷积器。

1．3　微波扩频的技术特点

　　用2．4 GHz微波作传输媒介，以先进的直序扩展频谱（DSSS）或跳频（FH）方式发射信号。室外利用全向天线可覆盖10 km左右的半径范围，室内全向可覆盖最大半径为100 m的范围。电波能穿透几层墙或2层楼的混凝土楼板。扩频微波与常规微波相比：他的频点问题好处理；价格比较便宜。另外还具有以下几个特点：传输速率高（可为2～22 Mb／s或更高）、发射功率小（一般≤100 mW）、带宽较高；抗噪声和干扰能力强，能与传统的调制方式共用频段；抗衰落能力和抗多径干扰能力强，信息传输可靠性高；可以采用码分复用实现多址通信。用户可以使用相同的通信频率，只要设置不同的标识码ID，就可以产生不同的伪随机码来控制扩频调制，即能做到同时通信时互不干扰。易于多媒体通信组网，可以传送语音、传真、数据和图像等综合业务。由此可见，微波扩频合理地解决了校园建网的干扰、宽带、选址和组网等问题。因此非常适合学校及相关单位建网。

2　组网方式

　　主要阐述微波直接序列扩频技术的802．11b无线局域网在组建教学网络中的应用模式。

2．1　运行环境

　　该网络是采用载波侦听多路访问／冲突避免媒介访问协议，遵从IEEE802．3和802．11b协议标准。和目前的几种主流网络操作系统完全兼容，用户已有的网络软件可以无修改地在无线网上运行。可运行于MSDOS3．1以上的版本及Windows环境、TCP／IP协议。

2．2　接入方式

　　微波扩频无线教学网络按接入方式分为点对点、点对多点、蜂窝3种。根据建网的不同要求，可选择不同的接入方式。点对点方式一般指连接的双方用无线网卡相连。采用点对点方式的微波扩频系统主要使用802．11b协议。一般通信速率为10 Mb／s左右。其应用场合：为连接两点间提供专用可靠的通信信道，且要求通信速率较高。一般可以最多连接256台PC。点对多点方式是指微波扩频系统含一个中心站和若干分布接入点，若干分布接入点以竞争方式或固定分配方式分享中心站提供的总信道带宽。主要使用802．11b协议。系统各分布接入点所分享的带宽一般为1 Mb／s左右（总带宽一般为11 Mb／s或更高）。其应用场合为：需组建一微波扩频通信网络，包括一个信息中心站和若干个分支接入点，分支接入点通过一条速率要求不高的通信信道（＜1 Mb／s访问中心站，并通过中心站访问到其他分支接入站。连接方法：插上无线网卡的PC需要有接入点（AP）与另一台PC连接，一般可以连接1 000台左右的PC。蜂窝方式采用无连接的健壮协议。频带一般为800～900 MHz，数据传输速率一般低于1 Mb／s。应用场合：为满足移动用户的需求，采用移动蜂窝网接入方式组建无线局域网，各站点之间的通信是通过基站接入、数据交换方式来实现互连的。各移动站不仅可以通过交换中心自行组网，还可以通过广域网与远地站点组建自己的工作网络。





图1为3种网络的接入方式示意图。



图2为远程实时图像（音频）教学、可视电话会议，数据双向交换示意图。

3　网络优势

　　采用微波扩频无线教学网络，可迅速建立小型或重型的校区网络，若是有已经建成的校园网络，可增加网络的覆盖面，以便在任何地点访问网络资源。其优势如下：

　　（1）校际之间的联网。微波扩频无线教学网络可免布线的烦恼，对于学校数量多的高校区，采用无线网络方案，可实现校际间的资源共享和信息交流，为广大师生提供一个高效率的教学和科研环境。

　　（2）互联网接入。微波扩频无线教学网络可以将多个学校的网络中心与中国教科网连接。这样可以为各学校提供价格合理的宽带互联网络接入，满足师生迫切需要上网来实时获取信息的需要，同时可以为学生提供远程学习的机会。

　　（3）为学生和员工提供移动网络服务。使用微波扩频无线教学网络后，学校的教职员工和学生只要将自己的便携式计算机配备上无线网卡，可随时随地地使用学校配备互联网接入、图书馆信息资料共享等服务设施，这给科研和教学提供了极大的方便。

　　（4）对于临时教学活动提供灵活方便的服务。对于经常需要交换信息的计算机，采用微波扩频无线网络后，将不必再复制粘贴拷贝或是交换机器，只要安装上无线网卡，就可以实现资源共享。这样，同一间教室，可以教学很多门学科，不必再像今天这样下课后学生人潮涌动了。

　　（5）在一些历史悠久的大学里都有值得珍惜和保护的历史建筑，而这些建筑一般都仍然在使用，是校园通信网需覆盖的地方。

　　（6）实现远程实时图像（音频）教学、可视电话会议，数据双向交换等。

4　结　语

　　无线网络（即可以混传语音、视频和数据的统一无线平台）将在今后的信息访问方面占主导地位，因此微波扩频无线教学网络有着很好的发展前景。尽管现在出现了新的无线局域网标准，如802．11a和802．11g，采用先进的OFDM技术，但由于他们的产品价格比较昂贵，技术也不像802．11b（以扩频技术为基础）那样成熟，在目前的情况下，还不可能大规模使用，因此采用DS（直接序列）技术的802．11b标准的无线网络产品依然处于主流地位。而且由于和802．11g工作在同一频段，也易于未来向802．11g网络的升级。