微波擴(kuò)頻無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

　
　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，網(wǎng)上教學(xué)、實(shí)時(shí)圖像（音頻）遠(yuǎn)程教學(xué)、可視電話會(huì)議、大匯考實(shí)時(shí)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(shì)。而目前大部分學(xué)校又缺少自身的寬帶網(wǎng)絡(luò)。微波擴(kuò)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供物理接口信道等特點(diǎn)而得到日益廣泛的應(yīng)用，并且在教學(xué)寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，成本低廉、建網(wǎng)靈活、學(xué)�？瑟�(dú)立建網(wǎng)，多個(gè)學(xué)�？陕�(lián)網(wǎng)，區(qū)、地、市、省可建以太網(wǎng)。

1　微波擴(kuò)頻技術(shù)

1．1　擴(kuò)頻技術(shù)簡(jiǎn)介

　　擴(kuò)頻技術(shù)（Spread SpectrumTechnology）是指用來(lái)傳輸信息的射頻信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種通信方式。在微波擴(kuò)頻無(wú)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(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。擴(kuò)頻信號(hào)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(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始信號(hào)。早期按此技術(shù)的微波無(wú)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(duì)某些類型的干擾不敏感。現(xiàn)在采用的補(bǔ)充代碼鍵控CCK調(diào)制，實(shí)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(kuò)頻碼序列去進(jìn)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?cái)U(kuò)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(hào)能在混頻器中與接收信號(hào)差額出固定的中頻信號(hào)，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(wú)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(kuò)頻的工作方式

　　以直擴(kuò)為例。微波無(wú)線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)頻多采用（N，k）擴(kuò)頻，即用2k條長(zhǎng)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(zhǎng)度為N的PN碼去對(duì)應(yīng)1位信息的2種狀態(tài)。例如說(shuō)“1”用11100110，而“0”用00011001去代替，而在接收機(jī)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(jì)因素，實(shí)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(jī)噪聲的性能，因?yàn)樵谛畔�傳輸中各種信號(hào)之間的差別越大越好。這樣任意2個(gè)信號(hào)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(hào)同的兩段噪聲來(lái)比較都不會(huì)完全相似。用他們來(lái)表示2種信號(hào)，其差別性就最大。

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

1．3　微波擴(kuò)頻的技術(shù)特點(diǎn)

　　用2．4 GHz微波作傳輸媒介，以先進(jìn)的直序擴(kuò)展頻譜（DSSS）或跳頻（FH）方式發(fā)射信號(hào)。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(kuò)頻微波與常規(guī)微波相比：他的頻點(diǎn)問(wèn)題好處理；價(jià)格比較便宜。另外還具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：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(qiáng)，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(qiáng)，信息傳輸可靠性高；可以采用碼分復(fù)用實(shí)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(shí)碼ID，就可以產(chǎn)生不同的偽隨機(jī)碼來(lái)控制擴(kuò)頻調(diào)制，即能做到同時(shí)通信時(shí)互不干擾。易于多媒體通信組網(wǎng)，可以傳送語(yǔ)音、傳真、數(shù)據(jù)和圖像等綜合業(yè)務(wù)。由此可見(jiàn)，微波擴(kuò)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(wèn)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(kuò)頻技術(shù)的802．11b無(wú)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(yùn)行環(huán)境

　　該網(wǎng)絡(luò)是采用載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)／沖突避免媒介訪問(wèn)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(wú)修改地在無(wú)線網(wǎng)上運(yùn)行�？蛇\(yùn)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(kuò)頻無(wú)線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)按接入方式分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、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(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式一般指連接的雙方用無(wú)線網(wǎng)卡相連。采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式的微波擴(kuò)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(chǎng)合：為連接兩點(diǎn)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(tái)PC。點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式是指微波擴(kuò)頻系統(tǒng)含一個(gè)中心站和若干分布接入點(diǎn)，若干分布接入點(diǎn)以競(jìng)爭(zhēng)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(diǎn)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(chǎng)合為：需組建一微波擴(kuò)頻通信網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)信息中心站和若干個(gè)分支接入點(diǎn)，分支接入點(diǎn)通過(guò)一條速率要求不高的通信信道（＜1 Mb／s訪問(wèn)中心站，并通過(guò)中心站訪問(wèn)到其他分支接入站。連接方法：插上無(wú)線網(wǎng)卡的PC需要有接入點(diǎn)（AP）與另一臺(tái)PC連接，一般可以連接1 000臺(tái)左右的PC。蜂窩方式采用無(wú)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(chǎng)合：為滿足移動(dòng)用戶的需求，采用移動(dòng)蜂窩網(wǎng)接入方式組建無(wú)線局域網(wǎng)，各站點(diǎn)之間的通信是通過(guò)基站接入、數(shù)據(jù)交換方式來(lái)實(shí)現(xiàn)互連的。各移動(dòng)站不僅可以通過(guò)交換中心自行組網(wǎng)，還可以通過(guò)廣域網(wǎng)與遠(yuǎn)地站點(diǎn)組建自己的工作網(wǎng)絡(luò)。

3　網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)

　　采用微波擴(kuò)頻無(wú)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(diǎn)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源。其優(yōu)勢(shì)如下：

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

　　（2）互聯(lián)網(wǎng)接入。微波擴(kuò)頻無(wú)線教學(xué)網(wǎng)絡(luò)可以將多個(gè)學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)中心與中國(guó)教科網(wǎng)連接。這樣可以為各學(xué)校提供價(jià)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(lái)實(shí)時(shí)獲取信息的需要，同時(shí)可以為學(xué)生提供遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

　　（3）為學(xué)生和員工提供移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。使用微波擴(kuò)頻無(wú)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(jì)算機(jī)配備上無(wú)線網(wǎng)卡，可隨時(shí)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(duì)于臨時(shí)教學(xué)活動(dòng)提供靈活方便的服務(wù)。對(duì)于經(jīng)常需要交換信息的計(jì)算機(jī)，采用微波擴(kuò)頻無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后，將不必再?gòu)?fù)制粘貼拷貝或是交換機(jī)器，只要安裝上無(wú)線網(wǎng)卡，就可以實(shí)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(dòng)了。

　　（5）在一些歷史悠久的大學(xué)里都有值得珍惜和保護(hù)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)圖像（音頻）教學(xué)、可視電話會(huì)議，數(shù)據(jù)雙向交換等。

4　結(jié)　語(yǔ)

　　無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（即可以混傳語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一無(wú)線平臺(tái)）將在今后的信息訪問(wèn)方面占主導(dǎo)地位，因此微波擴(kuò)頻無(wú)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(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如802．11a和802．11g，采用先進(jìn)的OFDM技術(shù)，但由于他們的產(chǎn)品價(jià)格比較昂貴，技術(shù)也不像802．11b（以擴(kuò)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(wú)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(lái)向802．11g網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。